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文檔簡介
1、鋼 結(jié) 構 課 程 設 計某24米跨梯形屋架設計一、設計資料某車間跨度24米,長度192米,柱距6米。車間內(nèi)設有兩臺20/5T中級工作制吊車。計算溫度高于-20,地震設防烈度為7度。采用3.0×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板,8cm厚泡沫混凝土保溫層,卷材屋面,屋面坡度為i=1/10。雪荷載為0.4KN/m2,積灰荷載為0.75KN/m2。屋架簡支于鋼筋混凝土柱上,上柱截面為400×400,混凝土標號為C20。要求設計屋架并繪制屋架施圖。二、屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置本例題為無檁屋蓋方案,i=1/10,采用平坡梯形屋架。屋架計算跨度為L0=L-300=23700mm
2、,端部高度取H0=1990mm,中部高度取H=2790mm(為L0/8.5),屋架桿件幾何長度見附圖1(跨中起拱按L/500考慮)。根據(jù)建造地區(qū)的計算溫度和荷載性質(zhì),鋼材選用Q235-B。焊條采用E43型,手工焊。根據(jù)車間長度、屋架跨度和荷載情況,設置上、下、弦橫向水平支撐、垂直支撐和系桿,見附圖2。因連接孔和連接零件上的區(qū)別圖中給出了W1、W2和W3等三種編號。 附圖1:屋架桿件幾何長度及設計內(nèi)力附圖2:屋面支撐布置圖三、荷載和內(nèi)力計算1、荷載計算:二氈三油上鋪小石子 0.35 KN/m2 找平層(2cm厚) 0.40 KN/m2 泡沫混凝土保溫層(8cm厚) 0.50 KN/m2 預應力混
3、凝土大型屋面板(含灌縫) 1.40 KN/m2 懸掛管道 0.10 KN/m2 屋架和支撐自重 (0.12 +0.011L)=0.12+0.011×24=0.384 KN/m2 恒載總和 3.134 KN/m2 活荷載(或雪荷載) 0.50 KN/m2 積灰荷載 0.75 KN/m2 由于屋面坡度不大,對荷載的影響較小,未予考慮。風荷載為吸力,重屋蓋可不考慮。2、荷載組合一般考慮全跨荷載,對跨中部分斜桿(一般為跨中每側(cè)各兩根斜腹桿)可考慮半跨組合,本例題在計算桿件截面時,將這些腹桿均按壓桿控制長細比,不必考慮半跨荷載作用情況,只計算全跨滿載時的桿件內(nèi)力。節(jié)點荷載:組合一:Fd=(1.
4、2×3.134+1.4×0.4+1.4×0.9×0.75)×6×3.0=94.78KN組合二:Fd=(1.35×3.134+1.4×0.7×0.4+1.4×0.9×0.75) ×6×3.0=100.22KN節(jié)點荷載取100.22KN,支座反力 Rd=4Fd=4×100.22=400.9KN3、內(nèi)力計算用圖解法或數(shù)解法均可計算出全跨荷載作用下,屋架的桿件內(nèi)力。其內(nèi)力設計值見附圖1。四、截面選擇腹桿最大軸力為574.56KN,查表8.4,選用中間節(jié)點板厚t=8
5、mm,支座節(jié)點板厚t=10mm。1、上弦整個上弦不改變截面,按最大內(nèi)力計算。Nmax=-738.92KN,lox=301.5cm,loy=301.5cm (l1取兩塊屋面板寬度)。選用2L140×10,A=54.7cm2,=4.34cm,=6.05cm由于所以由查b類截面的填板每節(jié)間放一塊(滿足范圍內(nèi)不少于兩塊)2、下弦整個下弦也不改變截面,按最大內(nèi)力計算。Nmax=759.46KN,lox=600.0cm,loy=600cm ,連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點板邊緣的距離約為100mm(de節(jié)間),可不考慮螺栓孔的削弱。選用2L180×110×10(短肢相并),A=5
6、6.8cm2,=3.13cm,=8.56cm填板每節(jié)間放一塊3、腹桿 桿件A-F、C-G:NAF=-50.2KN,lox=161.2cm,loy=201.5cm ; NCG =100.22KN,lox =208cm,loy =260cm。由于內(nèi)力較小,可按長細比選擇截面,按內(nèi)力較大者計算。選2L63×6, A=14.58cm2,=1.93cm,=2.91cm 由于所以由查b類截面的填板放兩塊 桿件E-H:N=46.8KN 該桿件內(nèi)力較小,按長細比控制截面。為了便于連接垂直支撐,截面采用十字行截面。lo =0.9320=288cm選用2L10010 , A=38.52 cm2,3.84
7、。 桿件B-F:N=-574.56KN,lox=366.3cm,loy=366.3cm。選用2L18011010(長肢相并),A=56.8cm2,=5.81cm,=4.23cm由于 , 故由查表得,填板放兩塊。 桿件B-G:N=301.06KN,lox=302.4cm,loy=378cm。選用2L636,A=14.58cm2,=1.93cm,=2.91cm填板放兩塊。 桿件D-G、D-H:N=-119.36KN,lox=333.6cm,loy=417.3cm。選用2L806,A=18.8cm2,=2.47cm,=3.58cm由于 , 故由查表得(b類截面)填板四塊屋架桿件截面選用表 表一桿 件
8、名 稱桿 件號內(nèi)力設計值N(KN)計算長度(m)選用截面截面積A(cm2)計算應力(N/mm2)容許長細比桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫(mm)填板數(shù)l0xl0y上弦桿A-BD-E-738.92301.5301.52L140×1054.7179.21502下弦桿G-H759.466006002L180×110×1056.8133.72501腹桿A-F-50.12161.2201.52L63×614.5867.91502C-G-100.222082602L63×614.58135.81502E-H46.82882882L100×1038.
