某单层厂房钢结构梯形屋架课程设计-secret.

1 设计资料 梯形屋架 建筑跨度为21m 端部高度为2 00m 跨中高度为3 05m 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20 C 屋架上 下弦布置有水平支撑和竖向支撑 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 15mm 厚1 2 5水泥砂浆保护层 SBC120聚乙烯丙纶双面复合防水卷材防水层 水泥与5 107 胶粘结层 20mm 厚1 3水泥砂浆基层 塑料袋装珍珠岩80厚 上压一层芦苇的保温层 SBC120聚乙烯丙 纶单面复合防水卷材隔气层 20mm 厚1 3水泥砂浆找平层 屋面雪荷载为0 45KN m 2 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 14 12 1m kN 保护层 2 36 03 02 1m kN 防水层 2 007 0006 02 1m kN 基层 2 480 040 02 1m kN 保温层 2 422 036 02 1m kN 隔气层 2 003 00025 02 1m kN 找平层 2 480 040 02 1m kN 屋架自重和支撑自重按经验公式 跨度l 21m 2 1 35211 12 11 12 1m kg l P w 2 4212 0351 02 1m kN 总计 g 3 852 m kN 2 2 可变荷载 屋面雪荷载 q 2 63 045 04 1m kN 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 kN q g F 32 4065 163 085 3 65 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 杆 件 轴线 单位荷载内力 F 荷载内力 kN 上 弦 杆 B 1357 0 0 C 1508 7 475 301 392 D 1508 7 475 301 392 E 1508 11 249 453 560 F 1508 11 249 453 560 G 1508 12 147 489 767 H 1508 12 147 489 767 下 弦 杆 Q 2850 4 106 165 544 Q 3000 9 739 392 676 Q 3000 11 936 481 260 11 Q 3000 11 730 472 954 斜 2528 7 688 309 980 2611 5 798 233 775 杆 2865 4 396 177 247 2865 2 776 111 928 3129 1 557 62 778 3129 0 312 12 580 11 3399 0 808 32 579 竖 杆 A 2000 0 500 20 160 2289 1 000 40 320 2593 1 000 40 320 2898 0 812 40 320 11 12 3050 0 0 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 或H 杆来选择 kN N 767 489m ax 在屋架平面内的计算长度cm l ox 8 150 屋架平面外的计算长度cm l oy 5 301 选用两个不等肢角钢10801002 L 长肢水平 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10mm 2334 34cm A cm i cm i y x 78 4 35 2 15017 6435 28 150 x ox x i l 785 0 x 15010 6378 48 150 y oy y i l 790 0 y 截面验算 22min 215 72 1814 34337854 0489767 mm N f mm N A N cm i x 77 1 cm i y 97 4 3505 16977 1300 x 3504 6097 4300 y 另两个节点的下弦杆内力较小 但cm l oy 600 故须验算其屋架平面外的长细比 3508 12097 4600 y 4 3 支座竖杆截面选择 杆轴力 kN N 160 20 计算长度 cm l l oy ox 200 采用两个等肢角钢5632 组成T 型截面 截面几何特性 2286 12cm A cm i x 94 1 cm i y 96 2 1501 10394 1200 x 535 0 x 1506 6796 2200 y 756 0 y 截面验算 22m in 215 67 306 1228535 020160 mm N f mm N A N 4 4 支座斜杆截面选择 杆轴力 kN N 980 309 计算长度 cm l l oy ox 8 252 采用两个不等肢角钢8801002 长肢相拼 截面几何特性 2888 27cm A cm i x 14 3 cm i y 48 3 1505 8014 38 252 x 685 0 x 1506 7248 38 252 y 735 0 y 截面验算 2min 2153 1628 2788685 0248702 mm N A N cm i x 94 1 cm i y 96 2 3507 10794 188 208 x 3502 8896 21 261 y 4 6 竖杆 截面选择 杆轴力 kN N 320 40 计算长度 cm l l ox 12 1839 2288 08 0 cm l oy 9 228 采用两个等肢角钢 5502 组成 T 形截面 截面几何特性 2606 9cm A cm i x 53 1 cm i y 45 2 1507 11953 112 183 x 438 0 x 1504 9345 299 228 cm y 580 0 y 4 7 斜杆 截面选择 杆轴力 kN N 247 117 计算长度 cm l l ox 2 2295 2868 08 0 cm l oy 5 286 采用两个等肢角钢 5752 组成 T 形型截面 截面几何特性 2824 14cm A cm i x 33 