24m梯形钢屋架结构设计说明书.doc

24m梯形钢屋架结构设计说明书一、设计资料1. 结构形式某城防跨度24m总厂90m柱距6m采用提醒钢屋架，1.56.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上主界面400mm400mm混凝土强度等级为c30，无卖弄坡度为i=1:10.地区计算温度高于-20c，无寝室介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦表保卫18m；厂房内设中级（A5）级桥式吊车。屋架形式及炫彩屋架形式为梯形、几何尺寸及内力系数另制定。屋架采用的钢材及焊条为：Q345B钢E50焊条。3.荷载标准值（水平投影面积）永久荷载： 二毡三油（上铺绿豆沙）防水层0.4kN/m2水泥砂浆找平层0.4kN/m2保温层0.4kN/m2冷底子油、热沥青各一道0.05kN/m2预应力混凝土大型屋面板和灌缝 1.4kN/m2屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L计算：0.45kN/m2悬挂管道可变荷载： 屋面活荷载标准值0. 50kN/m2雪荷载标准值0.60kN/m2积灰荷载标准值0.20kN/m2二、荷载计算根据建筑结构荷载规范，屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取雪荷载0.60kN/m2进行计算。荷 载 计 算 表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.351.89三毡四油防水层0.40.41.350.54找平层（厚2cm）0.40.31.350.54冷底子油、热沥青各一道0.050.11.350.065屋架和支撑自重0.12+0.01130=0.450.451.350.6075永久荷载总和2.73.645雪荷载0.60.61.40.84积灰荷载0.20.21.40.28可变荷载总和0.81.12设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(3.645+0.84+0.280.9)1.56.0=42.633kN3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=3.6451.56=32.805kN半跨节点可变荷载：F2=1.121.56=10.08kN3.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：F3=0.60751.56=4.4675kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=1.89+0.841.56=9.45kN三、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示：四、杆件设计腹杆最大内力366.6438kN，选用中间节点板厚度为t=12mm，支座节点板厚度14mm1上弦杆：整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。Nmax-643.7583kN、l0x=1505mm、 l0y=3000mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢短肢相并。设=60，查Q235钢的稳定系数表，可得=0.807，则需要的截面积： A=3710.3mm2需要的回转半径：ix=lox/=1505/60=25.08 iy=loy/=3000/60=50根据需要A、查角钢规格表，选用2L1409010，肢背间距a12mm，则A44.6cm2，按所选角钢进行验算： 满足长细比 150的要求。由于，只需求。查表0.744，则所选截面合适2下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的de杆计算。，（因跨中有通长系杆），所需截面积为:选用2L1008010相并，短肢相并，肢背间距a12mmA34.4030.54，取 =1，则： 所以满足要求。3端斜杆aB:杆件轴力： 计算长度： 因为，故采用等肢角钢相并。选用2L908，肢背间距a=12mm。则:A27.88cm2，由于，只需求。查表0.448，则:所选截面合适。Bb杆件轴力： 计算长度： 因为，故采用等肢角钢相并。选用2L908，肢背间距a=12mm。则:A27.88cm2，由于，只需求。查表0.467，则:所选截面合适。bDN =-230.218kN ，l0x =0.8L=2381mm l0y = l =2977mm选用28010， A =30.26cm2 , ix =2.42cm , iy = 3.81cm 所以， 满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。DcN =162.005kN（，l0x = 0.8l =2392mm, l0y = l =2966mm计算需要净截面面积选用26310， A =23.32c , ix =1.88cm , iy =3.15 cm验算： 所选截面满足要求。cFN =-110.846kN，l0x =0.8*3129=2553mm l0y = l =3192mm选用2806， A =18.8c , ix = 2.47cm , iy = 3.73cm 属于b类截面 属于b类截面所以， 满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。FdN = 64.07kN，l0x = 0.8l = 2547mm, l0y = l =3184mm,计算需要净截面面积 选用2505， A = 9.6c , ix =1.53 cm , iy =2.53 cm验算： 所选截面满足要求。dHN =27.986kN， l0x =0.8*3418=2734mm l0y = l =3418mm选用2505， A = 9.6c , ix =1.53 cm , iy =2.53 cm 所选截面合适。HeN =-51.444kN，l0x =2727mm l0y = l =3409mm 选用2708 ， A =21.44c , ix = 2.13cm , iy =3.38cm验算 所以， 由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。4竖杆AaN =-21.443kN，,l0x = l0y =2190mm 选用2505，A = 9.6c , ix =1.53 cm , iy =2.53 cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。CbN =-42.885N，l0x =2290*0.8=1952mm l0y =2440mm 选用2505，A = 9.6c , ix =1.53 cm , iy =2.53 cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表， EcN =-42.885N， l0x =2590*0.8=2152mm l0y =2690mm 选用2505，A = 9.6c , ix =1.53 cm , iy =2.53 cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。GdN =-42.885N, l0x =2890*0.8=2532mm l0y =2940mm 选用2565， A =10.84 c , ix = 1.72cm , iy = 2.77cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。