钢结构T型屋架课程设计

精品文档 1欢迎下载 一 设计资料 1 题号 25 的已知条件 梯形钢屋架跨度 21m 长度 60m 柱距 6m 冬季最低温 度为 20 地震设计烈度为 8 度 设计基本地震加速度为 0 2g 采用 1 5m 6m 预应 力混凝土大型屋面板 80mm 厚泡沫混凝土保温层 卷材屋面 屋面坡度i 1 16 屋 面活荷载标准值为 0 7 kN m2 雪荷载标准值为 0 75 kN m2 基本风压 0 6kN m2 积灰荷 载标准值为 0 6 kN m2 屋架铰支在钢筋混凝土柱上 上柱截面为 400 mm 400 mm 混凝土标号为 C20 钢材采用 Q235B 级 焊条采用 E43 型 2 屋架计算跨度 l0 21m 2 0 15m 20 7m 3 跨中及端部高度 设计为无檩体系方案 由于乌鲁木齐市的年降水量很少 采用缓坡梯形屋架 取屋架在 21m 轴线处的端部高度 h0 1 944m 屋架中间高度 h 2 600m 取为 l0 8 则屋架在 20 7m 处 两端的高度为 h0 1 953m 屋架跨中起 拱按 l0 500 考虑 取 50mm 二 结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图 1 所示 图 1 根据厂房长度 60m 60m 跨度及荷载情况 设置两道上下弦横向水平支撑 柱网采用封闭结合 厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间 在上弦平面设置刚性系 杆与柔性系杆 以保证安装时上弦杆的稳定 在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了 精品文档 2欢迎下载 柔性系杆 以传递山墙风荷载 在设置横向水平支撑的柱间 由于 l 21m36 99 2 cm 2 26cm 6 11cm 2 cmx i y i 图 5 下弦杆截面 精品文档 7欢迎下载 按所选角钢进行验算 35074 132 6 22 3000 x ox x i l 35040 169 1 61 10350 y oy y i l 因此 所选截面合适 3 端斜杆 aB 杆件的轴力为 N 454 07kN 计算长度为 ox lmmloy2530 因为 lox loy 故采用不等肢角钢 长肢相并 使 ixiy 选用 2L125 80 10 见图 6 则查周俐俐主编 钢结构 附录 14 15 可得 A 39 42 3 98cm 3 31cm 2 cm x i y i 按所选的角钢进行验算 15057 63 8 39 2530 x ox x i l 15044 76 1 33 2530 y oy y i l 因 只需求 查表 0 710 则 x yy y MPaMPa A N y 21524 162 3942710 0 454070 因此 所选截面合适 4 腹杆 dH 此杆采用通长杆件 最大拉力 N 48 82kN 最大压力 N 39 98kN dH 在桁架平面内的计算长度取为 mmlox401 2 mmloy3002 故采用等边角钢 选用 2L63 5 见图 7 肢背间距取 10mm 查查表得 A 13 76 1 94cm 2 cm x i 3 04cm y i 按所选角钢进行验算 15077 123 94 1 2401 x ox x i l 图 6 端杆 aB 截面 图 7 腹杆 dH 截面 精品文档 8欢迎下载 15075 98 04 3 3002 y oy y i l 因 只需求 查周俐俐主编 钢结构 附表 12 2 得 0 349 则 yx x x MPaMPa A N x 21589 77 1228418 0 39980 拉应力为 MPaMPa A N 21576 39 1228 48820 因此所选截面合适 5 竖杆 Cb N 56 43kN mmllox17058 0 由于杆件内力较小 取mmlloy2131 需要的回转半径为100 mm l i ox x 05 17 100 1705 mm l i oy y 31 21 100 2131 查周俐俐主编 钢结构 附录 13 选截面的 教上述计算的 略大些 x i y i x i y i 选用 2L63 5 见图 8 其几何特性为 A 12 28 1 94cm 3 04cm 则 2 cm x i y i 15089 87 4 19 1705 mm i l x ox 15010 70 4 30 2131 mm i l y oy 因 只需求 由 x 查表得 0 634 则 yx x x 图 8 竖杆 Cb 截面 精品文档 9欢迎下载 MPaMPa A N x 21548 72 1228634 0 56430 因此所选截面合适 剩下各杆件的截面选择计算结果见表 3 表表 3 3 屋架杆件截面选择屋架杆件截面选择 计算长度 cm 回转半径 cm 长细比 稳定系数 名 称 杆 件 编 号 内力 kN oxl oyl 截面规格 截面 面积 cm2 xiyix y 容许 长细 比 x y 计算应 力 NA N mm2 上 弦 FG GH 809 79 150 3 601 2 2L 180 110 10 67 4 2 31 0 5 8 71 47 7 1 69 0 2 150 0 75 1 159 9 4 下 弦 de795 223001035 2L 125 80 10 39 4 2 2 266 11 132 74 169 40 350 201 7 3 Aa 28 13 156 2 195 3 2L 56 5 10 8 4 1 722 