27m钢屋架课程设计 坡度1：11.doc

普通钢屋架课程设计姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： 2012.1 目录一、设计资料31.1、设计条件41.2、材料规格 41.3、施工与安装41.4、结构形式与布置4二、荷载与内力计算61、荷载计算62、荷载组合63、内力计算7三、杆件截面设计81、上弦杆82、下弦杆103、端斜杆aB104、斜腹杆 dJ115、竖腹杆Hd12四、节点设计141、下弦节点“b”142、上弦节点“B”153.屋脊节点“J”164.支座节点“a”17一、设计资料某金工车间跨度为27m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN中级工作制软钩吊车（参见平面图、剖面图），冬季最冷温度-20，无侵蚀性介质，抗震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.56 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400400mm，混凝土强度等级为C25。11 剖面图 1:100几种屋架推荐形式平面图 1:100 1.1 材料规格荷载类型荷载名称核载标准值永久荷载预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.45改性沥青防水层0.3520厚1:2.5水泥砂浆找平层0.45100厚加气混凝土保温层0.55钢屋架及支撑重0.12+0.01127=0.417悬挂管道无可变荷载基本风压不考虑基本雪压（不与活荷载同时考虑）0.55不上人屋面活荷载0.5积灰荷载0.451.2 材料规格 钢材：型钢，钢板为Q235或Q345； 螺栓：摩擦型高强度螺栓和普通螺栓； 焊条：E43型、E50型。 1.3 施工与安装条件 （1）各种材料保证供应，品种齐全；（2）施工技术力量雄厚，有足够的运输、吊装设备； （3）构件加工和预制设施配套，保证工期。1.4结构形式与布置桁架计算跨度：桁架的中间高度：在26.7米的两端高度：在27米轴线处端部高度：桁架形式及几何尺寸（图中杆件为未起拱的尺寸）二、荷载与内力计算2.1荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载小于雪荷载，故取雪活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影分布的荷载。桁架沿水平面投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（PW=0.12+0.011跨度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载：预应力混凝土大型屋面板 1.0041.45 =1.456 KN/m2改性沥青防水层1.0040.35 =0.351 KN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.0040.4 =0.402 KN/m2100厚加气混凝土保温层 1.0040.55 =0.552 KN/m2钢屋架和支撑自重 0.12 +0.01127=0.417 KN/m2悬挂管道 0合计3.178 KN/m2标准可变荷载雪荷载0.7 KN/m2基本风压不考虑积灰荷载0.45 KN/m22.2荷载组合设计桁架时，应该考虑以下三种荷载组合：（1）、全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：F=1.353.178+1.40.70.55+1.40.90.451.56=48.57 KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载：全跨永久荷载设计值：对结构有利时：F1，1=1.353.1781.56=38.61 KN（永久荷载为主）F1，2=1.23.1781.56=34.3 KN（可变荷载为主）对结构不利时：F1，3=1.03.1781.56=28.61 KN半跨可变荷载：F2,1=1.40.70.55+0.90.451.56=9.95 KN（永久荷载为主）F2,2=1.40.55+0.90.451.56=12.03 KN（可变荷载为主）(3)全跨桁架包括支撑+半屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重设计值：对结构有利时：F3，1=1.20.4171.56=4.50 KN对结构不利时：F3，2=1.00.4171.56=3.75 KN半跨屋面板自重及活荷载设计值：F4=1.21.45+1.40.551.56=22.59 KN（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。计算详图见下图：2.3内力计算各杆编号如下：由电算先解的F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨、右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见下表 杆件名称内力系数（F=1)第一种组合 F第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨全跨+左半跨全跨+右半跨上弦AB000000000BC、CD-10.50-7.57-2.93-509.99-509.99DE-16.72-11.37-5.35-812.09-812.09EF、FG-17.35-11.99-5.36-842.69-842.69GH-19.84-11.74-8.10-963.63-963.63HI、IJ-20.39-12.28-8.11-990.34-990.34下弦ab5.644.161.48273.93273.93bc14.069.884.18682.89682.89cd19.2612.067.2935.46935.46de19.029.519.51923.80923.80斜腹杆aB-10.20-7.53-2.67-495.41-495.41Bb8.135.702.43394.87394.87bD-6.62-4.28-2.34-321.53-321.53Dc4.752.672.08230.71230.71cf-3.520.99-4.51-170.97-126.1-180.89.16-117.5180.8Ef0.750.75036.4336.5228.8620.543.1536.52fG-2.69-0.16-2.53-130.65-105.5-129.0-15.72-69.26130.65Gd1.10-0.721.8253.4335.3160.58-12.4446.0660.58dg1.113.18-2.0753.9176.3522.2676.83-42.60 76.35Hg0.690.69033.51 33.5126.6418.693.1133.51gJ1.873.94-2.0790.83111.5851.6097.42-39.75111.58竖杆Aa-0.50-0.500-24.29-24.29Cb-1.00-1.000-48.57-48.57Ec-1.61-1.57-0.04-78.20-72.20Ff-1.00-1.000-48.57-48.57Hd-1.76-1.66-0.1-85.48-85.48Ig-1.00-1.000-48.57-48.57Je000 0三、杆件截面设计3.1上弦杆整个上弦采用等截面，按GH杆件的最大设计内力进行设计。