土木工程课程设计24m梯形钢屋架设计.doc

目录一、设计资料1二、屋架形式和几何尺寸确定1三、支撑布置1四、屋架节点荷载计算3五屋架杆件内力计算4六杆件截面选择6七、节点设计16八、课程设计小结24一、设计资料厂房的跨度为24m，长度为60m，柱距6m车间内设有两台305吨中级工作制吊车梯形屋架，屋架端高为1.9m，屋面坡度i=1/12屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400400mm，混凝土标号为C25计算温度最低20采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三毡四油绿豆砂防水层，20厚1：3水泥砂浆找平层，80厚泡沫混凝土保温层。屋面活荷载标准值0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值0.5kN/m2。由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。二、屋架形式和几何尺寸确定屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度屋架计算跨度L02400030023700mm；端部高度取H=1900mm，中部高度取H=2900mm，屋架跨中起拱，按。屋架几何尺寸如图1所示图1：24米跨钢屋架几何尺寸 三、支撑布置由于房屋长度有60米，故在房屋两端设置上、下横向水平支撑，厂房两端的的横向支撑设在第一柱间，在所有柱间的上弦平面内设置刚性与柔性杆，以保证安装时弦杆的稳定，在各柱间的下弦平面的跨中和端部设置柔性系杆，以传递上墙风荷载，屋架两端及跨中设置垂直支撑。（如图2所示） 图2：梯形钢屋架支撑布置 SC：上弦支撑 XC：下弦支撑 CC：垂直支撑 GG：刚性系杆 LG：柔性系杆四、屋架节点荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大荷载标准值计算；屋架沿水平投影面积分布的自重按经验公式计算，跨度单位为（m）屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算：荷 载 计 算 表表1荷 载 名 称标 准 值（kN/m2）设 计 值（kN/m2）预应力混凝土大型屋面板1.41.4 1.35=1.89三毡四油防水层0.40.4 1.35=0.5420mm厚找平层0.02 20=0.40.4 1.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.08 6=0.480.48 1.35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.011 24=0.380.38 1.35=0.513永久荷载总和3.064.131屋面活荷载0.505 1.4=0.7积灰荷载0.50.5 1.4=0.7可变荷载总和11.4计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况1) 满载（全跨永久荷载加全跨可变荷载）F（4.131+1.4）1.5649.779kN2) 全跨永久荷载和半跨可变荷F1=4.1311.5637.179kN半垮节点可变荷载F21.41.5612.6kN3) 全跨屋架和支撑自重、半跨屋面板荷载、半跨活荷载全跨节点屋架自重：F3=0.5131.564.617KN半跨屋面板自重及半跨活荷载F4（1.89+0.7）1.5623.31kN屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3所示 （a） （b） （c） 图3：荷载计算简图五屋架杆件内力计算 见下表2表 2 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第二种组合杆件计算内力（kN）全跨左半跨右半跨F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦杆10000000002-9.28-6.98-2.96-461.92-432.95-382.35-205.55-111.94-461.923-9.28-6.98-2.96-461.92-432.95-382.35-205.55-111.94-461.924-14.59-10.36-5.45-726.10-672.84-610.99-308.81-194.41-726.105-14.59-10.36-5.45-726.10-672.84-610.99-308.81-194.41-726.106-16.62-10.83-7.47-827.31-754.32-712.00-329.12-250.82-827.317-16.62-10.83-7.47-827.31-754.32-712.00-329.12-250.82-827.318-16.23-9.14-9.14-807.68-718.38-718.38-287.92-287.92-807.68下弦杆95.003.851.486248.92234.41204.63112.7957.71248.921012.369.064.26615.40573.78513.31268.24156.38615.401115.8910.866.49791.05727.68672.53326.55224.54791.051216.6210.188.31827.41746.21722.68313.98270.43827.41斜腹杆27-9.03-6.95-2.68-449.52-423.30-369.53-203.69-104.22-449.52287.125.212.46354.22330.17295.57154.2390.23354.2230-5.68-3.83-2.38-282.53-259.29-240.98-115.51-81.64-282.53313.932.282.12195.75175.01172.9571.44567.63195.7533-2.67-1.06-2.07-132.77-112.56-125.23-37.09-60.53-132.77341.301-0.151.8764.7546.5171.882.5849.5271.8836-0.141.28-1.83-6.8211.07-28.1629.27-43.31-43.3129.2737-0.96-2.251.67-47.85-64.14-14.73-56.9934.43-64.1434.43竖杆26-0.5-0.50-24.89-24.89-18.59-13.96-2.31-24.8929-1-10-49.78-49.78-37.18-27.93-4.62-49.7832-1-10-49.78-49.78-37.18-27.93-4.62-49.7835-1-10-49.78-49.78-37.18-27.93-4.62-49.78381.820.590.5990.7675.2275.2222.1722.1790.76其中左半跨节点及杆件编号如下图4所示 