18m跨钢结构课程设计种子选手

1 设计资料 梯形屋架 建筑跨度为 18m 端部高度为 1 99m 跨中高度为 2 89m 屋架坡度 i 1 10 屋架间距为 6m 屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上 上柱截面 400mm 400mm 混凝土采用 屋架上 下弦布置有水平支撑和竖向支撑 20 C 如图 1 1 所示 屋面采用 1 5 6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板 120mm 厚珍珠岩 的保温层 三毡四油铺绿豆沙防水层 20mm 厚水泥砂浆找平 3 350mkgr 层 屋面雪荷载为 钢材采用 3 号钢 2 30 0 mkN 2 荷载计算 2 1 永久荷载 预应力钢筋混凝土大型屋面板 2 68 1 4 12 1mkN 三毡四油防水层及及找平层 20mm 2 912 0 76 0 2 1mkN 120mm 厚泡沫混凝土保温层 2 504 0 42 0 2 1mkN 屋架自重和支撑自重按经验公式 跨度 l 18m 2 32181 12 11 12 1mkglPw 2 384 0 32 0 2 1mkN 2 2 可变荷载 屋面雪荷载 2 77 0 55 0 4 1mkN 2 3 荷载组合 永久荷载可变荷载为主要荷载组合 屋架上弦节点荷载为 kNF25 3865 177 0 384 0 504 0 912 0 68 1 3 内力计算 桁架杆件的内力 在单位力作用下用图解法 图 2 1 求得表 3 1 表 3 1 杆 件轴线单位荷载内力F 荷载内力 kN B 135700 C 1508 6 223 238 030 D 1507 6 223 238 030 E 1508 8 996 344 097 F 1507 8 996 344 097 上 弦 杆 G 1508 9 105 348 266 O 2850 3 479 133 072 O 3000 7 961 304 508 下 弦 杆 O 3000 9 270 354 578 2530 6 502 248 702 2613 4 586 175 415 2864 3 381 129 323 3124 1 884 72 063 斜 杆 3124 0 690 26 393 3124 0 463 17 710 A 1990 0 500 19 125 2290 1 000 38 250 2590 1 000 38 250 竖 杆 2890 0 812 31 059 4 截面选择 4 1 上弦杆截面选择 上弦杆采用相同截面 以最大轴力 G 杆来选择 kNN266 348 max 在屋架平面内的计算长度 屋架平面外的计算长度 cmlox 8 150 cmloy 5 301 选用两个不等肢角钢 长肢水平 6801002 L 截面几何特性 长肢水平双角钢组成 T 形截面 节点板根据腹杆最大内力选用 板厚 8mm 2 274 21cmA cmicmi yx 61 4 40 2 150 8 62 40 2 8 150 x ox x i l 7922 0 x 150 4 65 61 4 8 150 y oy y i l 778 0 y 截面验算 22 min 215 4 210 4 2127778 0 348266 mmNfmmN A N 大型屋面板与上弦焊牢 起纵横向水平支撑作用 上弦杆其他节间的长细比和 稳定验算均未超过上述值 4 2 下弦杆截面选择 下弦杆也采用相同截面 以最大轴力 O 杆来选择 kNN578 354 max 在屋架平面内的计算长度 屋架平面外的计算长度 cmlox300 cmloy300 所需截面面积为 2 4 1649 215 354578 mm f N An 选择两个不等肢角钢 长肢水平 656902 截面几何特点 22 494 16114 17cmcmA cmix58 1 cmiy42 4 350 9 189 58 1 300 x 350 9 67 42 4 300 y 另两个节点的下弦杆内力较小 但 故须验算其屋架平面外的长细cmloy600 比 350 7 135 42 4 600 y 4 3 支座竖杆截面选择 杆轴力 kNN125 19 计算长度 采用两个等肢角钢 组成 T 型截面cmll oyox 199 5632 截面几何特性 2 286 12cmA cmix94 1 cmiy89 2 150102 94 1 199 x 542 0 x 150 9 68 89 2 199 y 758 0 y 截面验算 22 min 215 720 28 6 1228542 0 19125 mmNfmmN A N 4 4 支座斜杆截面选择 杆轴力 计算长度 kNN702 248 cmll oyox 253 采用两个不等肢角钢 长肢相拼 7631002 截面几何特性 2 222 22cmA cmix20 3 cmiy58 2 150 1 79 2 3 253 x 693 0 x 150 1 98 58 2 253 y 567 0 y 截面验算 2 min 215 4 197 2 