N=963.63KN=963630N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，l0x=150.6cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取l0y=3150.6=451.8cm因为l0x=3l0y，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆内力的最大值为N=495.41 KN ，查表9.6.4，中间节点板的厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm。设=80，查书本附录4得=0.688。需要截面积：A=Nf=9636300.688215=6524.4mm2需要的回转半径：ix=l0x=150.680=1.89cm，iy=l0y=451.880=5.65cm根据需要的截面积以及回转半径，查角钢规格表，选用2L 18011012，a=10cm,A=67.42cm2，ix=3.105cm，iy=8.68cm，b1t=18012=15，按所选的角钢进行验算：x=l0xix=150.73.57=42.21因为 b1t=18012=150.56l0yb1=0.56451.818=14.05所以yz=3.7b1t1+l0y2t252.7b14=3.7180121+4518212252.71804=58.45x，只需求y。查表得y=0.815。 所需截面符合要求。截面图如下所示：3.2下弦杆整个下弦杆采用统一的截面形式，按最大的内力设计值进行设计。Nde=935460Nl0x=300cm，l0y=1485cm 所需的截面积的面积为：An=Nf=935460215=4382.60 mm2选用 2L 16010012，因为l0yl0x，故选用不等肢角钢，短肢相并。A=60.11cm243.836cm2ix=2.82cm，iy=7.75cm0y=l0yiy=14857.75=191.61=350考虑下弦有221.5 mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：An=6011-221.512=5495 mm2=NAn=9422605495=171.60Nmm2215Nmm2满足要求。图示如下：3.3端斜杆aB杆件轴力：N=-495.41KN=-495410 N 。计算长度l0x=l0y=2443.2 mm。采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。选用2L 1409010，A=44.522cm2，ix=4.47cm，iy=3.74cm，b2t=9010=9.因为b2t=9010=90.48l0yb2=0.48253990=13.54所以yz=y1+1.09b24l0y2t2=253937.41+1.099042443.22102=76.02y，所以用yz查表求得y=0.714。=NAy=4954104452.20.714=155.84Nmm2215Nmm2满足要求。如下图所示：3.4再分腹杆dggJ此杆在g节点处不断开，采用通长杆。最大拉力：NgJ=111.58KN ， Ndg=76.83KN最大压力：NgJ=51.60KN ， Ndg=42.60KN再分式桁架中的斜腹杆，在平面内的计算长度取节点中心间距：l0x=216.7cm。平面外的计算长度由以下公式得出：l0y=l10.75+0.25N2N1=433.40.75+0.2542.6051.60=414.5cm选用2L 705，A=13.75cm2，ix=2.16cm，iy=3.31cm，bt=705=14.x=l0xix=230.52.16=106.7150 刚度满足要求。因为bt=705=140.58l0yb=0.58414570=34.34所以yz=y1+0.475b4l0y2t2=414533.11+0.4757044145252=128.55=150是b类截面，查表得y=0.394。则=NAy=5160013750.394=95.25Nmm2215Nmm2拉应力：=NA=1115801375=81.15Nmm2215Nmm2满足要求。3.5竖杆Hd杆件轴力N=-85.48KN=-85480 N 计算长度：l0x=0.8l=0.8285.5cm=228.4cm，l0y=285.5cm取=150，则ix=l0x=228.4150=1.52cm，iy=l0y=285.5150=1.90cm查型钢表可以选用2L 635，截面几何特性：A=12.286cm2，ix=1.94cm，iy=3.04cm，bt=635=12.6。x=l0xix=228.41.94=117.73150 刚度满足要求。因为bt=635=12.60.58l0yb=0.58285563=26.28所以yz=y1+0.475b4l0y2t2=285530.41+0.4756342855252=97.36=150是b类截面，查表得y=0.572。则=NAy=854801228.60.572=121.63Nmm2215Nmm2满足要求。