图4：节点及杆件编号六杆件截面选择按腹杆最大内力N=-449.52KN,查表7.4，选中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度12mm。1） 上弦杆整个上弦杆采用等截面，按最大内力=-827.31KN计算在屋架平面内：计算长度为节间轴线长度，即 l=l。=150.6cm, l=300cm 0807 AN/f827310/(0.807215)=4768.22mm假定60i= l/150.6/602.51cm il/300/605.00cm由附表7选2 1409012，短肢相并，如下图所示，A226.452.8 cm 、i=2.54cm、i=6.81cm截面验算：l/ i150.6/2.54=59.29150(满足) l/ i=300/6.81=44.05150(满足)查附表4.2得0.813由N/A=827310/(0.0.8135280)192.73N/ 215(满足)故上弦杆采用2 1409012截面形式图5：上弦杆截面2） 下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力=827.41KN计算l300cm l=2370/2=1185cm,A=N/f=827.411000/(215100)=38.48 cm由附表7选2 1409012短肢相并A226.452.8 cm，i 2.54cm ，i6.81cm=827.41103/(52.8102)= 156.71N/ 215(满足)l/ i300/2.54=118.11350(满足)l/ i=1185/6.81=174.01350(满足)故下弦杆采用2 1409012短肢相并图6：下弦杆截面3）腹杆aB（杆件27） 图7：斜腹杆aB截面4）腹杆bB（杆件28） 图8：斜腹杆bB截面5）竖杆bC（杆件29） 、 图9：竖杆bC截面6）斜腹杆bD（杆件30） 图10：斜腹杆bD截面7）斜腹杆cF（杆件33） 图11：斜腹杆cF截面8）斜腹杆dF（杆件34） 图12：斜腹杆dF截面9）斜腹杆Hd（杆件36） 当N=29.27KN时验算截面应力图13： 斜腹杆Hd截面10）竖杆Ie（杆件38）杆Ie位于跨中采用十字型截面 计算其回转半径 图14：跨中竖杆Ie截面其余各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于下表3表3 梯形钢屋架杆件截面选择表名称杆件号内力(KN)Lox(mm)Loy(mm)规格面积()cmcm应力腹杆26-24.89191319132L5059601.532.53125.0375.611500.411-63.0827-449.52243824382L1001038523.054.5279.93531500.688-169.6128354201225152L1001038523.054.5265.9655.64350191.9029-49.78172021502L5059601.532.45112.4187.751500.475-109.1630-282.53218427302L90621282.794.0578.2767.401500.701-189.3931195.75217627202L90621282.794.0577.9967.16350191.9832-49.78192024002L5059601.532.45125.4997.951500.411-126.1633-133.772353.629422L80515822.483.6394.9081.041500.588-143.803471.882345.629322L4057581.212.06193.85142.33350194.8235-49.78212026502L5059601.532.45138.56108.161500.411-126.1636-43.31252831602L56510841.722.69146.97117.471500.318-125.6429.27252831602L56510841.722.69146.97117.47350127.0037-64.142519.231492L80515822.483.63101.5886.741500.542-74.8034.432519.231492L80515822.483.63101.586.74350121.763890.76261026102L5059602.12.1124.29124.29350194.54下弦杆9827.413000118502L140901252802.546.81118.11174.013501156.70上弦杆1-827.31150630002L140901252802.546.8159.2944.051500.813-192.72七、节点设计在确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度：角钢肢尖所需焊缝长度：如腹杆28，设计杆力N354.22 kN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf18mm，hf26mm。因28杆系等肢角钢，故K10.7，K20.3。