2 cm i y 43 3 1504 9833 22 229 x 565 0 x 1505 8343 35 286 y 664 0 y 截面验算 22m in 215 6 2114 1482565 0177247mm N f mm N A N cm i x 53 1 cm i y 45 2 3508 14953 12 229 x 3509 11645 24 286 cm i x 53 1 cm i y 45 2 1506 13553 14 207 x 363 0 x 1508 10545 2259 y 518 0 y 截面验算 22min 215 6 1156 960363 040320mm N f mm N A N 4 10 斜杆 截面选择 杆轴力 kN N 778 62 计算长度 cm l l ox 32 2509 3128 08 0 cm l oy 9 312 采用两个等肢角钢 5632 组成 T 截面几何特性 y 1500 12994 132 250 x 392 0 x 1508 10596 29 312 y 518 0 y 截面验算 22m in 215 3 1306 1228392 062778mm N f mm N A N cm i x 53 1 cm i y 45 2 3506 16353 132 250 x 3507 12745 2300 y 4 12 竖杆 截面选择 杆轴力 kN N 320 40 计算长度 cm l l ox 84 2318 2898 08 0 cm l oy 8 289 采用两个等肢角钢 5562 组成 T 形截面 截面几何特性 2830 10cm A cm i x 72 1 cm i y 69 2 1504 13872 184 231 x 366 0 x 1507 10769 28 289 y 507 0 y 截面验算 22m in 215 8 1100 1083366 040320mm N f mm N A N cm i x 72 1 cm i y 69 2 3501 15872 132579 x 3504 12669 29 339 y 5 节点设计 各 节 点 的 节 点 板 厚 一 律 取 10mm 各 杆 内 力 如 图 5 1所 示 5 1 下弦节点 j 设计 如图所示 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 2 160 mm N f f w 设杆 的肢背和肢尖焊缝分别是 mm h f 6 则所需焊缝长度为 肢背 mm hef N l w f w 8 12116067 022337757 027 0 取 135mm 肢尖 mm hef N l w f w 2 5216067 022337757 027 0 取 80mm 设杆 的肢背和肢尖焊缝分别是 mm h f 6 则所需焊缝长度为 肢背 mm hef N l w f w 3 9216067 021772477 027 0 取 110mm 肢尖 mm hef N l w f w 6 3916067 021772477 027 0 取 80mm 设杆 的肢背和肢尖焊缝均为 mm h f 5 则所需焊缝长度为 肢背 mm hef N l w f w 2 2516057 02403207 027 0 取 180mm 肢尖 mm hef N l w f w 8 1016057 02403207 027 0 取 180mm 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 从而确定节点板尺寸为 mm 10280345 下弦与节点板连接的焊缝长度为 345mm mm h f 6 焊缝所受的力为左右两下 弦杆内力差 kN N 112 227544 165676 392 所受较大的肢背处焊缝应力为 22 160 49 56 10345 67 022271127 0275 0mm N f mm N hel N w f w f 5 2 下弦节点 k 的设计 如图 设节点所有焊缝为 mm h f 5 所需焊缝长度如下 杆 kN N 928 111 肢背 mm hef N l w f w 0 70160 57 021119287 027 0 取 100mm 肢尖 mm hef N l w f w 0 3016057 021119283 023 0 取 80mm 杆 kN N 320 40 肢背 mm hef N l w f w 2 25160 57 02403207 027 0 取 80mm 肢尖 mm hef N l w f w 8 10 16057 02403203 023 0 取 80mm 杆 N 62 肢背 mm hef N l w f w 2 39160 57 02627887 027 0 取 80mm 肢尖 mm hef N l w f w 8 1616057 02627883 023 0 取 80mm 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 2 从而确定节点板尺寸为mm 10250285 下弦与节点板连接的焊缝长度为285mm mm h f 5 焊缝所受的力为左右两下弦 杆内力差kN N 584 88676 392260 481 所受较大的肢背处焊缝应力为 22 160 2 32 10285 57 02885847 0275 0mm N f mm N hel N w f w f 焊缝强度满足要求 5 3 下弦节点l 的设计 如图所示 设节点所有焊缝为mm h f 5 所需焊缝长度如下 杆 kN N 580 12 肢背 mm hef N l w f w 9 716057 02125807 027 0 肢尖 mm hef N l w f w 4 316057 02125803 023 0 杆 kN N 320 40 肢背 mm hef N l w f w 2 2516057 02403207 027 0 肢尖 mm hef N l w f w 8 10160 57 02403203 023 0 杆 11kN N 579 32 肢背 mm hef N l w f w 4 2016057 02325797 