同济钢屋架课程设计计算书

1、钢屋架设计计算书(B组甲一、题目:设计某车间(无吊车、无天窗、无振动设备二、设计资料1.车间柱网布置图(30m×240m 2.屋架支撑与钢筋混凝土柱顶4.柱距6m,厂房跨度L=24m。5.柱网布置6.选用钢材Q235B,焊条E43型,手工焊。 图1 柱网布置图 图2 屋架几何尺寸屋架计算跨度=30000-300=29700mm。屋架在30m轴线处的端部高度取H0=1990mm。跨中高度H= 3490mm。四、支撑布置屋架支撑布置见图3所示。 图3 屋架支撑布置图说明:图3中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2,山墙的端屋架编号为GWJ-3,其他屋架编号均为GWJ-1。五、荷载计算

2、及内力计算1、荷载计算汇总表 注:非轻型屋盖不考虑风荷载的作用。永久荷载和可变荷载引起的屋架上弦节点荷载设计值:a使用阶段P(恒=3.264×1.5×6=29.376 kNP(活=0.98×1.5×6=8.82 kNb施工阶段P(恒=0.624×1.5×6=5.616 kNP(活=(1.68+0.98×1.5×6=23.94 kN2、荷载组合设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合:(1全跨永久荷载+全跨可变荷载(2全跨永久荷载+半跨可变荷载(3全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载以上1,2为使用阶段荷载组合;3为

3、施工阶段荷载组合。3、内力计算该设计采用内力系数法计算了屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数(如图4所示,并列于表1。根据算得的节点荷载和杆力系数,利用表1进行杆件的内力计算组合并求出各杆的最不利内力,计算过程和结果如表1。 表1 杆力组合表 图4 上弦左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数六、杆件截面设计 1、 上弦杆截面计算整个上弦杆不改变截面,取上弦最大设计杆力(IK 杆计算。N = -868.882kN (压力,cm l x 8.1500=,cm l l y 6.30110=。根据腹杆最大设计杆力(35.436压力kN N aB -=,查钢结构设计手册,取中间节点板厚度t=10mm ,

4、支座节点板厚度t=12mm 。 因为y x l l 002=,故截面宜选用两个不等肢角钢,且短肢相并。如图5所示。 图5上弦截面设60=,查轴心受压构件的稳定系数表807.0= 需要截面积235008215需要回转半径cm l i xx 51.26015080=cm l i y y 03.56030160= 根据需要的A S 、 i x 、i y ,查角钢型钢表,选用210100160,A S = 50.6 c , i x = 2.85 cm , i y= 7.69cm (节点板厚10mm。 按所选角钢进行验算0150.8531502.85x x x l i =,查轴心受压构件的稳定系数表,0

5、.842x =,故 322868.88210204(/215/0.8425060x x N N mm f N mm A =<= 满足要求。验算对称轴y 的稳定承载力。 因oy b t l b =>=,换算长细比22220144y y N N mm f N mm A =<= 满足要求。垫板每节间放置一块(满足1l 范围内不少于两块,垫板间距d l =150.8/2=75.4cm<40i(i=5.14cm。2、 下弦杆截面计算下弦亦不改变截面,采用最大设计杆力(de 杆计算,N =841.955kN (拉力,0300x l cm =,02970/21485y l cm =,

6、需要的净截面面积为n N A mm cm f =选用21409010(短肢相连,A S = 44.52c , i x =2.56cm , i y = 6.77cm (节点板厚10mm。 图6 下弦截面验算:在节点设计时,将位于de 杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内,且使栓孔中心到节点板端边缘距离不小于100mm ,故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱,按毛截面验算(350=:N N mm f A =<03001183502.56x x x l i = 014852203506.77y y yl i = 满足要求。垫板每节间放一块,d l =150cm<80i (i=4.47cm。 3、

7、 端斜杆截面计算选取aB 杆,N=-436.35 kN (压力, 0253.5x l cm =,0253.5y l cm =,选用2100×80×10(长肢相并,A =34.33c , i x = 3.12cm , i y =3.52cm ,150= 图7 端斜杆截面验算:0253.5821503.12x x x l i =y y yl i =,换算长细比44222221.09 1.098(172.02(178150253.51yz y oy b l t =+=+=<= 查轴心受压构件的稳定系数表,0.675x =,故3x x N N mm f N mm A =<

8、;= 满足要求。垫板每节间放置两块,d l =253.5/3cm=84.5 cm <40i (i=2.35cm。4、 斜腹杆截面计算此为再分式主斜杆,eg 、gk 两段同时受压,39.708eg N kN =-, 35.841ek N kN =-,其他情况两段杆均受拉,最大拉力为97.18eg N kN =,118.285ek N kN =。按受压杆设计时,y N l l cm N =+=+=,选用270×6,A =16.32c , i x = 2.15cm , i y =3.26cm ,150=图8 斜腹杆截面验算:0230.61071502.15x x x l i =y y

9、 yl i =,换 算长细比442222轴心受压构件的稳定系数表,0.341y =,故3y y N N mm f N mm A =<=。按拉杆验算:3n N N mm f N mm A =<= 无论受压、受拉都能满足要求。eg 、gk 杆各放置节间垫板两块,d l =230.6/3cm=76.9 cm <40i (i=2.15cm。5、 竖杆 a Ie 杆图9 竖杆截面验算:0255.21331501.93x x x l i =y y yl i =,换算长细比442222yz y oy b l t =+=+=<= 查轴心受压构件的稳定系数表,0.374x =,故3x x