则：l1(0.7354.22103)/(20.78160)=138.37mm 取l1150mml2(0.3354.22103)/(20.76160)=79.07 取l280mm腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表4表4 腹杆焊缝长度计算表节点名称杆件名称角焊缝内力系数设计内力（KN）肢背焊缝（mm）肢尖焊缝（mm）肢背肢尖计算调整后计算调整后b280.70.3354.22138.37150879.07806290.70.3-49.7825.9340613.33205300.70.3-282.53147.15150675.68805c310.70.3195.7576.4680843.69506320.70.3-49.7825.9340613.33205330.70.3-133.7769.1580635.56405d340.70.371.8837.4440619.25205350.70.3-49.7825.9340613.33205360.70.3-43.3122.5640611.60205e260.70.3-26.8912.962066.67105270.70.3-449.52175.591808100.341206a370.70.3-64.1433.4140617.18205380.70.390.7642.2750620.26305B270.70.3-449.52175.591808100.341206280.70.3354.22138.37150879.07806ACEG290.70.3-49.7925.9340513.33205根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，按比例绘制节点详图，从而确定节点板尺为400mm300mm。验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差N=615.40-248.92=366.48KN，实际焊缝长度为400mm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为8mm，则计算长度lw=400-16=384mm。肢背焊缝应力为：焊缝长度满足要求，节点详图如图所示 图15： 下弦节点“b” 、上弦“B”节点为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板上的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数，计算时可忽略屋架上弦坡度影响，而假定集中荷载P与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝的应力由下面计算得到上弦与节点板间焊缝长度为都满足要求。 图:16： 上节点“B”、屋脊节点弦杆一般采用同号角钢拼接，热弯成形，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需要拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度，一般为12+10+5=27mm，取30mm，则竖肢余留高度为60mm，设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝10mm，则所需焊缝计算长度为拼接角钢长度，取拼接角钢长度为440mm。上弦与节点板之间采用槽焊缝。都满足要求上弦肢尖与节点板的连接焊缝应按照上弦内力的15%计算，并考虑此内力产生的弯矩，设肢尖焊缝10mm，取节点板长度为400mm，则节点一侧的焊缝计算长度为，焊缝应力为160满足要求 图18： 屋脊节点“I”、支座节点a为便于施焊，下弦杆水平肢的底面与支座底板的净距取， 。且在节点中心线处设加劲肋，高度与节点板高度相同，厚度取14mm底板计算支座反力设节点板平面尺寸采用,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为，验算柱顶的混凝土抗压强度：（满足）底板被节点板和加劲肋分成4块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，故应计算底板单位宽度上的最大弯矩：查表得则单位宽度的最大弯矩为需要的底板厚度：取加劲肋与节点板的连接焊缝计算偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即则设则焊缝应力为图19：加劲肋尺寸加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R=398232N,其中每块板的加劲肋各传R/4,节点板传递R/2节点板与底板的连接焊缝长度为所需焊脚尺寸为，取。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为所需焊缝尺寸为取=8mm（满足） 图20：支座节点“a”、节点e下弦杆采用同号角钢拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的部分宽度一般为设拼接角钢与下弦杆之间的角焊缝，则需要的焊缝长度为下弦肢尖与节点板的连接焊缝按下弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩，设肢尖焊缝节点板长度为550mm，则节点一侧的弦杆计算长度为焊缝应力为160满足要求 图21：节点“e”上弦节点A、C、E、G 竖杆Aa、Cb、Ec、Gd都采用2L505的等肢角钢，且所受内力几乎相等故该节点板采用同一型号节点板上的上边缘缩进上弦肢背8mm，用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数，计算时可忽略屋架上弦坡度影响，而假定集中荷载P与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝的应力由下面计算得到上弦与节点板间焊缝长度为都满足要求。 图22：节点 “A”、”C”、”E”、”G”截面其余节点见施工祥图八、课程设计小结设计安排如下表5表5 日程工作内容第 1日布置任务，阅读任务书，借阅参考资料，屋盖支撑布置，屋架尺寸的确定及腹杆的布置。 第23日荷载计算，荷载组合，内力计算第45日杆件截面设计计算第 6日节点设计计算第7