027 0 肢尖 mm hef N l w f w 7 816057 02325793 023 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270mm mm h f 5 焊缝所受的力为左右两下弦 杆内力差kN N 315 9945 472260 481 所受较大的肢背处焊缝应力为 22 160 58 3 10270 57 0293157 0275 0mm N f mm N hel N w f w f 176 0 2 352 0mm 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5 2 1 作为安装施焊前的定位之用 下弦杆与节点板之间用mm h f 6 焊缝满焊 采用节点板210 180 90 10mm 所有焊缝均满焊 5 5 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115mm 在节点中心设置加劲肋 加 劲肋高度与节点板高度相等 5 5 1 支座底板计算 支座反力 kN F R 24 282320 4076 支座底板的平面尺寸取2100800280360mm 如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力 则实承面积为 2100800360280mm 验算柱顶混凝土的抗压强度 22 10 8 2100800 282240mm N f mm N A R c n 式中c f 钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值 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 21 qa M 式中 q 底板所受的均布反力 2 8 2100800 282240mm N A R q n 1 两支承之间的对角线长度 mm 0 2215180 5140 221 系数 由11 a b 查课本表5 6确定 1b 为两支承边的相交点到对角线1 的垂线距离 由相似三角形的关系得 mm b 0 1120 2111751351 51 00 221 0 112 11 a b 查表5 5得059 0 mm N qa M 8 73542118 2059 0221 底板厚度 mm f M t 3 14215 8 73546 6 取20mm 5 5 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 kN 56 7024 2824 1 焊缝受剪力kN V 56 70 弯矩 m kN M 4 28224056 70 设焊缝mm h f 5 焊缝计算长度mm l w 35310363 焊缝应力为 w N hel V 2 he l M w M 226 22 1 f 6 2835357 0270560 N 4 1335357 02282240062 M 2222222 160 64 3096 8176 1206 2822 14 13 mm N f mm N w f N f M 5 5 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 282 24kN 其中每块加 劲肋各传kN R 56 7024 2824141 节点板传kN R 12 14124 2822 121 节点板与底板的连接焊缝mm l w 54010280 2 所需焊脚尺寸为 mm f l R h w f w f 33 21605407 01411207 02 采用mm h f 5 每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为 mm l w 12022080 所需焊脚尺寸为mm f l R h w f w f 25 5160 1207 0705607 04 取mm h f 6 5 5 4 下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算 下弦杆 kN N 554 165 肢背和肢尖焊缝均为mm h f 6 则所需焊缝长度为 肢背 mm hef N l w f w 4 92160 67 0216555475 0275 0 取110mm 肢尖 mm hef N l w f w 8 3016067 0216555425 0225 0 取80mm 支座斜杆 kN N 98 309 肢背焊缝长度为mm h f 6 肢尖焊缝长度为mm h f 5 则所需焊缝长度为 肢背 mm hef N l w f w 15016067 0230998065 0265 0 取165mm 肢尖 mm hef N l w f w 7 5716067 0213307235 0235 0 取80mm 支座竖杆 kN N 160 20 肢背和肢尖焊缝均为mm h f 5 则所需焊缝长度为 肢背 mm hef N l w f w 6 1216057 02201607 027 0 肢尖 mm hef N l w f w 4 516057 02201603 023 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 5 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 mm h f 6 节点板的长度为 385mm 其应力为 2 22112 5 0 w hel F N N k mm N f w f 1288 017 70 10395 67 02 403205 0 30139275 02 2 上弦肢间角焊缝的应力为 2 22122 5 0 w hel F N N k mm N 16012 24 10395 67 02 403205 0 30139225 02 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 5 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 kN N N 168 152