課程設(shè)計梯形鋼屋架設(shè)計(21m跨)

1、下載可編輯梯形鋼屋架設(shè)計 （21m 跨）一、設(shè)計資料某地區(qū)某金工車間 。 采用無檁屋蓋體系 ，梯形鋼屋架 。跨度為 21 m ，柱距 6 m, 廠房長度為 144 m ，廠房高度為 15.7 m 。 車間內(nèi)設(shè)有兩臺 150/520 kN 中級工作制吊車 ，計算溫度高于-20 。 采用三氈四油防水屋面上鋪小石子設(shè)計荷載標(biāo)準值0.4 kN/m 2，水泥砂漿找平層設(shè)計荷載標(biāo)準值 0.4 kN/m 2，泡沫混凝土保溫層設(shè)計荷載標(biāo)準值 0.1 kN/m 2，水泥砂漿找平層設(shè)計荷載標(biāo)準值 0.5 kN/m 2 ， 1.5 m ×6.0 m 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板設(shè)計荷載標(biāo)準值 1.4 kN/m

2、2。 屋面積灰荷載 0.35 kN/m 2 ，屋面活荷載 0.35 kN/m 2 ，雪荷載為 0.45 kN/m 2 ，風(fēng)荷載為 0.5 kN/m 2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上 ，柱截面為 400 mm ×400mm ，砼標(biāo)號為 C20。二、屋架形式 、尺寸、材料選擇及支撐布置1、鋼材及焊條選擇根據(jù)建造地區(qū) （北京）的計算溫度和荷載性質(zhì)及連接方法，鋼材選用Q235-B 。 焊條采用 E43 型，手工焊 。2、屋架形式及尺寸本設(shè)計采用無檁屋蓋 ， i 1/10 ，采用梯形屋架 。屋架跨度為 L =21000 mm屋架計算跨度為 L0 L -300 20700 mm ，端部高度取 H 0

3、 2000 mm ，（ 1/16 1/12 ） L ，（通常取為 2.0 2.5 m ）中部高度取 H H 0 +0.5 i L 2000 + 0.1 ×21000/2 3050 mm ，屋架桿件幾何長度見附圖1 所示，屋架跨中起拱 42 mm （ f=L /500 考慮）。為使屋架上弦承受節(jié)點荷載，配合寬度為 1.5 m 的屋面板 ，采用上弦節(jié)間長度為3.0m 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯附圖 1：屋架桿件幾何長度 （單位：mm ）3、屋蓋支撐布置根據(jù)車間長度 、屋架跨度和荷載情況 ，設(shè)置四道上 、下弦橫向水平支撐 。 因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合 ，為統(tǒng)一支撐規(guī)格 ，廠房兩端的橫向水平支

4、撐設(shè)在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設(shè)置剛性系桿以傳遞山墻風(fēng)荷載 。 在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端共設(shè)四道垂直支撐。在屋脊節(jié)點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設(shè)置通長的剛性系桿 ，下弦跨中節(jié)點處設(shè)置一道縱向通長的柔性系桿 ，支撐布置見附圖 2。圖中與橫向水平支撐連接的屋架編號為 GWJ-2，山墻的端屋架編號為 GWJ-3 ，其他屋架編號均為 GWJ-1。附圖 2：屋面支撐布置圖 （單位：mm ）三、荷載和內(nèi)力計算1、荷載計算.專業(yè) .整理 .下載可編輯屋架和支撐自重按照經(jīng)驗公式q =(0.12+0.011 L )=(0.12+0.011

5、 ×21)0.35 kN/m 2荷載計算匯總表項目名稱標(biāo)準值設(shè)計值備注kN/m 2kN/m 21防水層（三氈四油 ）0.40.48沿屋面坡向分布2水泥砂漿找平層0.40.48沿屋面坡向分布3泡沫砼保溫層0.10.12沿屋面坡向分布4水泥砂漿找平層0.50.6沿屋面坡向分布5預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.68沿屋面坡向分布6屋架和支撐自重0.350.42沿水平分布恒荷載累計3.153.787屋面均布活荷載0.350.49沿水平面分布 ，計算8雪荷載0.450.63中取二者中的較大值9積灰荷載0.350.49活荷載累計0.81.12由于屋面坡度不大 ，對荷載的影響較小 ，未予考慮 。風(fēng)

