30m梯形鋼屋架結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)計算書

1、浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 2011/2012學(xué)年 短 學(xué)期 建筑工程2009級 專業(yè)課程設(shè)計課程名稱： 鋼 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 題目： 30m梯形鋼屋架結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名： 段坤朋 學(xué)號： 200904160103 班級： 建筑工程2009(1) 指導(dǎo)教師： 趙滇生 2012年6月浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院課程設(shè)計 30m梯形鋼屋架設(shè)計目 錄1 設(shè)計資料22 結(jié)構(gòu)形式與布置32.1 桁架形式及幾何尺寸32.2 桁架支撐布置33 荷載計算53.1 恒荷載53.2 活荷載53.3風(fēng)荷載53.4 荷載組合64 內(nèi)力計算85 桿件設(shè)計95.1 節(jié)點板厚度95.2 上弦桿設(shè)計95.3 下弦桿設(shè)計105.4 豎

2、桿設(shè)計115.5 斜弦桿設(shè)計135.6 各桿件截面選擇146 填板選擇167 節(jié)點設(shè)計177.1 下弦節(jié)點c設(shè)計177.2 上弦節(jié)點b設(shè)計187.3 屋脊節(jié)點l設(shè)計197.4 下弦拼接節(jié)點l設(shè)計207.5 支座節(jié)點a設(shè)計217.6 腹桿焊縫尺寸表248 個人總結(jié)25參考文獻251設(shè)計資料1.1 車間平面尺寸為144m×30m，柱距9m，跨度為30m，柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合。車間內(nèi)有兩臺15t/3t中級工作制軟鉤橋式吊車。1.2 屋面采用長尺復(fù)合屋面板，板厚50mm，檁距不大于1800mm。檁條采用冷彎薄壁斜卷邊z形鋼z250×75×20×2.5，屋面坡度i=l

3、/20l/8。1.3 鋼屋架簡支在鋼筋混凝土柱頂上，柱頂標(biāo)高9.000m，柱上端設(shè)有鋼筋混凝土連系梁。上柱截面為400mm×400mm，所用混凝土強度等級為c30，軸心抗壓強度設(shè)計值fc14.3n/mm2。抗風(fēng)柱的柱距為6m，上端與屋架上弦用板鉸連接。1.4 鋼材用 q235-b，焊條用 e43系列型。1.5 屋架采用平坡梯形屋架，無天窗，外形尺寸如下圖所示。1.6 該車間建于杭州近郊。1.7 屋蓋荷載標(biāo)準(zhǔn)值：(l) 屋面活荷載0.50 kn/m2 (2) 基本雪壓 s0 0.45 kn/m2 (3) 基本風(fēng)壓 w0 0.45 kn/m2 (4) 復(fù)合屋面板自重 0.15 kn/m2

4、 (5) 檁條自重 查型鋼表 (6) 屋架及支撐自重0.12+0. 01l kn/m2 1.8 運輸單元最大尺寸長度為15m，高度為4.0m。2結(jié)構(gòu)形式與布置2.1桁架形式及幾何尺寸圖2.1 桁架形式及幾何尺寸起拱50mm，運輸單元從中間劃分，中間豎桿與左半部分一起運輸。圖2.3 檁條間跨中位置設(shè)置拉條2.2 桁架支撐布置平面屋架在其本身平面內(nèi)，由于弦桿和腹桿構(gòu)成了三角形的幾何不變鉸接體系而具有較大的剛度，但在垂直于屋架平面方向，即屋架平面外，不設(shè)支撐體系的平面屋架卻不能保持其幾何不變。房屋支撐系統(tǒng)的作用，總的來說就是提高結(jié)構(gòu)的整體剛度、發(fā)揮結(jié)構(gòu)的空間作用；保證結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性及受壓構(gòu)件的側(cè)向

