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文档简介
钢结构课程设计目录一、 设计资料.(2)二、 屋架形式和几何尺寸.(3)三、 支撑布置.(4)四、 屋架节点荷载.(5)五、 屋架杆件内力计算.(6)六、杆件截面选择.(8)七、节点设计.(15)一、设计资料题目:某厂房总长度60m,屋架跨度21m,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=1/10;L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C,无侵蚀性介质,地震设防烈度为7度(0.15g),屋架下弦标高为18m。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。3.屋盖结构及荷载:采用1.56.0m预应力混凝土屋面板(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计算,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:0.9 KN/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 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.4KN/m2保温层 0.7KN/m2一毡二油隔气层 0.05KN/m2预应力混凝土屋面板 1.4KN/m2二、屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板,故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10;屋架计算跨度2100030020700mm;端部高度取1990mm,跨中高度H=3040mm,屋架几何尺寸如图1所示、屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值如图2所示、屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值如图3所示图1 21米跨屋架几何尺寸图2 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图3 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值三、支撑布置由于房屋长度只有60m,故在房屋两端部开间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆,其中屋脊和两支座处为刚性系杆,其余三道为柔性系杆。具体布置如图4、图5、图6所示图4 上弦平面支撑布置 图5 屋架和下弦平面支撑布置图6 屋架和支撑布置四、屋架节点荷载 由于屋面坡度较小,故对所有荷载均按水平投影面计算(风荷载为吸力,且本例为重屋架,故不予考虑):具体荷载值见表1表1 各荷载标准值荷 载 名 称标 准 值(kN/m2)预应力混凝土屋面板1.4三毡四油(上铺绿豆沙)防水层0.4水泥砂浆找平层0.4保温层0.7一毡二油隔气层0.05屋架及支撑自重q=0.12+0.011L=0.351永久荷载总和3.301屋面施工活荷载0.7屋面积灰荷载0.9可变荷载总和1.6荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。对跨中的部分斜腹杆因半跨荷载可能产生的内力变号,采取将跨度中央每侧各二根斜腹杆(如图1中:Fg和gH杆)均按压杆控制长细比,故不再考虑半跨荷载控制作用的组合。1、按由可变荷载效应控制的组合计算:取永久荷载=1.2,屋面活荷载=1.4,屋面积灰荷载=1.4,=0.9,则节点荷载设计值为:2、按由永久荷载效应控制的组合计算:取永久荷载=1.35,屋面活荷载=1.4,=0.7,屋面积灰荷载=1.4,=0.9则节点荷载设计值为:故节点荷载设计值取: 3、计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况:(1)组合一:全跨永久荷载+全跨可变荷载: (单位:)(2)组合二:全跨永久荷载+半垮节点可变荷载: (单位:)(3)组合三:全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载:全跨屋架和支撑重:,半跨屋面板重及半跨屋面活荷载: (单位:)五屋架杆件内力计算表2 杆件内力组合表(单位:)一、 杆二、 件内力系数组合一组合二组合三内力设计值全跨恒载+全跨活载全跨恒载+半垮节点活载全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载全跨左右半跨=54.7k(1)(2)(1)-(2)(3)(4)(3)+ (4)上弦杆AB0000000000000000BD-7.472-5.31-2.16-408.7-101-41.1-307.7-367.6-28.3-181.3-73.8-209.7-102.1-408.7DF-11.262-7.34-3.92-616.1-139.6-74.64-476.5-541.5-42.7-250.6-134-293.3-176.7-616.1FH-12.18-6.861-5.32-666.3-130.5-101.2-535.8-565.1-46.2-234.3-181.6-280.5-227.8-666.3下弦杆ac+4.10+3.10+1.09+224.3+57.3+20.74+167+204+15.5-102.8+37.22+118.3+52.7+224.3ce+9.744+6.66+3.08+533+126.8+58.6+406+474.4+36.9+227.5+105.2+264.4+141.2+533eg+11.962+7.33+4.64+654.3+139.4+88.2+514.9+566.1+45.3+250.2+158.3+295.5+203.6+654.3gh+11.768+5.88+5.88+643.7+111.9+111.9+531.8+531.8+44.6+200.94+200.94+45.54+245.5+643.7斜杆aB-7.684-5.64-2.04-420.3-107.3-38.87-313-381.4-29.1-192.6-69.8-221.7-98.87-420.3Bc+5.8080+3.96+1.85+317.7+75.34+35.2+242.4+282.5+22+135.2+63.11+157.23+85.1+317.7cD-4.409-2.63-1.78-241.2-50.1-33.79-191.1-207.4-16.7-89.92-60.31-106.6-77-241.2De+2.792+1.22+1.57+152.7+23.25+129.45+122.83+10.58+41.73+53.6+