10、 N N mm f N mm A =<= 满足要求。垫板每节间放置四块,d l =319/5cm=63.8 cm <40i (i=1.93cm。b Gd 杆0231.21.54150x xs l i cm = , 0289 1.93150y ys l i cm = 按xs i 、ys i 查型钢表。选用250×5,A =9.61c , i x = 1.53cm xs i =1.54 cm , i y =2.45cm>ys i ,满足要求。(详见图9垫板每节间放置四块,d l =289/5cm=57.8 cm <40i (i=1.53cm。 其余各杆的截面选择见

11、表2。 七、节点设计1. 各腹杆杆端焊缝尺寸计算公式: (角钢肢背所需焊缝长度1l 111220.7f wf f K Nl h h f =+(角钢肢尖所需焊缝长度2l 222220.7f wf fK Nl h h f =+ 例如腹杆aB ,设计杆力N= -436.35kN ,设肢背与肢尖的焊角尺寸各为h f1=8mm ,h f2=6mm 。因aB 杆系不等边,角钢以长肢相连,故K 1=0.65,K 2=0.35。则3f w f f K N l h mm h f =+=+=其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见表3。未列入表中的腹杆均因杆力很小,可按构造取5f h mm =,12l l =8h f +

12、10=8×5+10= 50mm 。 表3 腹杆杆端焊缝尺寸 2. 下弦节点“b ”按表3所列Bb 、bD 杆所需焊缝长度,按比例绘制节点详图,从而确定节点板的形状和尺寸(如图10。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为395mm ,设焊角尺寸h f =5mm ,焊缝承受节点左、右弦杆的内力差N= N bc -N ab = 580.236-242.315 = 337.92 kN 。验算肢背焊缝的强度:3w f f f w K N N mm f N mm h l =<=-满足要求。肢尖的焊缝应力更小,定能满足要求。竖杆bC 下端应伸至距下弦肢尖为20mm 处,并沿肢尖和肢背与节点板满焊

13、。 3. 上弦节点“B ”按表4所列腹杆Ba 、bB 所需焊缝长度,确定节点板形状和尺寸,如图11所示。量得上弦与节点板的焊缝长度为405mm ,设h f =5mm ,因节点板伸出上弦肢背15mm ,故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P= 29.376+8.82 = 38.196 (kN和弦杆内力差N= N BD = 432.263 kN的共同作用。忽略P 对焊缝的偏心并视其与上弦垂直,则上弦肢背的焊缝应力为: 222117(/160(/f w f N mm f N mm =<= 满足要求。由于肢尖焊缝的h f =5mm ,故应力更小,定能满足要求,不必验算。 图11 上弦节

14、点“B ”4. 下弦中央拼接节点“f ” 拼接角钢计算ef w w f f N l mm h f = 拼接角钢需要的长度为2(2102(2251610492w f L l h mm =+=+=为保证拼接节点处的刚度取,:L=600mm 。 下弦与节点板的连接焊缝计算下弦与节点板的连接焊缝按0.15N ef 计算。取焊脚尺寸h f =5mm ,节点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度l 1、l 2分别为w f f K N l mm h f = 在图12中,节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的,从图中量得每条肢背焊缝长度为130 mm ,每条肢尖焊缝长度为80 mm ,满足要求。 图12 下弦中

15、央拼接节点“f ”5. 屋脊节点“K ” 拼接角钢计算拼接角钢采用与上弦相同的截面210100160。设两者间的焊脚尺寸h f =8mm ,竖直肢应切去=t+h f +5(mm=10+8+5=23(mm。按上弦杆力N IK = 868.882 kN 计算拼接角钢与上线的焊缝,节点每侧每条焊缝需计算长度为3IK w w f f N l mm h f = 拼接角钢所需长度2(2202(2451620542w f L l h mm =+=+=为保证拼接节点处的刚度,取L=650mm 。 上弦与节点板间焊缝计算上弦与节点板间在节点两侧共8条焊缝,共同承受节点荷载P 与两侧上弦内力的合力。近似地取sin

16、 = tan =0.1,该合力的数值为2Nsin - P= 2×868.882×0.1 - 38.196 = 135.58(kN设焊脚尺寸h f =5mm ,每条焊缝所需长度为3f w f f N P l h mm h f -=+=+= 由图13量得的焊缝长度为210mm 。 图13 屋脊节点“K ”6. 支座节点“a ” 底板计算底板承受屋架的支座反力R=10P=381.96 kN ,柱采用C20,混凝土的轴心抗压强度设计值f c =10N/mm ²。底板需净面积A n 为32381.961038196(10n c R A mm f = 锚栓直径采用d=25mm

17、 ,锚栓孔布置见图14,栓孔面积为2250402255963(A mm =+=底板需总面积为按构造要求底板面积取为A=280×280=78400(mm ²>As ,满足要求。底板承受的实际均布反力32381.9610 5.27(/784005963c R q N mm f A A =<- 节点板和加筋肋将底板分层四块相同的两相邻边支承板,它们的对角线长度a 1及内角顶点到对角线的距离b 1分别为1198(a mm =,110.599(b a mm = b 1/a 1=0.5,由此查表得=0.058,两相邻边支承板单位板宽的最大弯矩为2210.058 5.2719811983(M qa N mm =所需底板厚度为 18.3(t mm =(取t=20mm 实取底板尺寸为 -280×280×20。 加筋肋与节点板的焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度,也等于节点板高度。由图14量得焊缝长度为492mm ,计算长度l w =492-12-15=465(mm (设焊脚尺寸h f =6mm,每块加劲肋近似地按承受R/4计算,R/4作用点到焊缝的距离为e=(140-9-15/2+15=74.5(mm 。则焊缝所受剪力V 及弯矩M 为R V kN = 231(/w f N mm f =<满足要