5、穩(wěn)定；防止構(gòu)件在動力荷載作用下產(chǎn)生較大的振動；承擔(dān)和傳遞房屋所受水平荷載以及保證安裝時的穩(wěn)定和安全等。因此，支撐系統(tǒng)的合理布置和設(shè)計，對房屋工程質(zhì)量和安全、適用有極其重要的意義。本工程中，支撐總體采用對稱布置，同時滿足橫向支撐間距不能超過60m的規(guī)定，在端部對稱設(shè)置縱向支撐，豎向支撐設(shè)置于屋架兩端和中部。圖2.4 屋架支撐布置及屋架編號3荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知，屋面活荷載大于雪荷載，取屋面活荷載計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度單位為米（m）。本工程中屋面坡度i=1/10，計算得到傾角為5.71°。3.1恒荷載復(fù)合屋面板自重

6、 0.15/cos5.71°=0.151kn/m²檁條自重 8.38×9×9.8/（1000×9×1.5)=0.055 kn/m²屋架及支撐自重 0.120.01×30=0.42 kn/m²合計 0.626 kn/m²3.2活荷載屋面活荷載 0.5 kn/m²合計 0.5 kn/m²3.3風(fēng)荷載風(fēng)載體型系數(shù)，查表知，迎風(fēng)面，s=0.6；背風(fēng)面，s=0.5。風(fēng)壓高度變化系數(shù)，本工程地面粗糙度為b類，屋架下弦標(biāo)高9.00m，坡度為1/10，風(fēng)壓高度變化系數(shù)z1,不計風(fēng)振系數(shù)z計算

7、主要承重結(jié)構(gòu)：迎風(fēng)面：k1=1.0×（0.6）×1.0×0.45=0.27 kn/m²背風(fēng)面：k2=1.0×（0.5）×1.0×0.45=0.225 kn/m²上弦節(jié)點風(fēng)荷載設(shè)計值 1=-0.27×1.507×9=3.66 kn/m² 2=-0.225×1.507×9=3.05 kn/m² 1、2均小于恒載標(biāo)準(zhǔn)值 0.626×1.5×9=8.45 kn/m²，故風(fēng)荷載不會引起內(nèi)力變號，故可不考慮風(fēng)荷載組合。3.4荷載組合3.4

8、.1全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點荷載設(shè)計值：f1=（0.626×1.20.5×1.4）×1.5×9=19.59 kn計算簡圖如下：圖3.1全跨永久荷載+全跨可變荷載計算簡圖3.4.2全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：f2=0.626×1.2×1.5×9=10.14 kn半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值：f3=0.5×1.4×1.5×9=9.45 kn計算簡圖如下：圖3.2全跨永久荷載+半跨可變荷載計算簡圖3.4.3全跨屋架支撐自重+半跨屋面結(jié)構(gòu)材料+半跨施工荷載全跨屋架支撐自重節(jié)點荷

9、載設(shè)計值：f4=0.42×1.2×1.5×9=6.80 kn半跨屋面結(jié)構(gòu)材料節(jié)點荷載設(shè)計值：f5=（0.151+0.055）×1.2×1.5×9=3.34 kn半跨施工荷載節(jié)點荷載設(shè)計值：f6=0.5×1.5×9=6.75 kn計算簡圖如下：圖3.3全跨屋架支撐自重+半跨屋面結(jié)構(gòu)材料+半跨施工荷載計算簡圖 3.4.1荷載組合確定弦桿和腹桿的軸力，3.4.2和3.4.3荷載組合可能會影響屋架跨中部分腹桿的最不利軸力。4.內(nèi)力計算用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計算得到桿件內(nèi)力組合表：表1 桿件內(nèi)力組合表桿件名稱組合一（kn）組合二（

10、kn）組合三（kn）計算桿件內(nèi)力（kn）上弦桿ab0000bc-282.08-244.5-205.48-282.08cd-282.08-244.5-205.48-282.08de-439.79-373.78-312.88-439.79ef-439.79-373.78-312.88-439.79fg-508.29-420.99-350.56-508.29gh-508.29-420.99-350.56-508.29hj-517.49-413.66-341.89-517.49jk-528.49-424.65-352.89-528.49kl-528.49-424.65-352.89-528.49下弦桿

11、ac153.66134.34113.07153.66ce372.82320.19268.58372.82eg480.55403.56337.00480.55gj516.41420.83349.25516.41jl482.86366.40298.00482.86斜腹桿ab-241.35-210.99-177.59-241.35bc187.88161.19135.18187.88cd-150.39-125.50-104.66-150.39de105.74584.4469.77105.75ef-77.06-56.78-46.07-77.06fg45.2627.5321.2145.26gh-20.90

