华科钢结构课程设计27m钢屋架

1 钢结构课程设计钢结构课程设计 设计资料 设计资料 某一单层单跨工业长房 厂房总长度为 120m 柱距 6m 跨度为 27m 车 间内设有两台中级工作制桥式吊车 该地区冬季最低温度为 20 屋面采用 1 5m 6 0m 预应力大型屋面板 屋面坡度为 i 1 10 上铺 120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等 屋面活荷载标准值为 0 6kN 雪荷载标准值为 0 75kN 积灰荷载标准值为 0 5kN 屋架采用梯形钢屋架 其两端铰支于钢劲混凝土柱上 柱头截面为 400mm 400mm 所用混凝土强度等级为 C20 根据该地区的温度及荷载性质 钢材采用 Q235 A F 其设计强度 f 215kN 焊条采用 E43 型 手工焊接 构件采用钢板及热轧钢劲 构件与支 撑的连接用 M20 普通螺栓 屋架的计算跨度 Lo 27000 2 150 26700mm 端部高度 h 2000mm 轴线 处 h 2015mm 计算跨度处 二 结构形式与布置二 结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图 1 所示 图 1 屋架形式及几何尺寸 2 屋架支撑布置见图 2 所示 符号说明 GWJ 钢屋架 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 图 2 屋架支撑布置图 3 三 荷载与内力计算三 荷载与内力计算 1 荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现 故取两者较大的活荷载计算 永久荷载标准值 放水层 三毡四油上铺小石子 0 35kN 找平层 20mm 厚水泥砂浆 0 02 20 0 40kN 保温层 120mm 厚泡沫混凝土 0 12 6 0 70kN 预应力混凝土大型屋面板 1 40kN 钢屋架和支撑自重 0 12 0 011 27 0 417kN 管道设备自重 0 10 kN 总计 3 387kN 可变荷载标准值 雪荷载 0 75kN 积灰荷载 0 50kN 总计 1 25kN 永久荷载设计值 1 2 3 387 4 0644 kN 由可变荷载控制 可变荷载设计值 1 4 1 25 1 75kN 2 荷载组合 设计屋架时 应考虑以下三种组合 组合一 全跨永久荷载 全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P 4 0644 1 75 1 5 6 52 3296 kN 组合二 全跨永久荷载 半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 4 0644 1 5 6 36 59 kN 1 P 1 75 1 5 6 15 75 kN 2 P 组合三 全跨屋架及支撑自重 半跨大型屋面板重 半跨屋面活荷载 屋架上弦节点荷载 0 417 1 2 1 5 6 4 5 kN 3 P 1 4 1 2 0 75 1 4 1 5 6 24 57 kN 4 P 3 内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数 见表 1 由表内三种组合可见 组合一 对杆件计算主要起控制作用 组合三 可能引 起中间几根斜腹杆发生内力变号 如果施工过程中 在屋架两侧对称均匀铺设 面板 则可避免内力变号而不用组合三 4 注 表内负责表示压力 正值表示拉力 图 3 屋架接点图 四 杆件截面设计四 杆件截面设计 腹杆最大内力 N 619 16KN 由屋架节点板厚度参考可知 支座节点板 刚度取 14mm 其余节点板与垫板厚度取 12mm 1 上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面 按最大内力计算 N 1117 37KN 计算长度 屋架平面内取节间轴线长度 Ox l 150 8cm 屋架平面外根据支撑 考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用 取 屋架杆件内力组合表 表1 杆件名称 全跨 左半跨 右半跨 P P1 P2 P1 P2 P3 P4 P3 P4 计算内力 KN AB 0 000 000 000 000 000 000 000 000 00 BCD 11 11 8 012 00 616 38 557 79 368 60 246 80 0 85 616 38 DE 17 89 12 26 6 79 992 54 886 13 782 75 381 73 247 34 992 54 EFG 18 47 12 84 6 79 1024 72 918 31 803 96 398 59 249 95 1024 72 GHIJ 20 14 12 19 9 44 1117 37 967 11 915 14 390 14 322 57 1117 37 a b 5 934 371 89329 00299 51252 64134 0673 12329 00 b c 14 9410 525 33828 87745 33647 24325 71198 19828 87 c d 21 0813 489 161169 521025 88944 23426 06319 921169 52 d e 18 259 809 801012 51852 81852 81322 91322 911012 51 Aa 0 50 0 500 00 27 74 27 74 18 29 14 54 2 25 27 74 Ba 11 16 8 22 3 54 619 16 563 59 475 14 252 19 137 20 619 16 Bb 8 966 293 21497 10446 64388 43194 87119 19497 10 Cb 1 00 1 000 00 55 48 55 48 36 58 29 07 4 50 55 48 Db 7 44 4 88 3 08 412 77 364 39 330 37 153 