6、荷載為吸力 ，重屋蓋可不考慮 。2、荷載組合計算屋架桿內(nèi)力時 ，應(yīng)考慮如下三種荷載組合：正常使用階段 ：“全跨恒荷載 + 全跨屋面均布活荷載 ”和“全跨恒荷載 +半跨屋面均布活荷載 ”，恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值 P恒 及 P活 分別為：P恒 3.78×1.5×6 34.02 kNP活 1.12×1.5×6 10.08 kN施工階段 ：“全跨屋架及支撐自重 + 半跨屋面板 + 半跨屋面活荷載 ”，這時只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒荷載 ，而屋面板自重及施工荷載 （取屋面活荷載與雪載數(shù)值較大的 ）即.專業(yè) .整理 .下載可編輯可能出現(xiàn)在左半跨

7、，也可能出現(xiàn)在右半跨 ，取決于屋面板的安裝順序 。當(dāng)從屋架兩端對稱安裝屋面板時 ，則不必考慮此種荷載組合 。 施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值 P恒' 和 P活' 分別為：P恒' 0.42 ×1.5×63.78 kNP活' （ 1.68+0.63 ）×1.5×620.79 kN3、內(nèi)力計算首先計算出荷載作用下各桿力系數(shù)。 根據(jù)算得的節(jié)點荷載（ P恒 、 P活 ）和桿力系數(shù) ，計算各桿件內(nèi)力并組合得出各桿件的最不利內(nèi)力組合。.專業(yè) .整理 .下載可編輯11110.511H0.5EF16G174140D39BC114

8、153837A12336351122462930231358112228 4337212320 532 6219342a10b9c8d7e42434445RaRb桿力系數(shù)計算模型四、桿件截面選擇1、上弦部分 ：最大內(nèi)力桿件 ：FG = -537.14 KN、GH = -537.14 KN屋架上弦截面統(tǒng)一不變 ，取上弦最大設(shè)計桿力計算 。l0x 1508mm( 屋架平面內(nèi) )，l0y l1 3000mm( 屋架平面外 )（考慮大型屋面板能起到一定的支撐作用，故一般取兩塊屋面板的寬度 ，但不大于3.0 m ，未考慮屋面板之間灌縫處理的寬度）。 根據(jù)計算 ，腹（斜）桿最大設(shè)計內(nèi)力 N aB -337

9、.37kN ，查表（課程設(shè)計指導(dǎo)書 表 5）,得中間節(jié)點板厚度 t 10mm ，支座節(jié)點板厚 t 12mm 。 選擇跨中斜腹桿截面時均按壓桿考慮并控制長細比不大于 150, 即： 150 。按穩(wěn)定條件計算所需毛截面面積：查（鋼結(jié)構(gòu)第二版 武漢理工大學(xué)出版社 ）表 5.3知由雙角鋼組成的T 形和十字形截面均屬b類。 角鋼厚度16 mm ， 取 f 215N/mm 2 ，假設(shè) 80，由附表 4-2 查得0.710 ，需要的截面面積 ：AsN537.141033519mm235.19cm2f0.710215需要的回轉(zhuǎn)半徑為ixlox150.81.89 cm80i yl oy3003.75 cm80上

10、弦采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的T 形截面 。根據(jù)需要的 As 、 i y、 i x 查附表7-5 ，選用 2 140 ×90×10 （短邊相連 ）： As 44.6 cm 2 ， ix 2.56 cm ， i y 6.77 cm.專業(yè) .整理 .下載可編輯（節(jié)點板厚 10 mm ）。驗算故lox150.8， x =0.826x58.90ix2.56N537.14103145.81N2f215N2x0.8264460x Ammmm驗算對稱軸 y 的穩(wěn)定承載力 ：b1140140.56loy0.56 300012t10b1140換算長細比b1l 2 oyt 23.71403