12、-3.79-0.84-20.90hj-2.92-18.12-17.78-18.12jk45.2363.7759.5363.77jk13.9813.9813.9813.98kl60.6779.2174.9779.21豎桿aa-9.79-9.79-8.445-9.79cc-19.59-19.59-16.89-19.59ee-19.59-19.59-16.89-19.59gg-19.59-19.59-16.89-19.59jj-29.39-29.39-26.69-29.39kk-19.59-19.59-19.59-19.59ll00005.桿件設(shè)計5.1 節(jié)點板厚度根據(jù)支座斜桿內(nèi)力確定支座節(jié)點板和其

13、它節(jié)點板的厚度，一般支座節(jié)點板較其它節(jié)點板厚2mm。本工程中屋架腹桿最大內(nèi)力為-241.35kn（壓）,查表得支座節(jié)點板厚度10mm，其他節(jié)點板厚度8mm。5.2 上弦桿設(shè)計整個上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力n=528.49kn（壓桿）設(shè)計。上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)點軸線長度在屋架平面外：根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取本工程中l(wèi)0y / l0x比值在兩種組合t形截面的iy/ix值之間，因此應(yīng)同時選這兩種t形截面設(shè)計，最后取用鋼量較小者。5.2.1 等邊角鋼設(shè)，查表， （b類軸心受壓構(gòu)件），需要的截面積需要的回轉(zhuǎn)半徑根據(jù)需要的截面積a和回轉(zhuǎn)半徑、查型鋼表，選用2 l110×8，用鋼量1

14、3.532×2=27.064 kg/m， ，。按所選角鋼進行驗算：，故所選截面合適。5.2.2 不等邊角鋼，短肢相連 所需截面積a和回轉(zhuǎn)半徑、與等邊角鋼相同，查型鋼表選用2 l125×80×8, 用鋼量25.102 kg/m ，,。按所選角鋼進行驗算：， 故所選截面合適。綜上，兩種截面都合適，但不等邊角鋼用鋼量25.102 kg/m小于等邊角鋼用鋼量27.064 kg/m，所以上弦截面選用不等邊角鋼2 l125×80×8，短肢相連。5.3 下弦桿設(shè)計整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力n=516.41kn（拉桿）設(shè)計。下弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)

15、：為節(jié)點軸線長度在屋架平面外：根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取所需截面積：本工程中l(wèi)0y / l0x比值在兩種組合t形截面的iy/ix值之間，因此應(yīng)同時選這兩種t形截面設(shè)計，最后取用鋼量較小者。5.3.1 等邊角鋼根據(jù)需要的截面積a查型鋼表，選用2 l80×8，用鋼量， ，。按所選角鋼進行驗算： 故所選截面合適。5.3.2 不等邊角鋼，長肢相連根據(jù)需要的截面積a查型鋼表，選用2 l100×80×7，用鋼量19.312kg/m， ，。按所選角鋼進行驗算： 故所選截面合適。綜上，兩種截面都合適，但不等邊角鋼用鋼量19.312 kg/m小于等邊角鋼用鋼量19.316 kg/m，所以

16、下弦截面選用不等邊角鋼2 l100×80×7，長肢相連。5.4 豎桿設(shè)計除中間豎桿ll為零桿外，其余豎桿內(nèi)力相差不大，所以除ll外，其余豎桿采用同一截面，以軸力最大-29.39kn的jj桿進行設(shè)計。5.4.1 jj桿設(shè)計計算長度：在屋架平面內(nèi)：在屋架平面外：查表，該桿件的容許長細比所需回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)所需回轉(zhuǎn)半徑、，查型鋼表，選用等邊角鋼2 l45×4(規(guī)范規(guī)定所選角鋼不能低于l45×4)，。按所選角鋼進行驗算：對于單角鋼或雙角鋼組成的t形截面桿件，在計算其繞對稱軸整體穩(wěn)定時，應(yīng)采用計及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的長細比，即用取代原來的計算。，所以<，查表，故所選截面

