西科大27米鋼屋架設計

1、鋼結(jié)構課程設計班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師： 2012年 12 月 30 日 一、設計資料1、題號39已知條件：梯形鋼屋架跨度27m，長度102m，柱距6m。該車間內(nèi)設有兩臺200/50 kN中級工作制吊車，軌頂標高為8.000 m。冬季最低溫度為20，地震設計烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g。采用1.5m×6m預應力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷載標準值為0.7 kN/m2，雪荷載標準值為0.1 kN/m2，積灰荷載標準值為0.6 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm×400

2、mm，混凝土標號為C20。鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型。2、屋架計算跨度： 3、跨中及端部高度： 本設計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27m軸線處的端部高度，屋架的中間高度：，則屋架在26.7m處，兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮，取50mm。二、結(jié)構形式與布置 屋架型式及幾何尺寸如圖1所示。 圖1 梯形鋼屋架形式和幾何尺寸根據(jù)車間長度、跨度及荷載情況，在車間兩端 5.5m 開間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設置橫向水平支撐的同一開間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個屋架用系桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設三道通長系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點處及屋架支座出的系桿為剛

3、性系桿（圖2），安裝螺栓采用 C 級，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。梯形鋼屋架支撐布置如圖2.13。 圖2 屋架上弦支撐布置 GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）； CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿）三、荷載計算 屋面和荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較大的荷載標準值進行計算。故取屋面活荷載0.7kN/ 進行計算。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m。表2.2 荷載計算表荷載名稱標準值（kN/）設計值（kN/）預應力混凝土大型屋面板1.41.4×1.351.89三氈四油防水層0.

4、40.4×1.350.54找平層（厚20mm）0.02×200.40.4×1.350.5480mm厚泡沫混凝土保溫層0.08×60.480.48×1.350.648屋架和支撐自重0.12+0.011×270.420.42×1.350.567管道荷載0.10.1×1.350.135永久荷載總和3.24.32屋面活荷載0.70.7×1.40.98積灰荷載0.60.6×1.40.84可變荷載總和1.31.82設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷

5、載：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載：半跨節(jié)點可變荷載：（3） 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重：半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：（1）、（2）為使用節(jié)點荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。四、內(nèi)力計算由圖解法或數(shù)解法解得F1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見表2。表2 屋架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合值計算桿內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨第一種組合F×第二種組合第三種組合F1×+ F2×F1×+ F2

6、5;F3×+ F4×F3×+ F4×上弦AB000000000.0 BC-9.97-7.19-2.79-550.94-505.41-433.33-218.45-122.91-550.94 CD-9.97-7.19-2.79-550.94-505.41-433.33-218.45-122.91-550.94 DE-15.8-10.75-5.06-873.11-790.39-697.19-331.16-211.28-873.11 EF-16.38-11.33-5.06-905.16-822.44-719.74-347.64-214.24-905.16FG-1

7、6.38-11.33-5.06-905.16-822.44-719.74-347.64-214.24-905.16 GH-18.67-11.05-7.62-1031.7-906.89-850.71-352.79-292.04-1031.7 HI-19.17-11.05-7.62-1059.33-926.33-870.15-355.34-294.59-1059.33 IJ-19.17-11.54-7.62-1059.33-934.36-870.15-366.77-294.59-1059.33下弦ab5.363.961.41296.19273.26231.49119.6463.76296.19bc

8、13.319.343.97735.51670.48582.52285.60170.43735.51 cd18.2411.426.821007.94896.23820.88359.22269.191007.94de17.818.98.9984.18838.24838.24298.29320.72984.18斜腹桿aB-10.05-7.42-2.63-555.36-512.28-433.82-224.22-119.19-555.36Bb7.955.572.38439.32400.33348.08170.38102.02439.32bD-6.47-4.18-2.29-357.53-320.02-28

9、9.06-130.43-92.15-357.53Dc4.612.592.02254.75221.66212.3283.8875.69254.75cf-3.5-1.01-2.49-193.41-152.62-176.87-41.39-82.17-193.41fG-2.69-0.21-2.49-148.65-108.03-145.37-18.61-78.04-148.65Ef0.730.73040.3440.3428.3820.733.7240.34Gd0.72-0.931.6639.7912.7655.18-18.0146.55-18.0155.18dg1.153.13-1.9763.5595.