69 113 55 72 6 1 150 0 43 7 54 86 aB 454 07 244 4 253 2L 125 80 10 长肢相并 39 4 2 3 983 31 63 5 7 76 4 4 150 0 71 0 162 2 4 Bb347 46202425302L 80 10 30 2 6 2 423 74 83 6 4 67 6 5 350 114 8 3 bC 56 43 170 5 213 1 2L 63 5 12 2 8 1 943 04 87 8 9 70 1 0 150 0 63 4 72 48 bD 269 42 214 7 268 4 2L 80 10 30 2 6 2 423 74 88 7 2 71 7 7 150 0 63 0 141 3 3 Dc182 45 214 7 268 4 2L 70 6 16 3 2 2 153 26 99 8 6 82 3 3 350111 8 cE 56 03 185 5 231 9 2L 63 5 12 2 8 1 943 04 95 6 2 72 2 9 150 0 58 6 77 86 cF 112 18 227 3 284 1 2L 70 6 16 3 2 2 153 26 105 72 87 1 5 150 0 46 0 1 Fd59 04 227 3 284 1 2L 63 5 12 2 8 1 943 04 117 17 93 4 5 15048 08 dG 56 54 200 48 250 6 2L 63 5 12 2 8 1 943 04 103 34 82 4 4 150 0 53 3 90 20 腹 杆 dH 48 82 39 98 240 1 300 2 2L 63 5 12 2 8 1 943 04 123 77 98 7 5 150 0 41 8 39 76 77 89 精品文档 10欢迎下载 注 表格中凡未加特别说明的不等边角钢组合截面形式均为短边相并 6 节点设计 1 下弦节点 b 见图 9 各杆件的内力由表 2 查得 设计步骤 由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸 即和 然后根据的 f h w l w l 大小按比例绘出节点板的形状和尺寸 最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝 用 E43 型焊条角焊缝的抗拉 抗压和抗剪强度设计值 MPaf w f 160 设 Bb 杆的肢背和肢尖焊缝 8mm 和 6mm 则所需的焊缝长度为 按等肢角钢 f h 连接的角焊缝内力分配系数计算 肢背 mm fh N l w fe 73 15116 16087 02 3474602 16 2 7 0 w1 取 155mm 肢尖 mm fh N l w fe 56 8912 16067 02 3474603 0 12 2 3 0 w2 取 90mm 设 bD 杆的肢背和肢尖焊缝 8mm 和 6mm 则所需的焊缝长度为 f h 肢背 mm fh N l w fe 24 12116 16087 02 2694202 16 2 7 0 w1 取 125mm 肢尖 mm fh N l w fe 14 7212 16067 02 2694203 0 12 2 3 0 w2 取 75mm Cb 杆的内力很小 焊缝尺寸可按构造确定 取 5mm f h 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 按比 例绘出节点详图 从而确定节点板尺寸为 285mm 405mm 下弦与节点板连接的焊缝长度为 405mm 6mm 焊缝所受的力为左右两下弦杆的 f h 内力差 受力较大的肢背处的焊缝应力为kNN63 35620 26983 625 MPaMPa f 16002 81 1240567 02 35663075 0 He0260260 2L 63 5 十 字形截面 12 2 8 2 452 45 106 13 106 13 2000 精品文档 11欢迎下载 焊缝强度满足要求 该节点如图 9 图 9 下弦节点 b 2 上弦节点 B 见图 10 Bb 杆与节点板的焊缝尺寸和节点 b 相同 aB 杆与节点板的焊缝尺寸按上 述同样方法计算得 kNNaB07 454 设 aB 杆的肢背和肢尖焊缝 10mm 和 6mm 所需的焊缝长度为 按不等肢 1f h 2f h 角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算 肢背 mm fh N l w fe 76 15120 160107 02 45407065 0 20 2 65 0 w1 取 155mm 肢尖 mm fh N l w fe 25 13012 16067 02 4540703 0 12 2 35 0 w2 取 135mm 为了便于在上弦上搁置屋面板 节点板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 槽焊缝作为两条角焊缝计算 槽焊缝强度设计值乘以 0 8 的折减系数 计算时可略去屋架上弦坡度的影响 由于节点集中荷载 P 不大 故可按照构造满焊 上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得 mmhf501 2 1 2 1 1 节点板厚试度mmhf10 上弦与节点板间焊缝长度为 440mm 肢间承受内力差 偏心 6kN4740 6 474N 距 e 110 25 