17、合適。5.4.2 kk桿驗算kk桿為k形腹桿體系的豎桿，在桁架平面外側(cè)向支承點的間距為節(jié)間長度的2倍、兩節(jié)間的軸心壓力有變化時，規(guī)范規(guī)定計算長度按下式計算 <，查表，所選截面合適。5.4.3 ll桿設(shè)計零桿截面只需根據(jù)剛度條件選擇，采用等肢雙腳鋼十字形截面。桁架的豎桿按壓桿考慮，容許長細比為200，則十字形截面所需回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選用 l45×4，所以豎桿ll采用2 l45×4角鋼。5.5 斜桿設(shè)計5.5.1 ab桿設(shè)計內(nèi)力(壓桿)計算長度：選用2 l90×56×7不等邊角鋼，長肢相并，。按所選角鋼進行驗算： 故所選截面合適。5.5.2 bc桿

18、設(shè)計內(nèi)力(拉桿)計算長度：所需截面面積根據(jù)所需界面面積，查型鋼表，選用2 l56×4等邊角鋼，。按所選角鋼進行驗算： 故所選截面合適。5.6各桿件的截面選擇如下表：表2 各桿件界面選擇桿 件計算內(nèi)力(n)幾何長度(mm)計算長度(mm)截面規(guī)格截面面積(cm2)回轉(zhuǎn)半徑(mm)長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)驗算強度n/an或整體穩(wěn)定n/(min a)填板數(shù)量名稱編號l0xl0yaixiyxy(yz)min上弦桿 ab01357135727142l125×80×8（短肢相并）31.982.516.0054.041.11501 bc-282.0815071507301466

19、.150.21500.774114.01 cd de-439.7915071507301466.150.21500.774177.71 ef fg-508.2915071507301466.150.21500.774205.31 ghhj-517.4915071507301466.150.21500.774209.11jk-528.4915071507301466.150.21500.774213.51kl下弦桿ac153.662850285028502l100×80×7（長肢相并）24.6023.163.3990.284.135062.51ce372.8230003000

20、300094.984.5350151.51eg480.5530003000300094.984.5350195.31gj516.4130003000300094.984.5350209.91jl482.8630003000300094.984.5350196.31斜腹桿ab-241.352120212021202l90×56×7（長肢相并）19.7602.862.3474.090.61500.617197.91cd-150.3924481958.424482l70×513.752.163.1690.777.51500.616177.62ef-77.06269221

21、53.6269299.785.21500.557100.62gh-20.9029462356.82946109.193.21500.54927.72hj-18.1229462356.82946109.193.21500.54924.02bc187.8822191775.222192l56×48.7801.732.59102.685.7350214.02de105.7524481958.42448113.294.5350120.42fg45.2626922153.62692124.5103.935051.52jk63.7721161692.8211697.881.735072.62jk

22、13.9819161532.8191688.674.035015.92kl79.2121121689.6211297.781.535090.22豎桿aa-9.791500150015002l45×46.9721.382.1687.068.11500.64121.91cc-19.59178514281785103.579.91500.52253.81ee-19.59208516682085120.992.41500.43165.23gg-19.59238519082385138.31051500.35479.43jj-29.39268521482685155.7126.41500.28

23、6147.44kk-19.59134310741286155.777.81500.70040.11ll029852149.62687194.6115.820016.填板選擇由雙腳鋼組成的t形或者十字形截面的桿件，為了保證兩個角鋼共同工作，兩腳剛間需要足夠的連系。做法是每隔一定的距離兩腳剛間加設(shè)填板。填板由構(gòu)造決定，應(yīng)比角鋼肢寬（十字形截面則縮進）1015mm以便焊接。填板間距，對壓桿取，拉桿取，式中i為一個角鋼的回轉(zhuǎn)半徑，回轉(zhuǎn)半徑所對應(yīng)的形心軸在t形雙腳鋼中為y-y軸，在十字形雙腳鋼中為最小軸x-x軸。填板數(shù)量布置已填于表2。7.節(jié)點設(shè)計7.1 下弦節(jié)點c設(shè)計圖7.1 下弦節(jié)點c用e43型焊條