38 109 16 412 77 Dc 5 483 212 73304 03261 13252 06103 5391 74304 03 Ec 1 50 1 500 00 83 22 83 22 54 87 43 61 6 75 83 22 E1 0 730 730 0040 5040 5026 7021 223 2940 50 c1 4 56 1 78 3 35 252 99 200 45 230 12 64 25 102 83 252 99 F1 1 00 1 000 00 55 48 55 48 36 58 29 07 4 50 55 48 G1 3 76 0 98 3 35 208 60 156 06 200 86 41 00 99 23 208 60 Gd 2 26 2 930 51 125 38 138 05 73 03 82 162 36 2 36 138 05 Hd 0 000 000 000 000 000 000 000 000 00 H2 0 000 000 000 000 000 000 000 00 156 06 I2 0 000 000 000 000 000 000 000 000 00 J2d 2 693 50 0 61149 24164 5586 8798 10 2 88 164 55 2 88 Je 0 000 000 000 000 000 000 000 000 00 5 上弦横向水平支撑的节间长度 Oy l 3000cm 因为 2 Ox l Oy l 故截面宜选用两个不等肢角钢 且短肢相并 见图 4 图 4 上弦截面 设 60 查轴心受力稳定系数表 0 807 需要截面积 A 6440 2 mm f N 2158070 10371117 3 需要回转半径 x i 2 51 cm 60 1508 ox l y i 5 00 cm 60 3000 ox l 根据需要的 A x i y i 查角钢型钢表 初选 2 L 160 100 14 A 6940 2 mm 2 80cm 7 86m x i y i 按所选角钢进行验算 x 52 9 150 x ox i l 82 8150 y 38 150 y oy i l 867 300 由于510160300056056041114160 11 b l t b oy 则 150444 16752 41300 1 41 1673 752 173 4 22 4 22 1 b tl t b oy yz 由于 只需求出 查轴心受力稳定系数表 0 8384 yyzx xmin x 6 192N 2 mm 215 N 2 mm 所选截面合适 694083840 10371117 3 A N x 2 下弦杆 整个下弦杆采用同一截面 按最大内力计算 N 1169 52kN 计算长度 屋架平面内取节点间轴线长度 Ox l 4500mm 屋架平面外根据支撑布置取 Oy l 13350mm 计算需要净截面面积 A 5439 6 2 mm 215 10521169 3 f N 选用 2 L140 90 14 短肢相并 见图 5 图 5 下弦截面 A 6940 2 mm 2 51cm 6 93cm x i y i 按所选角钢进行截面验算 取 AA n 若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于 100mm 则可不计截面削弱影响 191 7 N 2 mm 215 N 2 mm 6100 10521169 3 A N n x 179 3 250 x ox i l 512 450 y 192 6 350 所选截面满足要求 936 1335 i l y oy 3 端斜杆 Ba 已知 N 619 16kN Ox l Oy l 253 9cm 因为 Ox l Oy l 故采用等肢角钢 使 x i y i 选用角钢 2 L 100 12 见图 6 7 图 6 端斜杆 Ba A 4560 2 mm x i 3 03cm y i 4 64cm 截面刚度和稳定验算 x 83 8 150 033 9253 i l x ox y 54 7 150 644 9253 i l y oy 由于 14 731092535805803832110 b l t b oy 557 219253 104750 1754 4750 1 22 4 22 4 tl b oy yyz 0 6624 xmin 205N 2 mm 215 N 2 mm 所选截面满足要求 456066240 1016619 3 A N x 填板放两块 84 6 cm 40 x i 40 3 03 121 2 cma 4 斜杆 Bb 已知 N 497 1kN 计算长度 屋架平面内取节点间轴线长度 Ox l 0 8 l 0 8 2622 2097 6mm 屋架平面外根据支撑布置取 Oy l 2622mm 选用 2 L100 6 见图 7 8 图 7 斜杆 Bb A 2386 2 mm 3 10cm 4 44cm x i y i 208 34 N 2 mm 215 N 2 mm 2368 101497 3 A N x 67 7 350 x ox i l 103 76209 y 59 1 350 所选截面满足要求 444 2262 i l y oy 填板放两块 87 4cm 80 x i 80 3 10 248cma 5 再分腹杆 c1G 252 991kN 208 6kN 4174 mm 1 N 1c N 2 N 1G N1 计算长度 屋架平面内取节点间轴线长度 Ox l 0 8 l 0 8 2087 1669 6mm 屋架平面外根据支撑布置取 Oy l 0 75 0 25 4174 0 75 0 25 4396mm1 2 1 N N 6208 99252 选用 2 L100 6 见图 8 9 图 8 再分腹杆 c1G 图 9 中竖杆 Je A 2386 2 mm 3 10cm 4 44cm x i y i x 53 9 350 x ox i l 103 96166 y 99 350 444 6439 i l y oy 由于 25 51064395805807166010 b l t b oy 8105 