(完整word版)钢结构18m梯形屋架设计实例

1、钢结构课程设计任务书、题目某厂房总长度 90m 跨度为 18m 屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距 6m1.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=L/10 ； L 为屋架跨度。地区计算温度高于-20C,无侵蚀性介质，屋 架下弦标高为 18m2.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。屋架采用的钢材、焊条为：Q345 钢，焊条为E50 型。3.屋盖结构及荷载（1）无檩体系：采用 1.5x6.0m 预应力混凝土屋板（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 ,

2、 L 为屋架跨度， 以 m 为单位， q 为屋架及支撑自重，以 kN/m 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 S=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；积灰荷载为 0.7kN/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0.45kN/m水泥砂浆找平层0.7kN/m保温层0.4 kN/m预应力混凝土屋面板1.45kN/m2（按附表取）2(a) 18米跨屋架(b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值可匚eg(c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值二、设计内容1.屋架形式、尺寸

3、、材料选择及支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直0.5I101.01.01.0In JJ_2Jh .ECEEQ 140.00-2.537-5J1254+5o0.00二9；033gE15007 5.1507历07”1叫C1 0le = 9iW(1,010 1.0 1 TB102+ 7.962+ 9.279+ 9.279CSE5T3,470g1弐一o7oooa支撑和系杆，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出 W、W 和 W 种编号1-1、2-2 剖面图活荷载积灰荷载 可变荷载总和 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋面可不考虑

4、。IVK7I4/2.荷载计算三毡四油防水层 水泥砂浆找平层 保温层预应力混凝土屋面板屋架及支撑自重恒荷载总和20.45 kN/m0.7kN/mf0.4kN/nf21.45kN/m20.12+0.011L=0.318kN/m23.318kN/m0.7kN/mf20.7kN/m3. 荷载组合1.全跨永久荷载+全跨可变荷载可变荷载效应控制的组合：F=(1.2X3.318+1.4X0.7+1.4X0.9X0.7)X1.5X6=52.59kN 永久荷载效应控制的组合：F=(1.35X3.318+1.4X0.7X0.7+1.4X0.9X0.7)X1.5X6=54.43kN 故F=54.43KN2.全跨永久

5、荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：F1=1.35X3.318X1.5X6=40.31kN半跨可变荷载设计值：F2=(1.4X0.7+1.4X0.9X0.7)X1.5X6=16.76kN屋架杆件内力组合表杆件名称杆 件编 号单位内力作用时的内力系数组合 1组合 2计算内里全跨 A左半跨B右半跨CFXAF1XA+F2XCF1XA+F2XB上弦AB0.000.000.000.000.000.000.00BCCD-6.221-4.317-1.85-338.61-281.77-323.12-338.12DEEF-8.993-5.636-3.357-489.49-417.15-345.23-489.4

6、9FG-9.102-4.551-4.551-495.42-443.18-443.18-495.42下弦ac3.4702.5370.933188.87155.51182.17188.87ce7.9625.3252.637433.37365.14410.20433.37eg9.2795.3123.967505.06441.64463.07505.06斜腹 杆aB-6.502-1.754-1.748-353.90-291.39-291.49-353.90Be4.7393.1581.581257.94217.53243.96257.94cD-3.382-1.862-1.520-184.08-161.8

7、0-167.54-184.08De1.8840.5401.344102.3298.4789.99102.32eF-0.6900.615-1.305-37.47-49.69-17.51-49.69Fg-0.462-1.6321.170-25.090.99-45.98-45.98竖杆Aa-0.5-0.50.00-27.16-20.16-28.54-28.54Ce-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Ee-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Gg0.8120.4060.40644.2039.5439.5444.204. 截面选择 按

8、腹杆最大内力N=-353.9kN查表选用中间节点板厚度t=10mm,荷载支座节 点板厚度 t=12mm。1. 上弦 整个上弦不改变截面,按最大内里计算： 假定入=60 对于双角 T 形钢，当绕 x.y轴失稳时属于类 b 截面，由附表查得 书 x= 0.735，需要的截面几何量：A=N/ 书minf=4954.2 / (0.735X310)=21.74cm2ix=lox/ 入=150.75/90=2.51cmiy=loy/ 入=300/90=5.0cm由附表选用 2L80X10,A=30.26cm2,ix=2.42cm,iy=3.74cm入x=lox/ix=150.75/2.26=62.290入

9、y=loy/iy=300/3.54=80.21入=150双角 T 钢型截面绕对称轴(y)轴应按弯扭屈曲计算长细比入yzb/t=8.0 入y故由入max=Xyz=81.94,按 b 类查附表得书=0.553(T=N/ 书 A=4954.2/(0.632X30.26)=296.06N/mm2f=310N/mm 2 因截面无孔眼削弱， 可不验算强度。 又因轧制钢翼缘和腹板， 可不验算局部 稳定填板每个节间放一块(满足 H 范围内不少于两块)，la=75.38cm40i=40X2.42=96.8cm2. 下弦下弦不改变截面，按最大内力计算：Nmax=505.06kN,lox=300cm,loy=900

10、cm，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘 的距离约为 100cm(eg 节间)，可不考虑螺栓孔削弱。需要的截面几何量：A=N/f=5050.6/310=16.29cm2ix=lox/X=300/350=0.86cmiy=loy/X=1500/350=2.57cm由附表选用 2L75X7， A=20.26cm2,ix=2.30cm,iy=3.47cmXx=lox/ix=300/2.30=1 30.43X=350Xy=loy/iy=900/3.47=259.37X=350(T=N/A=249.29N/mm 2f=310N/mm 2填板每个节间放一块， l1=150cm80i=80X2.30=184c