24、角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值。設(shè)“bc”桿的肢背和肢尖焊縫長度分別為，則所需的焊縫長度為肢背：，加，取160mm。肢尖：，加，取70mm。設(shè)“cd”桿的肢背和肢尖焊縫長度分別為，則所需的焊縫長度為肢背：，加，取90mm。肢尖：，加，取50mm?！癱c”桿內(nèi)力較小，焊縫內(nèi)力尺寸可以按構(gòu)造選擇，取。從而確定節(jié)點板尺寸395×275mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為39.5m，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為:焊縫強度滿足要求。7.2 上弦節(jié)點b設(shè)計圖7.2 上弦節(jié)點b設(shè)“ab”桿的肢背和肢尖焊縫長度分別為，則所需的焊縫長度為肢背：，加，取90mm

25、。肢尖：，加，取80mm。設(shè)“bc”桿的肢背和肢尖焊縫長度分別為，則所需的焊縫長度為肢背：，加，取160mm。肢尖：，加，取70mm。從而確定節(jié)點板尺寸395×300mm，則計算長度弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力差偏心彎矩則 焊縫強度滿足要求。7.3 屋脊節(jié)點l設(shè)計圖7.3 屋脊節(jié)點l上弦桿采用拼接角鋼采用2l125×80×8，拼接角鋼采用相同的角鋼，熱彎成型，角焊縫，按軸心受壓等強度設(shè)計。拼接角鋼全截面承載力為上弦桿與拼接角鋼之間在接頭一側(cè)的焊縫長度為，加，取220mm。實際拼接角鋼總長為。拼接角鋼豎肢需切肢，則豎肢切去的。 切肢后剩余高度。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫按上弦內(nèi)

26、力的15%計算。角鋼肢尖角焊縫的焊角尺寸，則計算長度，偏心彎矩則 焊縫強度安全。7.4 下弦拼接節(jié)點l設(shè)計跨度為30m的屋架可分為兩個運輸單元，在跨中節(jié)點采用工地焊縫拼接。左半邊的弦桿和腹桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右邊的弦桿和腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫。下弦桿為2l100×80×7，拼接角鋼與下弦用相同規(guī)格，下弦桿與拼接角鋼之間的角焊縫的焊角心寸采用，則豎肢切去的。 圖7.4 下弦拼接節(jié)點l下弦桿件與拼接角鋼之間在接頭的一側(cè)焊縫長度為：拼接角鋼長度，拼接角鋼長度取400mm。下弦桿與節(jié)點板的連接桿件內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢背焊縫的焊角尺寸，則焊縫長度為：，加，取50mm。設(shè)

27、肢尖焊縫的焊角尺寸，則焊縫長度為：，加，取40mm。7.5 支座節(jié)點a設(shè)計設(shè)“ab”桿的肢背和肢尖焊縫長度分別為，則所需的焊縫長度為肢背：，加，取130mm。肢尖：，加，取70mm。設(shè)“ac”桿的肢背和肢尖焊縫長度分別為，則所需的焊縫長度為肢背：，加，取90mm。肢尖：，加，取60mm。“aa”桿內(nèi)力較小，焊縫內(nèi)力尺寸可以按構(gòu)造選擇，取。從而確定節(jié)點板尺寸376×380mm。圖7.5 支座節(jié)點a為便于施焊，下弦桿肢背與支座底板頂面的距離取155mm，錨栓用2m20，栓孔位置尺寸如圖。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋高度和節(jié)點板高度相等。a 支座底板計算支座反力 支座底板平面尺寸 柱截

28、面尺寸柱頂混凝土的抗壓強度：支座底板的厚度按屋架反力作用的彎矩計算，式中，查表得，則 底板厚度，取b加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫假定一塊加勁肋承受屋架支座反力的四分之一，即。焊縫受剪力，彎矩，設(shè)焊縫，焊縫計算長度焊縫應(yīng)力滿足要求。c 支座節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫假定焊縫傳遞全部支座反力，支座節(jié)點板與底板的連接焊縫長度為則，采用。每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為則，采用。7.6 腹桿焊縫實際尺寸表表3 腹桿焊縫尺寸表桿件肢背肢尖（mm）實際焊縫長度（mm）（mm）實際焊縫長度（mm）ab101356135cd61056105ef51055105gh51055105hj51055105bc4135584de484585fg450430jk484484jk484484kl470440aa480480cc480480ee480480gg4804