2011级钢结构课程设计

1、设计某车间的梯形钢屋架1、设计资料1）某厂房跨度为 24m,总长 90m,柱距 6m,屋架下弦标高为 18m 2） 屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上 45 柱截面 400 400,混凝土强度等级为 C30。3）屋面采用 1.5Xm 的预应力钢筋混凝土大型屋面板。（屋面板不考虑作为支撑 用） 。4） 该车间所属地区为沈阳市，其雪荷载为0.55kN/m25） 钢材选用 Q345 钢，焊条为 E50 型。6） 采用梯形钢屋架，考虑静载：预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.4kN/m22二毡三油加绿豆沙0.4kN/m23找平层 2cm 厚4保温层5支撑重量考虑活载：活载（雪荷载）2、屋架形式和几何尺寸屋

2、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= （3040- 1990） /10500=1/10;屋架计算跨度 L= 24000- 300= 23700mm；端部高度取 H=1990mm，中部高度取 H=3190mm，下端起拱 50mm。 屋架几何尺寸如图所示：0.4kN/m21.0 kN/m20.384kN/m20.7kN/m2+0709095 58cy8cy09209215F15F00020002r135 0LJ J*a15024 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值gIce150 OX8=1 20005 5 o.o.24 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值3、支撑

3、布置由于房屋长度有 90 米，故在房屋两端及中间设置上、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。0.5101.01.01.010101.01.0H0-f B TC)-625-9.177.-7.380909G何B55s0 6/+4?+3.48+8.0045+ 9.342今今+ 8.44li+6.73g31315.5.+勺53.53.O8TO8T + +ec+ 1.25A,A,ooooo oaCCl：i：1汎厲CC31-1:让 5-31+07桁架支撑布置图符号说明：SC 上一一上弦支

4、撑；XC 下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG 柔性系杆4、屋架节点荷载屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算:何载计算表何载名称标准值(KN/mA2)预应力钢筋混泥土屋面板1.4二毡三油加绿豆沙0.4找平层2cm 厚0.4丁保温层1.0屋架及支撑重量0.12+0.011 24=0.384永久何载总和3.584屋面活载0.7可变何载总和0.7计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况1) 满载(全跨静荷载加全跨活荷载)节点荷载1由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载Y1.2,屋面活荷载Y1= 1.4, 屋面积灰荷载Y2 1.4,收0.9,则节点荷载设计值为F(1.2 8584+1.4 0

5、.70) X1.5E47.53kN2由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载Y1.35,屋面活荷载Y1 1.4、 1 0.7,屋面集灰荷载Y2 1.4,临一 0.9，则节点荷载设计值为F(1.358584+1.4(X7E.70)X1.5649.7 kN:.LGL-lurta aJLLLG1ES4vv/il A垂直支撑 2-2+07故应取 P 49.7kN2) 全跨静荷载和(左)半跨活荷1由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载Y1.2,屋面活荷载Y1 1.4, 屋面集灰荷载Y2 1.4,收0.9全垮节点永久荷载：F1= (1.28.584) X1.5X 38.7kN半垮节点可变荷载：F2 1.

6、4X.70X.5X8.8kN2由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载Y1.35,屋面活荷载Y1 1.4、1 0.7,屋面集灰荷载Y2 1.4,收一 0.9全垮节点永久荷载：F1= （1.35 %.584） X1.5 倉=43.5kN半垮节点可变荷载：F2= 1.4X.7X.70X.5X= 6.2kN3）全跨屋架和支撑自重、（左）半跨屋面板荷载、（左）半跨活荷载+集灰荷载1由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载Y=1.2,屋面活荷载Y1= 1.4, 屋面集灰荷载Y2= 1.4,收=0.9全跨屋架和支撑自重：F3=1.2X0.384X.5X= 4.1 kN半跨屋面板自重及半跨活荷载：F4=（