9、521.622004B-F-574.56366.3366.32L180×110×1056.8175.61502B-G301.06302.43782L63×614.58206.52502D-G-59.68333.6417.32L80×618.81761504D-H-16.84333.6417.32L80×618.849.61504五、節(jié)點設計 1、下弦節(jié)點“G”先計算腹板與節(jié)點板的連接焊縫:B-G桿肢背及肢尖焊腳尺寸分別取hf1=8mm,hf2=6mm,則所需焊縫長度:肢背: 用140mm肢尖: 用100mm腹桿C-G和D-G桿件的內(nèi)力較小,焊縫
10、按構造采用,肢背:hf1=6mm, lw1取80mm 肢尖:hf2=6mm, lw2取80mm其次驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫,內(nèi)力差N=NGH-NFG=759.46-434.66=342.8KN。由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點板尺寸,量得實際節(jié)點板長度為63cm,肢背及肢尖焊腳尺寸均取為6mm,則計算長度lw=63-1.2=61.8cm。肢背焊縫應力為:附圖3 下弦“G”節(jié)點 2、上弦“B”節(jié)點(見附圖4)同樣先計算腹桿B-F、B-G的桿端焊縫,方法同上。由腹桿焊縫決定的節(jié)點板尺寸,實際量得節(jié)點板長度為81cm?,F(xiàn)驗算上弦與節(jié)點板的連接焊縫:節(jié)點板縮進8mm,肢背采用塞焊縫,承受節(jié)點荷載F=100.
11、22KN,hf=t/2=4mm,lw1=81-0.8=80.2cm肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力差N=NBC-NAB=676.98-0=676.98KN,偏心距e=10-2.8=7.2cm,偏心力矩M=N·e=676.98×7.2=4874KN·cm,采用hf2=10mm,lw2=81-2=79cm,則對N: 對M: 附圖4 上弦“B”節(jié)點3、屋脊“E”節(jié)點(附圖5)計算腹桿與節(jié)點板的連接焊縫: E-H桿件內(nèi)力較小,按構造設置焊縫,即取hf1=6mm,hf2=6mm, lw1 =80mm, lw2 =80mm。驗算弦桿和節(jié)點板的連接焊縫:由腹桿焊縫決定的節(jié)點板尺寸,實際量得
12、節(jié)點板長度為 40cm。節(jié)點板縮進8mm,肢背采用塞焊縫,節(jié)點豎向集中荷載, hf =t/2=4mm,lw1 =40-0.8cm。 肢尖焊縫內(nèi)力差N=0,可按構造要求設置焊縫。拼接計算:拼接角鋼采用與弦桿截面相同的2L100×12,焊腳尺寸hf取8mm,則拼接角鋼除到角外,豎肢需切去 =t+hf+5=12+8=5=25mm,按上弦坡度熱彎。拼接角鋼與上弦連接焊縫在接頭一側(cè)的總長度共四條焊縫,認為平均受力,每條焊縫實際長度為拼接角鋼總長度為取拼接角鋼長度為600mm。 附圖5 屋脊節(jié)點“E”4、支座節(jié)點“F”(附圖6)、腹桿桿端焊縫計: B-F桿由前面計算結(jié)果取肢背及肢尖角焊縫尺寸分別
13、為:hf1=8mm,hf2=6mm, lw1 =220mm, lw2 =170mm。 A-F桿件內(nèi)力較小,按構造設置焊縫,即肢背及肢尖角焊縫尺寸均為6mm,焊縫長度為lw=80mm。驗算弦桿焊縫:由腹桿焊縫決定的節(jié)點板尺寸,實際量得節(jié)點板長度為42 cm。肢背及肢尖焊角尺寸均取為8mm,則計算長度lw1 = 42-1.6=40.4cm。肢背焊縫應力為: 、底板計算支反力Rd=400.9KN,fc=10N/mm2,所需底板凈面積:取錨栓直徑d=24mm,錨栓孔直徑為50mm,則所需底板面積為:按構造要求采用底板面積為a×b=26×26=676>470.5cm2,底板凈面積為:墊板采用100×20×100,孔徑26mm。底板實際應力為:,查表5.8,則 所需底板厚度 用t=24mm,底板尺寸為-280×24×280。 、加勁肋與
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