Ie： ，由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半径为查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2L634，其几何特性为：A9.96，由于，只需求。查表0.，则:六、节点设计重点设计“a”、“b”、“B”、“I” “e”五个典型节点，其余节点设计类同。支座a节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋的高度与节点板的高度相等，（加劲肋取46014012mm，节点取46038014mm的钢板。）（1）支座底板的计算按永久荷载控制的节点荷载为Fd=40.4支座反力R=40.48=323.2KN 设支座底板面积为ab=280400mm2， 如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力，则承压面积为280292=81760mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：=R/Au=323.2103/81760=3.95N/mm2fc=14.3N/mm2满足。 底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距为：M=式中 底板下的平均应力，=3.95N/mm2； 2两支承边之间的对角线长度，； 系数，由b2/a2决定。b2=140133/193.1=96.4mm，b2/a2=96.4/193.1=0.4992，查表得=0.0559故M=0.05593.95193.12=8233.3Nmm。底板厚度t=12.6mm，取t=20mm。（2）加劲肋与节点的连接焊缝计算 一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一支座反力。R/4=323.2103/4=80.8103N，M=Ve=80.8103140/2=5.656106Nmm设焊缝hf=10mm，焊缝计算长度lw=460-10-20=430mm，则焊缝应力为f=(80.8103)/(20.710430)=13.45N/mm2，f=(65.656106)/(20.7104302)=13.11N/mm2， （3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力R=323.2kN，初设焊缝焊脚尺寸为6mm，实际的焊缝计算长度，所需要的焊脚尺寸为h323.2103/(0.710081601.22)=2.36mm，取h=6mm。节点图如下图所示。下弦b节点这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw 。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/m，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。 （1）Bb杆的内力N=289.904KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=10mm，所需要的焊缝长度为：肢背，取110mm肢尖，取50mm（2）bD杆的内力N=-230.218KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=8mm，所需要的焊缝长度为：肢背，取100mm肢尖，取40mm(3)竖杆Cb杆的内力N=-42.855KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=5mm。所需要的焊缝长度为：所以按两面侧焊缝计算。肢背，取40mm肢尖，取40mm（4）下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。N477.490-191.849285.641kN肢背焊缝验算，hf8mm， f9.56N/mm2200N/mm2焊缝强度满足要求。根据节点放样，得节点板尺寸为310360，节点图如下图所示。 2上弦B节点：Bb杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点b中Bb杆计算相同。aB杆N-366.644kN，采用三面围焊，设肢背和肢尖 hf = 10mm， 肢背，取40mm肢尖，取40mm3、屋脊I节点（1）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，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除，并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。中竖杆与节点板的连接焊缝计算：设Ie杆与节点板的焊缝尺寸为：肢背hf=5mm，lw1=(0.759.686103)/（20.75200）+10=15.9686mm，取lw1=40mm，肢尖hf=5mm，lw2=（0.359.686103）/（20.75200）+10=12.558mm。取lw2=40mm。拼接角钢：设焊缝高度hf=8mm，则所需要焊缝计算长度为：lw=（618.179103）/（40.78200）+16=153.99mm。取lw =280mm。拼接角钢长度600mm2280=560mm。（2）上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hf=8mm，节点板长度为470mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=470/2-5-10=220mm，焊缝应力为：fN=（0.15618.179103）/（20.78220）=37.6N/mm2，fM=（0.15618.179103556）/（20.782202）=56.45N/mm2， =59.62kN/mm2200kN/mm2节点图如下图所示。4、下弦跨中e节点设计（1）下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面21409012，焊缝高度hf=10mm，焊缝长度为：lw=（656.548103）/（40.710160）+20=166.5mm，取lw=250mm连接角钢长度lw=2250+10=510mm，取lw=550mm下弦杆与节点板，斜杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计。（2）弦杆与节点板连接焊计算：按下弦杆内力的15%计算。N=656.54815%=98.5KN设肢背、肢尖焊肢尺寸为8 mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背lw=（0.7598.5103）/（20.710200）+20=25.277mm，取40mm，肢尖lw=（0.2598.5103）/（20.710200）+20=22.463mm。取40mm腹杆He与节点板连接焊缝的计算He杆N-51.444kN，采用三面围焊，设肢背和肢尖 hf = 6mm，51444N 所以按两面侧焊缝计算。肢背，取40mm肢尖，取40mm节点图如下图所示。支座a节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋的高度与节点板的高度相等，（加劲肋取46014012mm，节点取46038014mm的钢板。）（1）支座底板的计算按永久荷载控制的节点荷载为Fd=40.4支座反力R=40.48=323.2KN 设支座底板面积为ab=280400mm2， 如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力，则承压面积为280292=81760mm2验算柱顶混凝土的抗压