606439 104750 199 4750 1 22 4 22 4 tl b oy yyz 0 5182 yzmin 204 6N 2 mm 215 N 2 mm 所选截面满足要求 238651280 1099252 3 A N yz 填板放两块 109 9cm 40 x i 40 3 10 124cma 6 中竖杆 Je 已知 N 0 0 9 335 301 5cmll9 0 0 中间竖杆选用 2 L75 6 的角钢 并采用十字形截面 见图 9 A 17 6 cm 2 cm452 0 ix 103 6 150 所选截面满足要求 912 5301 0 i l x o ox 填板放五块 60 3cm 40 40 2 45 98cma 0 x i 其余各杆件截面选择过程不一一列出 计算结果见表 2 10 计算长度 cm 回转半径 cm 杆件 名称 内力 设计值 N KN x l0 y l0 选用截面 截面积 A 2 cm x i y i max min 计算应力 N 2 mm 填板 块 上弦杆 1117 37150 8300短肢相并 2L160 100 1469 42 807 8653 91500 8384 192 2 3 下弦杆1169 54501335短肢相并 2L140 90 14612 516 93179 3350 191 7 1 2 Aa 27 74201 5201 5T 型截面 2L50 517 61 532 53131 71500 3795 41 52 Ba 619 16253 9253 9 T 型截面 2L100 1245 63 034 6483 81500 6624 2052 Bb497 1209 76262 2T 型截面 2L100 623 863 104 4467 7350 208 32 Cb 55 48184230T 型截面 2L50 59 61 532 53120 31500 6624 136 12 Db 412 77229 84287 3T 型截面 2L100 1245 63 034 4675 91500 7146 125 72 Dc304 03229 84287 3T 型截面 2L75 617 62 313 5399 5350 172 72 Ec 83 22208260T 型截面 2L75 617 62 313 5397 71500 5701 82 92 E140 50151 2189T 型截面 2L50 59 61 532 5398 8350 42 211 F1 55 48104130T 型截面 2L50 59 61 532 53681500 763 75 71 c1 252 99 G1 208 6 166 96439 6T 型截面 2L100 623 863 104 44105 81500 5182 204 62 2 36150 1 342 Gd 138 05 261 2326 5T 型截面 2L75 617 62 313 53113 2500 475 165 72 Hd0 00244305T 型截面 2L75 617 62 313 531051500 5230 002 H20 00162 8203 5T 型截面 2L50 59 61 532 53106 41500 5140 002 I20 00137 25152 5T 型截面 2L50 59 61 532 5379 71500 6880 001 J2 d2164 55179 92449 8T 型截面 2L75 617 62 313 53129 6350 93 52 11 2 881500 688 4 22 Je0 00301 5301 5十字型截面 2L75 617 6 min i 2 91 min i 2 91 103 6150 0 002 12 五 节点设计五 节点设计 用 E43 焊条时 角焊缝的抗拉 抗压和抗剪强度设计值 2 160mmNf w f 各杆件内力由表 2 查得 最小焊缝长度不应小于 f h8 1 下弦节点 b 见图 10 图 10 下弦节点 b 1 斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算 N 497 1kN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm 所需焊缝长度为 肢背 12 285 6mm 取 270mm 1606702 101497 3 2 3 lw w l 肢尖 10 158mm 取 170mm 1605702 101497 3 1 3 l w w l 2 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算 N 412 77kN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm 所需焊缝长度为 肢背 12 216 7 取 250mm 1606702 1077421 3 2 3 lw w l 肢尖 10 132 8 取 150mm 1605702 1077412 3 1 3 l w w l 3 竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算 N 55 48kN 因其内力很小 焊缝尺寸可按构造确定 取焊脚尺寸 5mm f h 焊缝长度40mm 取 60mm w l w l 13 4 下弦杆与节点板连接焊 缝计算 焊缝受力为左右下 弦杆的内力差 N 1828 87 329 499 87KN 设肢尖与 肢背的焊脚尺寸为 6mm 所 需焊缝长度为 肢背 12 260 1606702 1087499 3 2 3 lw 取 300mm w l 肢尖 12 136 取 150mm 1606702 1087499 3 1 3 l w w l 5 节点板尺寸 根据以上求得的焊缝长度 并考虑杆件之间应有的间隙和制作 装配等误差 按比列作出构造详图 从而定出节点尺寸 如图 11 所示 ce g D E F 14 图 11 节点板 b 尺寸 2 上弦节点 B 图 12 上弦节点 B 1 斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算 