85mm 偏心力矩为 M N e 474 6 0 085 40 341kN m 按照构造要求取肢 尖 10mm 则上弦肢尖角焊缝的剪应力为 2 h f 精品文档 12欢迎下载 a21 79 428107 02 474600 f MP 由偏心距引起的正应力为 MPa lh M w e 38 94 448107 02 403410006 2 6 22 f 则焊缝强度为 MPaMPa f f 16072 11021 79 22 1 38 94 2 2 2 2 f 所以焊缝强度满足要求 该节点如图 10 所示 图 10 上弦节点 B 3 屋脊节点 H 见图 11 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接 为了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 一般为 mmht f 5 拼接角钢的这部分削弱 可以靠节点板来补偿 接头一边的焊缝长度按弦杆内力计 算 设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝 10mm 则所需焊缝长度为 一条焊缝 f h mmlw80 761 160107 04 979080 拼接角钢的长度弦杆杆端空隙 取 50mm 拼接角钢长度取 460 mm 2 2 fws hll 上弦与节点板之间的槽焊缝 假定承受节点荷载 验算与节点 B 处槽焊缝验算 精品文档 13欢迎下载 方法类似 此处验算过程略 上弦肢尖与节点板的连接焊缝 应按上弦内力的 15 计算 并考虑此力产生的弯矩 设肢尖焊缝 10mm 取节点板长度为 380mm 则节点一侧弦 f h 杆焊缝的计算长度 380 2 10 20 160mm 焊缝应力为 w l MPa N f 23 54 160107 02 80979015 0 MPa M f 85 172 160107 02 8580979015 0 6 2 MPaMPa M fN f 16070 151 22 1 85 172 23 54 22 1 2222 该节点图如图 11 所示 在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接 左半边的上弦 斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊接 而右半跨的上弦 斜杆与节点板的连接用工地 焊接 图 11 屋脊节点 H 4 下弦拼接节点 e 见图 12 拼接角钢与下弦杆的连接计算及拼接角钢总长度的确定 拼接角钢与下弦杆之间 每边有 4 条角焊缝连接 由于拼接角钢竖向肢切割去 可近似认为 4 条角mmthf5 焊缝均匀传力 拼接角钢与下弦杆的连接焊缝按下弦截面积等强度计算 即拼接角钢 与下弦杆的连接焊缝最大承受的内力值为 Af A 为下弦角钢截面总面积 则在拼接节点 精品文档 14欢迎下载 一边每条焊缝的计算长度为 mm fh Af l w ff w 48 236 16087 04 2153942 7 04 每条焊缝的实际长度为 mmhll fw 48 2528248 2362 拼接角钢的总长度为 s l mmmmlls95 524 95 51420 1047 252220 102 10 20mm 为拼接处角钢间的空隙 下弦杆与节点板的连接焊缝 除按拼接接点两侧弦杆的内力差进行计算外 还应 考虑到拼接角钢由于切角和切肢 截面有一定的削弱 这个削弱的部分由节点板来补 偿 一般拼接角钢削弱的面积不超过 15 所以下弦与节点板的连接焊缝按下弦较大内 力的 15 和两侧下弦的内力之差两者中的较大者进行计算 下弦杆肢背与节点板的连接焊缝计算长度 mm fh NN l w ff w 27 43 16087 02 79522015 065 0 7 02 15 0 max 1 max1 1 下弦杆肢背与节点板的连接焊缝实际长度 mmhll fw 27 592 111 下弦杆肢尖与节点板的连接焊缝计算长度 mm fh NN l w ff w 06 31 16067 02 79522015 0 35 0 7 02 15 0 max 2 max2 2 下弦杆肢尖与节点板的连接焊缝实际长度 mmhll fw 06 436206 312 222 该节点图如图 12 所示 图 12 下弦拼接节点 e 精品文档 15欢迎下载 5 支座节点 a 见图 13 为了便于施焊 下弦杆角钢水平肢的底面与支座底版的净距离取 160mm 在节点中 心线上设置加劲肋 加紧肋的高度与节点板的高度相等 厚度 12mm 1 支座底板的计算 支座反力为 R 385000N 设支座底板的平面尺寸采用 280360 如仅考虑有加劲肋部分的底版承受支mm mm 座反力 则承压面积为 280 360 100800 验算柱顶混凝土的抗压强度 2 mm MPafMPa A R c n 5 1282 3 100800 385000 支座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为四块 每块板为相邻边支承而另两相邻边自由的板 每块板的单位宽度的最大弯矩为 2 22 aM 式中 底板下的平均应力 即 3 82MPa 两边支承之间的对角线长度 即 2 amma224180 2 12 140 22 2 系数 由查表确定 2 22 a b 为两边支承的相交点到对角线的垂直距离 为 164mm 由此得 2 b 2 a 732 0 224 164 2 2 a b 查表得 0 087 则单