10、9812.4478.83-45.02-45.0295.98gJ1.893.87-1.97104.44136.8741.2299.85-41.25-41.25136.87Hg0.670.67037.0237.0226.0519.033.4237.02豎桿Aa-0.5-0.50-27.63-27.63-19.44-14.21-2.55-27.63Cb-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Ec-1.5-1.50-82.89-82.89-58.32-42.61-7.65-82.89Ff-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26

11、Hd-1.5-1.50-82.89-82.89-58.32-42.62-7.65-82.89Ig-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Je000000000五、桿件設計1.上弦桿整個上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設計內(nèi)力設計。 N=-1059.33KN上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點間的距離，即根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N-555.36kN，查表得，中間節(jié)點板厚度選用12m

12、m，支座節(jié)點板厚度選用14mm。設，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積：回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L180×110×12，肢背間距a12mm，則A67.42，按所選角鋼進行驗算： ， 滿足長細比的要求。由于，只需求，查表0.849，則所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖6上弦截面 2.下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計算。 N=1007.94KN，所需截面積為（因跨中有通長系桿）:選用2L160×100×10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。A50.6， ， ，所以滿

13、足要求。下弦截面如圖： 圖7下弦截面3.斜桿按端斜桿aB最大設計內(nèi)力設計。桿件軸力： 計算長度： 因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。選用2L125×80×10。則 A39.42， 因>，只需求，查表得，則 故所選截面合適。端斜桿截面如圖： 圖8端斜桿截面4、腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。, 再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距 ，在桁架平面外的計算長度：選用2L80×7，查角鋼規(guī)格表得A21.72， 由于，只需求。查表0.524，則:再分腹桿截面如圖： 圖9：再分腹桿截面 5. 豎桿Hd，由于桿件內(nèi)力較小，按選擇

14、，需要的回轉(zhuǎn)半徑為，查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大些。選用2L63×5，其幾何特性為： A12.29， 由于，只需求。查表0.406，則:中央豎桿截面如圖： 圖10：豎桿截面其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表3。 表3 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編號內(nèi)力/kN計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應力上弦HI、IJ-1059.33150.8452.4180×110×1267.423.088.754951.71500.849185.06下弦cd1007.944501335160×100×105

15、0.632.857.78157.9171.63500.246161.6腹桿aB-555.36253253125×80×1039.4243.3963.574.91500.721195.4Bb439.32262.2262.2100×1038.523.054.6085.957.01500.648176bD-357.53287.3287.3100×1038.523.054.6094.262.51500.594156.3Dc254.75287.3287.3100×1038.523.054.6094.262.51500.594111.3cf-193.412

16、08.7393.380×721.722.463.7581.8104.91500.524164.3fG-148.65208.7393.380×721.722.463.7581.8104.91500.524130.6Ef40.3418918963×512.291.943.0497.462.21500.57557.1Gd-18.0155.18326.5326.590×621.272.794.1311779.11500.254102.1dg-45.0295.98224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.3411

17、07.4gJ-41.25136.87224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.34198.4Hg37.02203.5203.563×512.291.943.04104.966.91500.52357.6豎桿Aa-27.63161.2201.563×512.291.943.0483.166.31500.66833.7Cb-55.2618423063×512.291.943.0494.875.71500.58876.5Ec-82.8920826063×512.291.943.04107.285.51500.

18、511132Ff-55.2610413063×512.291.943.0453.642.81500.83853.7Hd-82.8924430590×621.272.794.1387.573.81500.40696Ig-55.26122152.563×512.291.943.0462.950.21500.79156.8六、節(jié)點設計采用E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值（1） 下弦節(jié)點b設 bB 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。設 bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。Cb桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造確定

19、，取。根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點詳圖（見圖11），從而確定節(jié)點板的尺寸為340×475mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為475mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差NNbc-Nab735.51-296.19439.32kN。驗算肢背焊縫的強度： 圖11：下弦節(jié)點“b”（2） 上弦節(jié)點“B”斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算：N=-555.36kN。設 “aB”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背：肢尖：取，。為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板

20、的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應力由下面計算得到：肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載。上弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm，則節(jié)點如圖:圖12：上弦節(jié)點“B” （3） 屋脊節(jié)點“J”弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。N=-1059.33kN。設肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長度為拼接角鋼的長度弦桿桿端空隙，拼接角鋼長度取540mm上弦與節(jié)點板間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應按上弦內(nèi)力的15%計算。設肢尖焊縫,節(jié)點板長度為500mm，節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為。焊縫應力為： 因屋架