11、000210265.28yz3.714152.7904t52.7b10查附表 4-2 ， y 0.794；故，N537.14 103151.68N2f 215 N2y0.7944460y Ammmm所以滿足要求 。填板間距為 l1 ， l11508275.4 cm40 i1 40 4.47178.8 cm ，i1i y4.47cm2、下弦部分 ：最大內(nèi)力桿件 ：cd = -527.88 KN屋架下弦截面統(tǒng)一不變，取下弦最大設(shè)計桿力計算。 l ox 3000 mm ， l oy 20700/2 10350 mm ，需要的凈截面面積為 ：AnN527.88 1032455mm224.55cm2f2

12、15選用 2140 ×90×10 （短邊相連 ）： As 44.6 cm 2， i x 2.56 cm ， i y 6.77 cm驗算：在節(jié)點設(shè)計時 ，將位于下弦桿連接支撐的螺栓孔設(shè)置在節(jié)點板范圍內(nèi)且使螺栓孔中心距節(jié)點板邊緣距離100 mm ，故計算桿件強度可不考慮截面的削弱，按毛截面驗算（ 350 ，查表 5.1）.專業(yè) .整理 .下載可編輯xlox300117.19i x2.56yloy1035152.88iy6.77故N527.88103f215 NA118.36 N224460mmmm所以滿足要求 。填板間距為 l1 ， l1 150 cm 80 i1804.473

13、57.6cm ， i1 i y 4.47cm3、端斜桿部分 ：最大內(nèi)力桿件 ：aB = -337.37 KNlox 2575 mm ， loy 2575 mm ，需要的凈截面面積為AnN337.37 1031569mm215.69cm2f215選用 2140 ×90×8（長邊相連 ）： As 36 cm 2， i x 4.50 cm ， i y 3.63 cm，150（查表 5.2）驗算：lox257.5xix4.5057.22b29010 90.48l oy0.48 257513.73tb290l oy257.5yiy3.6370.94換算長細比1.09b4270.941

14、.0990482.90yzy1oy t218l 2257522查附表 4-2 ， y 0.692；故N337.37103135.42N2f215 N2y0.6923600y Ammmm所以滿足要求 。設(shè) 2塊 填 板 ， 間 距 為 l1， l 1 85.8 cm40 i1402.59103.6 cm ，i1 i y 2.59cm.專業(yè) .整理 .下載可編輯4、斜腹桿部分 ：桿件內(nèi)力 ： dH = -46.82 KNlox 3399 mm ， loy 3399 mm ，需要的凈截面面積為N46.82 10322An215218mm2.18cmf選用 280×5：As15.82 cm2

15、，i x2.48 cm， i3.63 cm， 150（查表）y 5.2驗算：lox339.9xix137.062.48b80160.58loy0.58339924.64t5b80l oy339.9yiy3.6393.64換算長細比0.475b493.640.47580499.95，查附表 4-2 ，yzy 12oy t 2152l3399 2y 0.584 ；故 yN46.8210350.68 N2f 215N2y A0.584 1582mmmm所以滿足要求 。設(shè) 2 塊填板，間距為 l1 ， l 1 85.8 cm 40 i1 40 3.63145.2 cm ，i1i y3.63cm5、豎桿

16、部分 ：桿件內(nèi)力 ： Gd = -42.78 KN桿件截面統(tǒng)一不變 ， lox 0.8 l 0.8×2898 = 2318 mm， loy l 2898 mm ，選用 280×5： As 15.82 cm 2， i x 2.48 cm ， i y 3.63 cm，150 （查表 5.2）驗算：lox231.8x93.47ix2.48b800.58loy0.58 28981621.01t5b80.專業(yè) .整理 .下載可編輯yl oy289.879.83iy3.63換算長細比 yz0.475b479.830.47580487.23，查附表 4-2 ，y 12oy t 21252