截面图示如下所示：其余各杆的计算不再一一详细列出，结果见下表：杆件计算内力截面规格截面面积长度/cmi/cm长细比容许/MPa名称编号 /KN/cmlxlyixiyxyzxy上弦GH-963.632L1801101267.42150.6451.83.1058.6842.2158.451500.815175.6下弦de935.462L1601001260.1130014852.827.75106.3191.6350171.6 腹杆Aa-24.292L 63512.2861901901.943.0497.9462.51500.56734.87aB-495.412L 140901044.522244.3244.32.163.3154.6576.021500.714115.8Bb394.872L 90621.274202.3252.92.794.1372.5161.23350185.6Cb-48.572L 5059.606173.8217.31.532.53113.685.891500.472107.1bD-321.532L 100727.592220.2275.32.793.3179.9283.171500.667174.7Dc230.712L 63512.286220.4275.51.943.04113.690.63350187.8Ec-72.202L63512.286195.7244.61.943.04100.980.461500.548107.2Ef36.522L 5059.606148.2185.21.532.5396.8673.2035038.01Ff-48.572L 5059.60697.84122.31.532.5363.9548.341500.78764.25cf180.8/-9.162L 5059.606202.4308.71.532.53132.3122.01500.37725.29fG130.652L 5059.606202.4308.71.532.53132.3122.0350136.1Gd60.58/-12.442L 63512.286248.4310.51.943.04128.0102.11500.39725.51Hd-85.482L 80515.824228.4285.52.483.7192.1076.951500.60788.99Hg-33.512L 63512.286158.3197.91.943.04117.797.361500.44960.75Ig-48.572L 5059.606114.2142.71.532.5374.6456.401500.72369.93dg76.83/-42.602L 70513.75230.5414.52.163.31106.7128.61500.39478.63gJ111.6/-51.602L 70513.75230.5414.52.163.31106.7128.61500.39495.25Je02L635（十字形）12.286281.5281.52.452.45114.92000四、节点设计4.1下弦节点b用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=160N/mm2。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm与6mm，则所需的焊缝长度为;肢背：lw=0.7N2heffw=0.739487025.6160=154.25mm 加2hf后取20cm。肢尖：lw=0.3N2heffw=0.339487024.2160=88.14mm 加2hf后取12cm。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm与6mm，则所需的焊缝长度为：肢背：lw=0.7N2heffw=0.732153025.6160=125.6mm 加2hf后取16cm。肢背：lw=0.3N2heffw=0.332153024.2160=71.77mm 加2hf后取10cm。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可以按构造确定，取hf=5mm。根据上面求的焊缝长度，并且考虑杆件之间的间隙以及制作和装配的误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为350mm460mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为46cm，hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=682.98-273.93=409.05KN=409050N。受力较大处的肢背焊缝应力应该为：f=0.7540905020.76（460-12）=81.52N/mm2160N/mm2焊缝满足要求。节点大样如下图：4.3上弦节点B（a）“Bb”杆 “Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。（b）“aB”杆 杆件轴力N=495.41KN，截面2L 1409010，节点板厚10mm，肢背和肢尖的内力分配系数，角焊缝强度设计值。 设肢背焊缝焊脚尺寸取8mm。所需焊缝长度 lw=0.7N2heffw=0.749541025.6160=193.51mm 加2hf后取21cm。 肢尖焊缝焊脚尺寸取6mm。则所需焊缝长度 lw=0.3N2heffw=0.349541024.2160=110.6mm 加2hf后取13cm。（c）“AB”杆根据上面求的焊缝长度，并且考虑杆件之间的间隙以及制作和装配的误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为325mm470mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为47cm，hf=8mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=495.41-0=495.41KN=495410 N。节点荷载由槽焊缝承受，上弦相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝肯定是安全的，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：f=49541020.78（470-12）=96.57Nmm20.8160=128N/mm2fM=64954108520.784582=1107.54N/mm2fN2+fM1.222=96.57+107.541.222=130.76N/mm22221.06=442.12mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载吧，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝应该按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为50cm。则节点一侧弦杆焊缝计算长度为lw=25-1-2=22cm。焊缝应力为：f=0.1599034020.710220=48.23N/mm2160N/mm2fM=0.1569903408520.7102202=111.81 N/mm2fN2+fM1.222=48.232+111.81