钢结构屋架设计

一 题目一 题目 某厂房总长度 90m 跨度为 18m 屋盖体系为无檩屋盖 纵向柱距 6m 1 结构形式 钢筋混凝土柱 梯形钢屋架 柱的混凝土强度等级为 C30 屋 面坡度 i L 10 L 为屋架跨度 地区计算温度高于 200C 无侵蚀性介质 屋架下弦标高为 18m 2 2 屋架形式及荷载 屋架形式 几何尺寸及内力系数 节点荷载 P 1 0 作 用下杆件的内力 如附图所示 屋架采用的钢材 焊条为 Q345Q345 钢 焊条钢 焊条 为为 E50E50 型 型 3 屋盖结构及荷载 1 无檩体系 采用 1 5 6 0m 预应力混凝土屋板 考虑屋面板起系杆作用 荷 载 屋架及支撑自重 按经验公式 q 0 12 0 011L L 为屋 架跨度 以 m 为单位 q 为屋架及支撑自重 以 kN m2 为单位 屋面活荷载 施工活荷载标准值为 0 7kN m2 雪荷载的 基本雪压标准 值为 S0 0 35kN m2 施工活荷载与雪荷 载不同时考虑 而是取两者的较大值 积灰荷载为 0 7kN m2 屋面各构造层的荷载标准值 三毡四油 上铺绿豆砂 防水层 0 45kN m2 水泥砂浆找平层 0 7kN m2 保温层 0 4 kN m2 按附表取 预应力混凝土屋面板 1 45kN m2 附 图 a 18 米跨屋架 b 18 米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 c 18 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 2 2 设计内容设计内容 1 1 屋架形式 尺寸 材料选择及支撑布置屋架形式 尺寸 材料选择及支撑布置 根据车间长度 屋架跨度和荷载情况 设置上 下弦横向水平支撑 垂 直 支撑和系杆 见下图 因连接孔和连接零件上有区别 图中给出 W1 W2和 W3 三 种编号 a 上弦横向水平支撑布置图 b 屋架 下弦水平支撑布置图 1 1 2 2 剖面图 2 荷载计算荷载计算 三毡四油防水层 0 45 kN m2 水泥砂浆找平层 0 7kN m2 保温层 0 4kN m2 预应力混凝土屋面板 1 45kN m2 屋架及支撑自重 0 12 0 011L 0 318kN m2 恒荷载总和 3 318kN m2 活荷载 0 7kN m2 积灰荷载 0 7kN m2 可变荷载总和 1 4kN m2 屋面坡度不大 对荷载影响小 未予以考虑 风荷载对屋面为吸力 重 屋面可不考虑 3 荷载组合荷载组合 1 全跨永久荷载 全跨可变荷载 可变荷载效应控制的组合 F 1 2 3 318 1 4 0 7 1 4 0 9 0 7 1 5 6 52 59kN 永久荷载效应控制的组合 F 1 35 3 318 1 4 0 7 0 7 1 4 0 9 0 7 1 5 6 54 43kN 故 F 54 43KN 2 全跨永久荷载 半跨可变荷载 全跨永久荷载设计值 F1 1 35 3 318 1 5 6 40 31kN 半跨可变荷载设计值 F2 1 4 0 7 1 4 0 9 0 7 1 5 6 16 76kN 屋架杆件内力组合表 单位内力作用时的内力系数组合 1组合 2杆件 名称 杆 件 编 号 全跨 A左半跨 B 右半跨 C F AF1 A F 2 C F1 A F 2 B 计算内里 AB0 000 000 000 000 000 000 00 BC C D 6 221 4 317 1 85 338 61 281 77 323 12 338 12 DE E F 8 993 5 636 3 357 489 49 417 15 345 23 489 49 上弦 FG 9 102 4 551 4 551 495 42 443 18 443 18 495 42 ac3 4702 5370 933188 87155 51182 17188 87 ce7 9625 3252 637433 37365 14410 20433 37 下弦 eg9 2795 3123 967505 06441 64463 07505 06 aB 6 502 1 754 1 748 353 90 291 39 291 49 353 90 Bc4 7393 1581 581257 94217 53243 96257 94 cD 3 382 1 862 1 520 184 08 161 80 167 54 184 08 De1 8840 5401 344102 3298 4789 99102 32 eF 0 6900 615 1 305 37 47 49 69 17 51 49 69 斜腹 杆 Fg 0 462 1 6321 170 25 090 99 45 98 45 98 Aa 0 5 0 50 00 27 16 20 16 28 54 28 54 Cc 1 0 0 10 00 54 43 40 31 57 07 57 07 