与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同 2 斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算 N 619 16kN 设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm 所需焊缝长度为 肢背 20 184 27 取 200mm 16010702 1016619 3 2 3 lw w l 肢尖 12 165 6 取 180mm 1606702 10196619 3 1 3 l w w l 3 上弦杆与节点板连接焊缝计算 为了便于在上弦上搁置大型屋面板 上弦节 点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm 用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来 槽焊 缝可按两条焊缝计算 计算时可略去屋架上弦坡度的影响 而假定集中荷载 P 与上 弦垂直 假定集中荷载 P 由槽焊缝承受 P 55 3296kN 焊脚尺寸为 5mm 所需槽焊缝长度为 10 10 59 51mm 取 65mm w ff w fh P l 7 02 1605702 10329652 3 w l 上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N 619 38 0 0 619 38kN 偏心距 e 100 24 3 75 7mm 设肢尖焊脚尺寸 8mm 设需焊缝长度为 480mm 则 2 3 6118 164808702 103616 2 mm N lh N we f 2 2 3 1116 164808702 86810386196 mm N W M F f 15 222222 16011501116 221 6118 221 mm Nmm N f f 4 节点板尺寸 方法同前 如图 13 所示 图 13 节点板 B 尺寸 3 屋脊节点 J 见图 14 图 14 屋脊节点 J 1 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接 为 使拼接角钢与弦杆之间能够密合 并便于施焊 需将拼接角钢进行切肢 切 棱 拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿 拼接一侧的焊缝长度可按 弦杆内力计算 N 1117 37KN 设肢尖 肢背焊脚尺寸为 8mm 则需焊缝长度为 16 取 375mm 16 7 04 w ff w fh N lmm 832716 1608702 10371117 3 w l 拼接角钢长度取 2 375 50 800mm 2 弦杆与节点板的连接焊缝计算 上弦肢背与节点板用槽焊缝 假定承受节点 荷载 上弦肢尖与节点板用角焊缝 按上弦杆内力的 15 计算 N 1117 37 15 1167 6kN 设焊脚尺寸为 8mm 弦杆一侧焊缝长度为 250 mm 2 3 64 162508702 106167 2 mm N lh N we f 2 2 3 1124 162508702 8681061676 mm N W M F f 222222 160212064 221 1124 221 mm Nmm N f f 3 中竖杆与节点板的连接焊缝计算 N 0kN 此杆内力很小 焊缝尺寸可按构造确定 取焊脚尺寸 5mm f h 焊缝长度40mm 取 60mm w l w l 4 斜杆 J2 与节点板连接焊缝的计算 N 164 55KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm 所需焊缝长度为 肢背 取 100 mmmm lw68112 1606702 1055164 3 2 3 w l 肢尖 取焊缝长度 60mmmm l w5010 1605702 1055164 3 1 3 w l 4 节点板尺寸 方法同前 如图 15 所示 17 图 15 节点板 J 尺寸 4 下弦跨中节点 e 见图 16 图 16 下弦跨中节点 e 1 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 拼接角钢与下弦杆截面相同 传递内力 N 1012 51kN 设肢尖 肢背焊脚尺寸为 8mm 则需焊缝长度为 取 300mm 16 7 04 w ff w fh N lmm 529816 1608702 10511012 3 w l 拼接角钢长度不小于 2 300 12 612mm 2 弦杆与节点板连接焊缝计算 按下弦杆内力的 15 计算 kN N915115511012 设肢背 肢尖焊脚尺寸为 6mm 弦杆一侧需焊缝长度为 肢背 取 90mmmm lw48712 1606702 109151 3 2 3 w l 肢尖 按构造要求 取焊缝长度 48mm mm l w64912 1606702 109151 3 1 3 w l 取 60mm w l 4 节点板尺寸 方法同前 如图 17 所示 18 图 17 节点板 e 尺寸 5 端部支座节点 a 图 18 支座节点 a 1 为便于施焊 下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出 肢的宽度 故可取为 160mm 在节点中心线上设置加劲肋 加劲肋的高度与节点板 的高度相同 厚度同端部节点板为 14mm 支座底板计算 支座反力 kN R015522329652250918329652 取加劲肋的宽度为 80mm 考虑底板上开孔 按构造要求取底板尺寸为 280mm 400mm 偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力 则承压面积为 2 5992012802280mm Ac 验算柱顶混凝土的抗压强度 满足 22 3 6929 59920 1001552 mm N fmm N A R