11、m3. 斜腹杆(1) 杆件 aB:N=-353.90kN,lox=loy=253.0cm假设X=80，对于双角 T 形钢，当绕 x.y 轴失稳时属于类 b 截面，由附表 查得书 x=0.574，需要的截面几何量：A=N/ 书minf=3539.0 / (0.574X310)=19.82cm2ix=lox/X=253.0/80=3.16cmiy=loy/X=3.16cm由附表选用 2L100X6,A=23.86cm2,ix=3.10cm,iy=4.44cmXx=lox/ix=253.0/3.10=81.61X=150Xy=loy/iy=253.0/4.44=56.98双角 T 钢型截面绕对称轴(

12、y)轴应按弯扭屈曲计算长细比Xyzb/t=16.70.58loy/b=14.67,故按下式计算入yz=3.9Xb(1+loy 2xt2/18.6b?/t=71.20 入x故由入max=Xx=81.61,按 b 类查附表得书=0.563(T=N/ 书 A=3539.0/(0.563X23.86)=263.45N/mm2f=310N/mm 2 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局 部稳定填板放两块,la=84.30cm40i=40X3.仁 124cm杆件 Bc:N=257.94kN,lox=0.8l1=0.8/X261.3=209.04cm,by=261.3cm 需要的

13、截面几何量：A=N/f=2579.4/310=8.32cm2ix=lox/ 入=209.04/350=0.60cmiy=loy/ 入=261.3/350=0.75cm由附表选用 2L63X4, A=9.96cm2,ix=1.96m,iy=2.94cm入x=lox/ix=209.04/1.96=106.65入=350入y=loy/iy=261.3/2.94=88.88入=350(T=N/A=258.98N/mm 2f=310N/mm 2填板放两块，l1=87.1cm80i=80X1.96=156.8cm.(3)杆件 Ee:N=-50.07kN,lox=0.8l1=0.8X259.0=207.20

14、cm,by=259.0cm。内里较小 可按入选择截面，需要的截面几何量：ix=lox/入=207.20/150=1.38cmiy=loy/入=259.0/150=1.73cm由附表选用 2L50X6,A=11.38cm2,ix=1.51cm,iy=2.48cm入x=lox/ix=207.20/1.51=137.22入=150入y=loy/iy=259.0/2.21=104.44入=150双角 T 钢型截面绕对称轴(y)轴应按弯扭屈曲计算长细比入yzb/t=8.330.58loy/b=29.93,故按下式计算入yz=Xy(1+0.475b?loy2t2) =105.72 入x故由入max=Xx=

15、137.22，按 b 类查附表得书=0.260(T=N/ 书 A=500.7/(0.260X11.38)=166.04N/mm2f=310N/mm2因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局部稳定填板放四块,la=51.8cm75.76kN .由斜腹杆焊缝决定的节点板量得节点板长度是 52.0cm 角焊缝计算长度 lw=52.0-1.2=50.8cm, 采用hf=6mm,肢背焊缝应力为：T1=244500/(3X0.7X6X508)=38.20N/mm2ff=200N/mm2下线节点“ c”(2)上线节点“ B”腹板aB,Bc的杆端焊缝计算同上。 这里验算上线与节点板的连

16、接焊缝： 节点 板缩进 8mm肢背采用塞焊缝，承受节点荷载：Q=54.43kN,hf=t/2=5mm,lwi=lw2=48.0-1.0=47.0cm(T=54430/(2X0.7X5X470)=16.55N/mm2 74.31kN,偏 心距e=8-2.5=5.5cm 偏心力矩 M= Ne=338.12X5.5=18.60kN m,采用 hf=10mm 侧对厶N:T=338120/(2X0.7X10X508)=47.54N/mm2对 Mf=6M/(2XheXlw2)=6X18600000/(2X0.7X10X5082)=30.89N/mm2则焊缝强度为：2(af/Bf)2+Tf2=53.86N/

17、mm2280.43cm2,垫板采用-100X100X12,孔径 26mm,实际底板净面积为：An=784-2X4X5-3.14X52/4=724.4cm2底板实际应力：q=3271.8/724.4=4.52N/mm2ai=V(14-0.5)2+(14-0.6)2=18.92cmb 仁 13.5X13.4/18.92=9.45cmbi/ai=9.45/18.92=0.50 查表得B=0.056,则:M=Bqa2=0.056X4.52X189.22=9060.85Nmm所需底板厚度：t6Mmax/f=V6X9060.85/205=16.28mm用 t=18mm,底板尺寸为-280X280X182加

18、劲肋与节点板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为V=R/4=327.18/4=81.80kN,M=Ve=81.80X6.65=543.97kN cm,加劲肋高度、厚度与中间节点板相同(即-378X140X10)。采用 hf=6mm,验算焊缝应力：对 VTf=81800/(2X0.7X6X483)=20.16N/mm2对 M(T f=6X5439700/(2X0.7X6X4832) =16.66 N/mm2V(af/Bf)2+T2=V(16.66/1.22) 2+20.162=24.35N/mm23节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用hf=8mm,实际焊缝总长度：艺 lw=2X(28+11.8X2)-12X0.8=93.6cm焊缝设计应力：(Tf=327180/(0.7X8X936)=62.20N/mm2Bfff=1.22X200=244N/mm2下弦中央