7、1.2X.4+0.7X.4）X.5X= 27.8kN2由永久荷载效应控制的组合计算： 取永久荷载Y=1.35,屋面活荷载Y1= 1.4、 切=0.7,屋面集灰荷载Y2= 1.4,临=0.9全跨屋架和支撑自重：F3= 1.35X0.384 X.5 為=4.7kN半跨屋面板自重及半跨活荷载：F4=（ 1.35X1.4+1.4 0.7 0.7）X1.5X6= 27.8kN5、屋架杆件内力计算杆件名称内力系数（F=1）杆件内力全跨左半跨右半跨最大计算拉力最大计算压力上弦杆AB00000BC,CD-8.72-6.25-2.47-433.4DE,EF-13.53-9.04-4.49-672.4FGGH-1

8、5.26-9.17-6.09-758.4HI-14.71-7.38-7.38-731.1下弦杆ac4.733.481.25235.1ce11.538.03.53573.0eg14.659.345.31728.1gi15.178.446.73753.9斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-440.8Bc6.884.762.12341.9cD-5.44-3.14-2.03-270.4De3.701.901.80183.9eF-2.460.71-1.758.5-122.3Fg1.11-0.451.5658.0-6.93gH0.021.55-1.5337.19-8.58Hi-1.08-2.471.

9、396.78-63.61竖腹杆Aa-0.500-0.5000.000-24.9Cc-1.000-1.0000.000-49.7Ee-1.000-1.0000.000-49.7Gg-1.000-1.0000.000-49.7Ii0-0.970.9706、选择杆件截面按腹杆最大内力 Nab=-440.8KN，查表 964 选中间节点板厚度为 10mm,支 座节点板厚度 12mm。1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按最大内力NFGGH=-758.4 KN 计算在屋架平面内：为节间轴线长度，即lox=l。=150.8cm,loy=301.6cm由附表 8 选 2L125X80X10 ,短肢相并，如下图所

10、示，2A = 2X9.71 = 39.42 cm 、ix=2.26cm、iy=6.04cm截面验算：X= lox/ ix= 150.8/2.26=66.7 = 150(满足)y= loy/ iy=301.6/6.04=49.90.56 ly/=0.56X01.6/12.5=13.51,则：yz= 3.7 *b1/t (1+ lOyt2/52.7 b12)=3.7X4(1+301.62XD.82/52.7X.54)=54.1x故由max=x= 66.7 查附表 1.2 得 =0.686由 N/ A=758.4X1000/(0.686 3X.42X00)= 280.45N/mm2f(满足)故上弦杆

11、采用 2L125X80X10 截面形式2）下弦杆假定=0.659Areq则 A=N/f = 758400/(0.659 310X100)=37.124cm2=70=150.8/70= 2.54cm=301.6/70= 5.08cm整个下弦杆采用等截面，按最大内力 Ngi=753.9 KN 计算lx= 300cmIy=237/2=118.5cm,Anreq=N/f= 753.9 Xl000/（310W0）=24.32 cm2由附表 9 选 2L110X70X8 短肢相并2A = 27.89 cm , ix= 1.984cm, iy= 5.41cm=N / An=753.9X03/（27.89 1

12、X2）= 270.31N/mm2 f（满足）x= lox/ ix= 300/1.984=151.2 = 350（满足）y= loy/ iy=1185/5.4 仁 1219.0 = 350（满足）故下弦杆采用 2L110X70X8 短肢相并3）腹杆1、aB 杆N= 440.8KN,lox=0.8X53.5=202.8cm,ly=253.5cm选用 2L90X6 长肢相并查附表 9 得：A = 21.274 cm2, ix= 2.79cm, iy= 4.13cmx= lox/ ix= 253.5/2.79=73 = 150（满足）y= loy/ iy=253.5/4.13=61 = 150（满足）