2222567 0 248702 mmN A N 4 5 斜杆 截面选择 杆轴力 计算长度 kNN415 175 cmllox209 3 2618 08 0 cmloy 3 261 所需截面 2 88 815 215 175415 cm f N An 选用两个等肢角钢 组成 T 形截面5502 截面特性 22 1071 8 606 9 cmcmAn cmix53 1 cmiy38 2 350 6 136 53 1 209 x 350 8 109 38 2 3 261 y 4 6 竖杆 截面选择 杆轴力 kNN250 38 计算长度 cmllox 2 1832298 08 0 cmloy229 采用两个等肢角钢 组成 T 形截面 5502 截面几何特性 2 606 9 cmA cmix53 1 cmiy38 2 150 7 119 53 1 2 183 x 438 0 x 150 2 96 38 2 229 cm y 580 0 y 截面验算 2 min 21591 90 6 960438 0 38250 mmN A N 4 7 斜杆 截面选择 杆轴力 kNN323 129 计算长度 cmllox 1 229 4 2868 08 0 cmloy 4 286 采用两个等肢角钢 组成 T 形型截面5752 截面几何特性 22 352 3 606 9 cmcmA cmix53 1 cmiy38 2 150 3 98 33 2 1 229 x 566 0 x 150 2 85 36 3 4 286 y 652 0 y 截面验算 22 min 215 1 154 4 1482566 0 129323 mmNfmmN A N 4 8 斜杆 截面选择 杆轴力 kNN063 72 计算长度 cmllox 1 229 4 2868 08 0 cmloy 4 286 所需截面 2 2 335 215 72063 mm f N An 采用两个等肢角钢 组成 T 形型截面5502 截面几何特性 22 352 3 606 9 cmcmA cmix53 1 cmiy38 2 350 7 149 53 1 1 229 x 350 3 120 38 2 4 286 y 4 9 竖杆 截面选择 杆轴力 kNN250 38 计算长度 cmllox 2 2072598 08 0 cmloy259 采用两个等肢角钢 组成 T 形截面5502 截面几何特性 22 352 3 606 9 cmcmA cmix53 1 cmiy38 2 150 4 135 53 1 2 207 x 364 0 x 150 8 108 38 2 259 y 501 0 y 截面验算 22 min 215 4 109 6 960364 0 38250 mmNfmmN A N 4 10 斜杆 截面选择 杆轴力 kNN393 26 计算长度 cmllox 9 249 4 3128 08 0 cmloy 4 312 采用两个等肢角钢 组成 T 形截面5632 截面几何特性 2 286 12cmA cmix94 1 cmiy89 2 150 8 128 94 1 9 249 x 393 0 x 150 1 108 89 2 4 312 y 504 0 y 截面验算 22 min 215 7 54 6 1228393 0 26393 mmNfmmN A N 4 11 斜杆 截面选择 杆轴力 kNN710 17 计算长度 cmllox 9 249 4 3128 08 0 cmloy 4 312 采用两个等肢角钢 组成 T 形截面5632 截面几何特性 2 286 12cmA cmix94 1 cmiy89 2 150 8 128 94 1 9 249 x 393 0 x 150 1 108 89 2 4 312 y 504 0 y 截面验算 22 min 215 7 36 6 1228393 0 17710 mmNfmmN A N 4 12 竖杆 截面选择 杆轴力 kNN059 31 计算长度 cmllox 2 2312898 08 0 cmloy289 采用两个等肢角钢 组成 T 形截面5632 截面几何特性 2 286 12cmA cmix94 1 cmiy89 2 350 2 119 94 1 2 231 x 350100 89 2 289 y 截面验算 22 215 3 25 6 1228 31059 mmNfmmN A N 各杆件截面选择结果列表如下表 4 1 杆件 名 称 编 号 计算内 力 kN 截 面 规 格 截面面 积 2 cm 计算长 度 cm 迴转半 径 cm 长 细 比 容 许 长 细 比 稳 定 系 数 应力 N mm2 5 节点设计 各节点的节点板厚一律取 8mm 各杆内力如图 5 1 所示 5 1 下弦节点 i 设计 如图 6 2 所示 首先 计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸 然后按比例绘出节点板形状和尺寸 最后验算下弦与节点板的连接焊缝 已知焊缝的抗拉 抗压和抗剪的强度设计 值 2 160mmNff w 设杆 的肢背和肢尖焊缝分别是和 则所需焊缝长度为 