17、l2898y 0.665 ；故 yN42.7810340.66 N2f215 N2所以滿足要求 。y A0.665 1582mmmm設(shè) 2 塊填板，間距為 l1 ， l 185.8cm 40 i1403.63145.2 cm ，i1 i y 3.63cm其余各桿的具體參數(shù)選擇見下表 。 連接垂直支撐的豎腹桿 ，使連接不偏心 ，宜采用兩個等邊角鋼組成的十字形截面 ，其斜平面計算長度為 l o 0.9 l ，其它腹桿除 A a 和 B a 外， l ox 0.8 l 。共有 3 種規(guī)格的角鋼 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯五、節(jié)點設(shè)計在確定節(jié)點板的形狀和尺寸時 ，需要腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度

18、。 先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸 。 其計算公式為 ：角鋼肢背所需焊縫長度 l 1 ： l11 N2 h f0.7 h f 1f fw2角鋼肢尖所需焊縫長度 l 2 ： l 22 N2 h f0.7 h f2 f f w2如斜腹桿 a B，設(shè)計桿力 N 337.37 kN ，設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸各為 h f 18 mm ，h f 26 mm 。因 a B 桿系為 2140 ×90×8 不等邊角鋼 ，并長肢相連 ，取 10.67 ，20.33 。則：0.67337.3710l120.781600.33337.3710l 220.78160328142 mm32674 mm

19、其它腹桿所需焊縫長度的計算結(jié)果見下表。因其他腹桿受力較小 ，焊縫長度可以按照構(gòu)造取值 ： h f 1.5 t 1.5 105 ，l 1 l 2 8 h f 10 8 5 1050 mm1、下弦節(jié)點 “b”按計算 B b 、 b D 桿所需焊縫長度 ，按比例繪制節(jié)點詳圖 ，從而確定節(jié)點板的形狀和.專業(yè) .整理 .下載可編輯尺 寸 （ 附 圖 ） 。 焊 腳 尺 寸 h f5 mm， 焊 縫 承 受 節(jié) 點 相 鄰 弦 桿 的 內(nèi) 力 差NN bcN ab430.86181.25249.61KN。肢背焊縫長度 ： l肢尖焊縫長度 ： l1N0.67249.61103w 120.7 h f 1 f

20、fw20.75160150 mm2N0.33249.61103w 220.7 h f 2 f fw20.7516074 mml w 1l w 2150 mm 即可滿足要求。填板寬度需滿足l w125 ，還需滿足斜腹桿的焊縫長度要求 ，故取填板寬度為 510 mm 。驗算肢背焊縫的強度 ：f1 N0.67249.6110 348N2f fw160 Nmm220.7 h f 1l w2 0.75 (5102 5)mm滿足要求 。肢尖部分的焊縫應(yīng)力更小 ，也可滿足要求 。豎桿 b C 下端應(yīng)伸至距下弦肢尖 20 mm 處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點板滿焊 。下弦 b 節(jié)點2、上弦節(jié)點 “B”.專業(yè) .整理

21、 .下載可編輯按上表所列腹桿 B a、b B 所需焊縫長度 ，節(jié)點板縮進上弦角鋼背 ，縮進 7 mm ，按比例繪制節(jié)點詳圖 ，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸（附圖）。焊腳尺寸 h f5mm ，焊縫承受節(jié)點集中荷載垂直于屋面的分量Q 及相鄰弦桿的內(nèi)力差NNBCN AB330.751.32329.43KN， 實際上因 Q 不大 ，可按構(gòu)造滿焊 。假設(shè) l w500mm10 3fN329.4394.1N220.7 h f 2 l w20.75500mmf6 Ne6329.4310 368.877.7N220.7 h f 2 l 220.75 5002wmm驗算焊縫的強度 ：查表得出f1.22277.72