13、因为 b2/t=7/0.8=8.75x,由yz查附表 1.2 得x二 0.732则N/ A440.8X000/(0.732X.274)=283.84N/mm2 310(满足)故 aB 杆采用 2L90X6 长肢相并90X52、eF 杆NBc= 49.7KN, lox=0.8L = 0.8*259 =207.2cm, % = 259cm 选用 2L50X42A = 7.79 cm , ix= 1.54cm, iy= 2.43cmx= lox/ix= 208.6/1.54=135 = 350(满足)y= loy/ iy=260.8/2.43=107 = 350(满足)查表x= 0.365则N/ A

14、497X1000/(0.365X79)=174.79N/mm26.14= 12.28 cm , ix= 1.94cm, iy= 2.89cmx= lox/ix= 200.5/1.94=103.35 = 150（满足）y= ly/iy=200.5/2.89=69.3803/（0.536 1.28 02）=37.8N/mm289=231.2cm, loy=L=289cm选用 2L50 42A = 7.79 cm , ix= 1.54cm, iy= 2.43cmx= lox/ ix= 231.2/1.54=150 （满足）y= loy/ iy=289/2.43=11903/（0.328 779）=1

15、94.5 N/mm2200)+2 卷=156.3mm 取 li= 160mm12=(0.3 440.8 X103)/(27 200)+28=90.7,取 |2=100mm其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf1=6mm， hf2= 5mm，I1= I2= 8hf+1060 mm腹杆焊缝尺寸：杆件名 称设计内力(kN)肢背焊缝肢尖焊缝|1(mm)ht(mm)|2(mm)ht(mm)aB-440.816081006Be341.91308806cD-270.41108706De183.9906505上弦与节点板的连接焊缝验算上弦节点

16、板的上边缘缩进上弦肢背 10m m,肢背采用塞焊缝，承受节点集中 荷载，取hf= t / 2 = 1 0 / 2 = 5 m m ， 由 斜 杆 焊 缝 确 定 的 节 点 板 尺 寸 ， 得 节 点 板 长 度 是410m m，则焊缝的计算长度为 IW1=IW2=410-10=400mm。(=49700/(2X78X400)=16.64 N/ mm203)/ (2 0X XX400)=73.8N/mm2对于 M : $=(6 39.29 106)/(2 07 5X4002)=105.2 N/ mm2则焊缝强度： _glBf)2+(Tf)2=V(105.2/1.22)2+73.82=113.5

17、 N/ mm2200)+23=60.3mm取 60mm2BC 杆焊缝先计算腹板与节点板的连接焊缝： CD杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取 hf1=8mm, hf2=6mm,则所需焊缝长度：肢背：Lw1=0.73341.9 103/(20.78200)+28=122.8mm 取120mm肢尖：Lw2=0.33341.9 为 03/(20.76 200)+26=73.5mm取70mm3Cc 杆焊缝因内力很小，焊缝尺寸可按构造确定为5mm。其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差N=573.0-235.1=337.9KN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为430m m,肢背及肢尖焊脚尺寸均

18、取为 6mm,则计算长度 lw=430-10=420mm。肢背焊缝应力为：T= (0.75 337.9 X03) /(2 0.76420) =71.8 N/ mm2200=541.7mm共 4 条焊缝，认为平均受力，每天焊缝实际长度为：lw=Elw/4+2 hf=541.7/4+2 10=155.4mm。所需拼接角钢总长度为：I = 2lw+20=2 155.4+20=330.8mm取拼接角钢长度为 400mm。(4)支座节点 各杆杆端焊缝计算从略。以下给出底板等计算过程。底板计算支座反力 R=10F=1(X49.7=497kN,混凝土的强度等级为 C30,fc=14.3 N/ mm2所需底版净面积：附图下弦“ C”节点An=R/ fc=497X103/14.3 =34755mm2347.55cm2取锚栓直径 d=25mm,锚栓孔直径取 50mm,则所需底板毛面积：A=An+A0=347.55+2