52.3+64.19+152.7eF-1.572-0.05-1.53-86-0.894-29-85.1-57-5.96-1.61-52.1-7.56-58-86Fg+0.328-1.04+1.37+17.9-19.8+26+37.67-8.1+1.24-35.48+46.68-34.24+47.92-34.24+47.92gH+0.713+1.91-1.20+39+36.4-22.8+2.6+61.83+2.7+65.33-40.98+68.1-38.28+68.1-38.28竖杆Aa-0.5-0.5-27.35-9.5-17.85-1.9-1.9-17.1-18.98-27.35Cc-1.0-1.0-54.7-19.1-35.67-3.79-34.15-37.94-54.7Ee-1.0-1.0-54.7-19.1-35.67-3.79-34.15-37.94-54.7Gg-1.0-1.0-54.7-19.1-35.67-3.79-34.15-37.94-54.7六、杆件截面选择按腹杆最大内力,查表选中间节点板厚度为10mm,支座节点板厚度为12mm1、上弦杆:整个上弦杆采用等截面,按最大内力, 查表 假定 查附表选2L1409010短肢相并,如图所示A=222.26=44.52cm,按刚度条件进行截面验算:(满足要求) 图7上弦杆截面 ( 满足要求)双角钢T形截面绕对称轴(y轴)应按弯扭屈曲计算换算长细比故取,查表得,所以(满足要求) 2、 下弦杆整个下弦杆采用等截面,按最大内力计算,查表,选2L140908 (满足)(满足) (满足)3、 腹杆 (1)斜杆:杆: 查表选用:2L125808,长肢相并。, (满足) (满足) 所以取 查表(满足)Bc杆: 采用等边角钢2L708 (满足)(满足)(满足)cD杆: 选用等边角钢:2L708 (满足)(满足)所以,查表,(满足)De杆: 采用等边角钢2L708 (满足)(满足)(满足)eF杆: 选用等边角钢:2L708 (满足)(满足)所以,查表: (满足)Fg杆: 将Fg杆按得拉杆进行设计,考虑该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号,故宜按容许长细比进行控制,选用2L708, (满足) (满足)根据第三种荷载组合计算时,其数值不大,故选2L708可以满足要求。gH杆: 同理将gH杆按容许长细比进行控制,选用2L708, (满足)(满足)根据计算,按第三种组合选用2L708可满足要求。(2)竖杆 Aa杆: 选2L635 (满足) (满足)所以,查表,(满足) Cc杆: 选用等边角钢:2L606 (满足) (满足)所以:,查表:,(满足) Ee杆: 选用等边角钢:2L606, (满足) (满足)所以:,查表:,(满足) Gg杆: 选用等边角钢:2L606 所以,查表:,(满足)详见附表3:屋架杆件截面选择表七、 节点设计(1)屋脊节点:其产生的偏心弯矩:现取节点板尺寸如图所示,设肢尖焊角尺寸,则角焊缝计算长度为,按下列公式验算肢尖焊缝强度:(满足要求)不起拱上弦坡度为1/10。拼接角钢采用与上弦相同截面,热弯成型。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算,设角焊缝焊脚尺度则接头一侧需要的焊缝计算长度为:拼接角钢总长度为:取拼接角钢竖肢需切去的高度为: 取即竖肢还剩高度为图8 屋脊节点(2)上弦节点:节点B:对aB杆件:设肢背焊缝:,肢尖焊缝 , 肢背焊缝长度,取200mm肢尖焊缝长度,取100mm对Bc杆:设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取150mm肢尖焊缝长度,取100mm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,而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到:c为节点板厚度肢尖焊缝承担弦杆内力差,肢背采用塞焊缝,承受节点荷载设计值,上弦与节点板间焊缝长度为500mm,则 (满足)选择节点板尺寸为:50025010可满足要求节点D:对Dc杆:,设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取150mm肢尖焊缝长度,取100mm对De杆:,设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取100mm肢尖焊缝长度,取80mm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,而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到:,c为节点板厚度肢尖焊缝承担弦杆内力差,肢背采用塞焊缝,承受节点荷载设计值,上弦与节点板间焊缝长度为380mm,则 (满足)其余上弦节点见施工图材料表(3)下弦节点:节点c对cB杆:,设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取150mm肢尖焊缝长度,取100mm对cD杆:,设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取150mm肢尖焊缝长度,取100mmCc杆内力很小, 焊缝尺寸按构造取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 ,从而确定节点板尺寸为410mm250mm10mm图9 下弦节点C下弦与节点板连接的焊脚尺寸为。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 kN,受力较大的肢背处的焊缝应力为 (满足)节点e:对eD杆,设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取100mm肢尖焊缝长度,取100mm对eF杆,设肢背焊缝:,肢尖焊缝 肢背焊缝长度,取50mm肢尖焊缝长度,取50mm由于Ee杆内力很小, 焊缝尺寸按构造取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 ,从而确定e节点的节点板尺寸为360mm240mm10mm下弦与节点板连接的焊脚尺寸为。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 ,受力较大的肢背处的焊缝应力为 (满足)其余下弦节点见施工图材料表(3)支座节点根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝,节点板采用38044012。为便于施焊。取地板表面至下弦轴线的距离为160mm,且在支座设加劲肋9012,高度为440mm。 底板计算:支座反力:根据构造需要取底板厚度280
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