22、f294.12114N2f fw160N2f1.22fmmmm滿足要求 。上弦節(jié)點 “B”3、下弦中央拼接節(jié)點 “e”（ 1）拼接角鋼計算.專業(yè) .整理 .下載可編輯因節(jié)點兩側(cè)下弦桿內(nèi)力相等，使用一側(cè)弦桿內(nèi)力N de519.06KN代入計算即可 。 拼接角鋼采用與下弦相同的截面2 140 ×90 ×10 ，設(shè)與下弦的焊縫的焊腳尺寸h f8 mm ，豎直肢應(yīng)切去th f5108523 mm ，節(jié)點一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計算長度為：l wN de519.061034 0.7 h ff fw4 0.7145 mm8 160拼接角鋼需要的長度為 ：l 2 l w 16102 14

23、51610332 mm為保證拼接節(jié)點處的剛度 ，故取 l500 mm 。（ 2）下弦與節(jié)點板的連接焊縫計算下弦與節(jié)點板的連接焊縫按0.15N de 0.15519.0677.86KN 代入計算 。取焊腳尺寸 h f5 mm，節(jié)點一側(cè)下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長度l w1 、 l w 2 分別為：肢背焊縫長度 ： l w 110.15 N de100.6777.8610 31057 mm20.7 h f 1 f f w20.75160肢尖焊縫長度 ： l w 210.15 N de100.3377.8610320.7 h f 2 f fw20.7 516010 33 mm下弦節(jié)點 “e”4、屋脊

24、節(jié)點 “H”（ 1）拼接角鋼計算.專業(yè) .整理 .下載可編輯按上弦桿內(nèi)力 N GH537.14KN 計算拼接角鋼與上弦的焊縫。拼接角鋼采用與上弦相同的截面2140 ×90 ×10 ，設(shè)與上弦的焊縫的焊腳尺寸h f8 mm ，豎直肢應(yīng)切去t h f5 108 523 mm ，節(jié)點每側(cè)與上弦的每條焊縫所需計算長度為 ：N GH537.14103l ww4 0.7150 mm4 0.7 h f f f8 160拼接角鋼需要的長度為 ：l 2 l w 1610 21501610342 mm為保證拼接節(jié)點處的剛度 ,故取 l700 mm 。（ 2）上弦與節(jié)點板間焊縫計算上弦與節(jié)點間在

25、節(jié)點兩側(cè)共8 條焊縫 ，共同承受節(jié)點荷載P 與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力 。由于屋架采用 1：10 的放坡，坡度過小可以近似地認為 sintg0.1 ，該合力的數(shù)值為 ：2 N GH sinP2 537.140.1P恒P活63.33 KN設(shè)焊腳尺寸 h f5 mm ，每條焊縫所需要長度為：2NGHsinP63.33103l0.7 h ff fw1010 24 mm88 0.75 160屋脊節(jié)點 “H”.專業(yè) .整理 .下載可編輯5、支座節(jié)點 “a”（ 1）底板計算 ：底板承受屋架的支座反力R7 P744.1308.7 KN,柱采用 C20 砼，砼的軸心抗壓強度設(shè)計值f c10 N mm 2 ，所需底板

26、凈面積為 ：A nR308.7 10 330870 mm2f c10錨栓直徑 d24 mm ，錨栓孔布置為 50 mm ，栓孔面積 A0 為：Ao3050250 2mm24962.54所需底板面積為AA nA0308704962.535832.5mm 2按構(gòu)造要求采用底板面積為ab400 400160000 mm235832.5 mm 2 ，錨栓墊板采用 -100 ×100 ×20 ，孔徑 26 mm。底板承受的實際應(yīng)力 ：50 2A n16000030502155037.5mm24qR308.710 3f cA A01.99 Nmm2155037.5a1(2005)2276 mmb1a1138 mm2b10.5 ，查表 5.8，0.056則a1Mqa120.0561.99276 28489Nmm所需底板厚度 ：6 M6 8489t16 mmf215.專業(yè) .整理 .