mmhf6 mmhf5 肢背 取 110mmmm hef N l w f w 4 91 16067 02 1754157 0 2 7 0 肢尖 取 80mmmm hef N l w f w 0 50 16057 02 1754157 0 2 7 0 设杆 的肢背和肢尖焊缝分别是和 则所需焊缝长度为mmhf6 mmhf5 肢背 取 100mmmm hef N l w f w 4 67 16067 02 1293237 0 2 7 0 肢尖 取 80mmmm hef N l w f w 6 34 16057 02 1293237 0 2 7 0 设杆 的肢背和肢尖焊缝均为 则所需焊缝长度为mmhf5 肢背 取 165mmmm hef N l w f w 9 23 16057 02 382507 0 2 7 0 肢尖 取 165mmmm hef N l w f w 2 10 16057 02 382507 0 2 7 0 根据上述腹杆焊缝长度 并考虑杆件之间应留有间隙 按比例绘出节点大祥图 5 1 从而确定节点板尺寸为 mm8275385 下弦与节点板连接的焊缝长度为 385mm 焊缝所受的力为左右两下mmhf5 弦杆内力差 所受较大的肢背处焊缝应力为 kNN436 171072 133508 304 22 160 7 45 10385 57 02 1714367 0 2 75 0 mmNfmmN hel N w f w f 5 2 下弦节点 j 的设计 图 5 2 设节点所有焊缝为 所需焊缝长度如下 mmhf5 杆 kNN063 72 肢背 mm hef N l w f w 0 45 16057 02 720637 0 2 7 0 肢尖 mm hef N l w f w 3 19 16057 02 720633 0 2 3 0 杆 kNN250 38 肢背 mm hef N l w f w 9 23 16057 02 382507 0 2 7 0 肢尖 mm hef N l w f w 2 10 16057 02 382503 0 2 3 0 杆 kNN393 26 肢背 mm hef N l w f w 5 16 16057 02 263937 0 2 7 0 肢尖 mm hef N l w f w 1 7 16057 02 263933 0 2 3 0 所有焊缝均按构造 节点板尺寸 确定 焊缝长度均需大于 60mm 下弦与节点板连接的焊缝长度为 320mm 焊缝所受的力为左右两下mmhf5 弦 杆内力差所受较大的肢背处焊缝应力为 kNN07 50508 304578 354 22 160 3 17 10320 57 02 500707 0 2 75 0 mmNfmmN hel N w f w f 焊缝强度满足要求 5 3 下弦节点 k 的设计 下弦杆一般都采用同号角钢进行拼接 为使拼接角钢与弦杆之间能够密合 并 便于施焊 需将拼接角钢的尖角削除 且截去垂直肢的一部分宽度 一般 拼接角钢这部分削弱 可以靠节点板来补偿 接头一边的mmhth ff 5 焊缝长度按弦杆内力计算 如图 5 3 设焊缝 则所需一条焊缝计算长度为 mmhf6 mmlw 9 131 16067 04 354578 拼接角钢的长度取 400mm 131 9 2 263 8mm 屋架分成两个运输单元 设置工地焊缝长度拼接 左半边的弦杆和腹杆与节点 板连接用工厂焊缝 而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝 中间竖 杆跟左半边在工厂焊牢再出厂 为便于工地拼接 在拼接的角钢与右半边斜杆 上 设置螺栓孔 作为安装施焊前的定位之用 下弦杆与节点板之间用 5 21 焊缝满焊 mmhf5 斜杆 和竖杆 的内力均很小 肢背与肢尖焊缝 施焊长度均mmhf5 可按构造采用 至少 60mm 采用 390 290 8mm 所有焊缝均满焊 焊缝长度 均大于所需长度 5 4 支座节点 h 设计 为了便于施焊 下弦焊与支座底板的距离取 130mm 在节点中心设置加劲肋 加劲肋高度与节点板高度相等 5 4 1 支座底板计算 支座反力 kNFR 5 22925 3866 支座底板的平面尺寸取 如仅考虑有加劲肋部分的底板 2 112280280401mm 承受支座反力 则实承面积为 2 30800110280mm 验算柱顶混凝土的抗压强度 22 10 45 7 30800 229500 mmNfmmN A R c n 式中 钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值 c f 底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算 节点板和加劲肋将底板分成 4 块 每块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板 每块板的单位宽度最大弯 矩为 2 1 qaM 式中 q 底板所受的均布反力 2 45 7 30800 229500 mmN A R q n 两支承之间的对角线长度 1 