Ee 1 0 0 10 00 54 43 40 31 57 07 57 07 竖杆 Gg0 8120 4060 40644 2039 5439 5444 20 4 截面选择截面选择 按腹杆最大内力 N 353 9kN 查表选用中间节点板厚度 t 10mm 荷载支座 节点板厚度 t 12mm 1 上弦 整个上弦不改变截面 按最大内里计算 假定 60 对于双角 T 形钢 当绕 x y 轴失稳时属于类 b 截面 由附表查 得 x 0 735 需要的截面几何量 A N minf 4954 2 0 735 310 21 74cm ix lox 150 75 90 2 51cm iy loy 300 90 5 0cm 由附表选用 2L80 10 A 30 26cm ix 2 42cm iy 3 74cm x lox ix 150 75 2 26 62 290 y loy iy 300 3 54 80 21 150 双角 T 钢型截面绕对称轴 y 轴应按弯扭屈曲计算长细比 yz b t 8 0 y 故由 max yz 81 94 按 b 类查附表得 0 553 N A 4954 2 0 632 30 26 296 06N mm f 310N mm 因截面无孔眼削弱 可不验算强度 又因轧制钢翼缘和腹板 可不验算局 部 稳定填板每个节间放一块 满足 l1范围内不少于两块 la 75 38cm 40i 40 2 42 96 8cm 2 下弦 下弦不改变截面 按最大内力计算 Nmax 505 06kN lox 300cm loy 900cm 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边 缘 的距离约为 100cm eg 节间 可不考虑螺栓孔削弱 需要的截面几何量 A N f 5050 6 310 16 29cm ix lox 300 350 0 86cm iy loy 1500 350 2 57cm 由附表选用 2L75 7 A 20 26cm ix 2 30cm iy 3 47cm x lox ix 300 2 30 130 43 350 y loy iy 900 3 47 259 37 350 N A 249 29N mm f 310N mm 填板每个节间放一块 l1 150cm 80i 80 2 30 184cm 3 斜腹杆 1 杆件 aB N 353 90kN lox loy 253 0cm 假设 80 对于双角 T 形钢 当绕 x y 轴失稳时属于类 b 截面 由附表 查得 x 0 574 需要的截面几何量 A N minf 3539 0 0 574 310 19 82cm ix lox 253 0 80 3 16cm iy loy 3 16cm 由附表选用 2L100 6 A 23 86cm ix 3 10cm iy 4 44cm x lox ix 253 0 3 10 81 61 150 y loy iy 253 0 4 44 56 98 双角 T 钢型截面绕对称轴 y 轴应按弯扭屈曲计算长细比 yz b t 16 7 0 58loy b 14 67 故按下式计算 yz 3 9 b 1 loy t 18 6b t 71 20 x 故由 max x 81 61 按 b 类查附表得 0 563 N A 3539 0 0 563 23 86 263 45N mm f 310N mm 因截面无孔眼削弱 可不验算强度 又因轧制钢翼缘和腹板 可不验算局 部稳定填板放两块 la 84 30cm 40i 40 3 1 124cm 2 杆件 Bc N 257 94kN lox 0 8l1 0 8 261 3 209 04cm loy 261 3cm 需要的截面几何量 A N f 2579 4 310 8 32cm ix lox 209 04 350 0 60cm iy loy 261 3 350 0 75cm 由附表选用 2L63 4 A 9 96cm ix 1 96m iy 2 94cm x lox ix 209 04 1 96 106 65 350 y loy iy 261 3 2 94 88 88 350 N A 258 98N mm f 310N mm 填板放两块 l1 87 1cm 80i 80 1 96 156 8cm 3 杆件 Ee N 50 07kN lox 0 8l1 0 8 259 0 207 20cm loy 259 0cm 内里较 小 可按 选择截面 需要的截面几何量 ix lox 207 20 150 1 38cm iy loy 259 0 150 1 73cm 由附表选用 2L50 6 A 11 38cm ix 1 51cm iy 2 48cm x lox ix 207 20 1 51 137 22 150 y loy iy 259 0 2 21 104 44 150 双角 T 钢型截面绕对称轴 y 轴应按弯扭屈曲计算长细比 