mm16280 5146 22 1 系数 由查课本表 5 6 确定 为两支承边的相交点到对角线的 11 a b 1 b 1 垂线距离 由相似三角形的关系得 mmb 6 69 162 141 80 1 查表 5 5 得43 0 162 6 69 11 ab047 0 mmNqaM 918916245 7 047 0 22 1 底板厚度 取 20mmmmfMt16215 91896 6 5 4 2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算 加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似 假定一个加劲肋的受力为屋 架支座反力的四分之一 即 kN375 57500 229 4 1 焊缝受剪力 弯矩 设焊缝kNV375 57 mkNM 229540375 57 焊缝计算长度mmhf5 mmlw38110391 焊缝应力为 w N hel V 2 hel M w M 2 2 6 22 1 f 5 21 38157 02 57375 N 6 13 38157 02 22950006 2 M 222222 2 160 22 24 3 462 3 124 5 21 22 1 6 13 mmNfmmN w fN f M 5 4 3 节点板 加劲肋与底板的连接焊缝计算 设焊缝传递全部支座反力 R 229 5kN 其中每块加 劲肋各传 节点板传kNR375 57 5 229 4 1 4 1 kNR75 114 5 229 2 1 2 1 节点板与底板的连接焊缝 所需焊脚尺寸为mmlw540 10280 2 采用mm fl R h w fw f 90 1 1605407 0 114750 7 0 2 mmhf5 每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为 所需焊mmlw1002 102080 脚尺寸为 取mm fl R h w fw f 12 5 1601007 0 57375 7 0 4 mmhf6 5 4 4 下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算 下弦杆 肢背和肢尖焊缝均为 则所需焊缝长度为 kNN072 133 mmhf6 肢背 mm hef N l w f w 3 74 16057 02 13307275 0 2 75 0 肢尖 mm hef N l w f w 8 24 16057 02 13307225 0 2 25 0 支座斜杆 肢背焊缝长度为 肢尖焊缝长度为kNN702 248 mmhf6 则所需焊缝长度为 mmhf5 肢背 mm hef N l w f w 3 74 16067 02 13307275 0 2 75 0 肢尖 mm hef N l w f w 8 24 16057 02 13307225 0 2 25 0 支座竖杆 肢背和肢尖焊缝均为 则所需焊缝长度为 kNN125 19 mmhf5 肢背 mm hef N l w f w 95 11 16057 02 191257 0 2 7 0 肢尖 mm hef N l w f w 12 5 16057 02 191253 0 2 3 0 根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度 全部焊缝满焊 5 4 5 上弦节点 b 设计 为了便于在上弦搁置屋面板 节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm 用塞焊缝 把上弦角钢和节点板连接起来 槽钢作为两条焊缝计算 这时 强度设计值应 乘以 0 8 的折减系数 计算时可略去屋架上弦坡度的影响 且假定集中荷载 F 与上弦垂直 图 上弦肢背槽钢焊缝的 节点板的长度为 435mm 其应力为 mmhf4 2 2 211 2 5 0 w hel FNNk mmNf w f 1288 044 75 10435 47 02 382505 0 23803675 0 2 2 上弦肢间角焊缝的应力为 2 2 212 2 5 0 w hel FNNk mmN 16026 26 10435 47 02 382505 0 23803625 0 2 2 腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算 可不必再计算 节点板尺寸就是 根据腹杆焊缝长度按比例绘制确定 上弦为了便于搁置屋面板 在角钢再肢间 设置肋板 5 4 6 上弦节点 d f 的设计 两个节点的弦杆内力差值较小 腹杆与节点板的焊缝连接已在下弦节点计算中 解决 根据腹杆焊缝长度决定节点板尺寸 图 假定节点荷载由槽钢焊缝承受 可不必计算 仅验算肢尖焊缝 d 节点 kNNN067 106030 238097 344 21 221 10 48 10325 57 02 106067 7 02 mmN lh NN wf N f 2 22 21 97 54 10325 57 02 601060676 7 02