yz b t 8 33 0 58loy b 29 93 故按下式计算 yz y 1 0 475b loy t 105 72 x 故由 max x 137 22 按 b 类查附表得 0 260 N A 500 7 0 260 11 38 166 04N mm f 310N mm 因截面无孔眼削弱 可不验算强度 又因轧制钢翼缘和腹板 可不验算 局 部稳定填板放四块 la 51 8cm 40i 40 1 51 55 2cm 其余杆件截面选择见表 注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面 其斜 平面计算长度 lo 0 9l 其他腹杆除 Aa 外 lox 0 8l 物价杆件截面选用表 计算长度 cm 填板 数 杆 件 名 称 杆 件 号 内里 设计 值 kN loxloy 所用截 面 截面 积 cm 计算应 力 N mm 容许 长细 比 杆件端部 的角钢肢 背和肢尖 焊缝 5 节点设计节点设计 1 下弦节点设计 c 先算腹杆与节点板的连接焊缝 Bc 杆肢背及肢尖的焊缝的焊脚尺寸取 hf1 hf2 4mm 则所需的焊缝长度 考虑起灭弧缺陷 肢背 lw1 257940 3 0 7 4 200 2 4 161 54mm 用 170mm 肢尖 lw2 257940 6 0 7 4 200 2 4 84 77mm 用 90mm 腹杆 Cc 和 cD 的杆端焊缝同理计算 其次验算下弦杆与节点板连接焊缝 内力差 N Nce Nac 433 37 188 87 244 5kN 75 76kN 由斜腹杆焊缝决 定的节点板量得节点板长度是 52 0cm 角焊缝计算长度 lw 52 0 1 2 50 8cm 采用 hf 6mm 肢背焊缝应力为 1 244500 3 0 7 6 508 38 20N mm ff 200N mm 上 弦 FG 495 42 150 75300 00 2L80 1 0 28 26274 35150 每节 间 1 下 弦 eg505 06300 001500 0 2L75 7 20 26249 29350 每节 间 1 aB 353 90 253 0253 0 2L100 6 23 86263 451506 160 4 120 2 Bc257 94209 04261 30 2L63 4 9 96258 983504 170 4 90 2 cD 184 08 229 12286 40 2L90 6 21 28169 281506 90 4 70 3 De102 32229 12286 40 2L30 4 4 56224 363504 70 4 40 3 eF 49 69249 92312 40 2L56 8 16 74130 761506 40 4 30 4 斜 腹 杆 Fg 45 98249 92312 40 2L56 8 16 74121 01506 40 4 30 4 Aa 28 54199 0199 0 2L45 6 10 16121 081506 40 4 30 3 Cc 57 07183 2229 0 2L45 6 10 16209 591506 40 4 30 3 Ee 57 07207 20259 0 2L50 6 11 38166 041506 40 4 30 4 竖 杆 Gg44 20 289 0 9 260 1 36 5 6 7665 382006 40 4 30 3 下线节点 c 2 上线节点 B 腹板 aB Bc 的杆端焊缝计算同上 这里验算上线与节点板的连接焊缝 节点 板缩进 8mm 肢背采用塞焊缝 承受节点荷载 Q 54 43kN hf t 2 5mm lw1 lw2 48 0 1 0 47 0cm 54430 2 0 7 5 470 16 55N mm ff 1 22 200 244N mm 肢尖焊缝承担弦杆内力差 N NAB NBC 338 12 0 338 12kN 74 31kN 偏 心距 e 8 2 5 5 5cm 偏心力矩 M Ne 338 12 5 5 18 60kN m 采用 hf 10mm 则 对 N 338120 2 0 7 10 508 47 54N mm 对 M f 6M 2 he lw 6 18600000 2 0 7 10 508 30 89N mm 则焊缝强度为 f f f 53 86N mm 280 43cm 垫板采用 100 100 12 孔径 26mm 实际底板净面积为 An 784 2 4 5 3 14 5 4 724 4cm 底板实际应力 q 3271 8 724 4 4 52N mm a1 14 0 5 14 0 6 18 92cm b1 13 5 13 4 18 92 9 45cm b1 a1 9 45 18 92 0 50 查表得 0 056 则 M qa 0 056 4 52 189 2 9060 85N mm 所需底板厚度 t 6Mmax f 6