鋼結(jié)構(gòu)18m梯形屋架設(shè)計(jì)實(shí)例

1、 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目某廠房總長(zhǎng)度90m，跨度為18m，屋蓋體系為無檁屋蓋?？v向柱距6m。1. 結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，屋架下弦標(biāo)高為18m。2. 屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：Q345鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載（1）無檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以

2、m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載為0.7kN/m2屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.45kN/m2水泥砂漿找平層 0.7kN/m2保溫層 0.4 kN/m2(按附表取)預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kN/m2附 圖 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨單位荷載幾何尺寸作用下各桿件的內(nèi)力值 (c) 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布

3、置 根據(jù)車間長(zhǎng)度、屋架跨度和荷載情況，設(shè)置上、下弦橫向水平支撐、垂直 支撐和系桿，見下圖。因連接孔和連接零件上有區(qū)別，圖中給出W1、W2和W3 三 種編號(hào)（a）上弦橫向水平支撐布置圖 （b）屋架、下弦水平支撐布置圖 1-1、2-2 剖面圖 2.荷載計(jì)算三氈四油防水層 0.45 kN/m2 水泥砂漿找平層 0.7kN/m2 保溫層 0.4kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撐自重 0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷載總和 3.318kN/m2 活荷載 0.7kN/m2 積灰荷載 0.7kN/m2 可變荷載總和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，對(duì)荷載影響小，

4、未予以考慮。風(fēng)荷載對(duì)屋面為吸力，重屋面可不考慮。3.荷載組合 1.全跨永久荷載+全跨可變荷載 可變荷載效應(yīng)控制的組合： F=(1.2×3.318+1.4×0.7+1.4×0.9×0.7)×1.5×6=52.59kN永久荷載效應(yīng)控制的組合： F=(1.35×3.318+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×0.7)×1.5×6=54.43kN 故F=54.43KN 2.全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨永久荷載設(shè)計(jì)值： F1=1.35×3.318×

5、1.5×6=40.31kN 半跨可變荷載設(shè)計(jì)值： F2=(1.4×0.7+1.4×0.9×0.7)×1.5×6=16.76kN屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱桿件編號(hào)單位內(nèi)力作用時(shí)的內(nèi)力系數(shù)組合1組合2計(jì)算內(nèi)里全跨A左半跨B右半跨CF×AF1×A+F2×CF1×A+F2×B上弦AB0.000.000.000.000.000.000.00BC、CD-6.221-4.317-1.85-338.61-281.77-323.12-338.12DE、EF-8.993-5.636-3.357-489.4

6、9-417.15-345.23-489.49FG-9.102-4.551-4.551-495.42-443.18-443.18-495.42下弦ac3.4702.5370.933188.87155.51182.17188.87ce7.9625.3252.637433.37365.14410.20433.37eg9.2795.3123.967505.06441.64463.07505.06斜腹桿aB-6.502-1.754-1.748-353.90-291.39-291.49-353.90Bc4.7393.1581.581257.94217.53243.96257.94cD-3.382-1.86

7、2-1.520-184.08-161.80-167.54-184.08De1.8840.5401.344102.3298.4789.99102.32eF-0.6900.615-1.305-37.47-49.69-17.51-49.69Fg-0.462-1.6321.170-25.090.99-45.98-45.98豎桿Aa-0.5-0.50.00-27.16-20.16-28.54-28.54Cc-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Ee-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Gg0.8120.4060.40644.2039.5

8、439.5444.204. 截面選擇按腹桿最大內(nèi)力N=-353.9kN查表選用中間節(jié)點(diǎn)板厚度t=10mm，荷載支座節(jié)點(diǎn)板厚度t=12mm。 1. 上弦 整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)里計(jì)算： 假定=60,對(duì)于雙角T形鋼，當(dāng)繞x.y軸失穩(wěn)時(shí)屬于類b截面，由附表查得 x= 0.735 ，需要的截面幾何量： A=N/minf=4954.2 / (0.735×310)=21.74cm² ix=lox/=150.75/90=2.51cm iy=loy/=300/90=5.0cm 由附表選用2L80×10,A=30.26cm²,ix=2.42cm,iy=3.74cm

9、x=lox/ix=150.75/2.26=62.290 y=loy/iy=300/3.54=80.21<=150 雙角T鋼型截面繞對(duì)稱軸（y）軸應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比yz b/t=8.0<0.58loy/b=21.75,故按下式計(jì)算 yz=y（1+0.475b/loy²t²）=81.194>y 故由max=yz=81.94，按b類查附表得=0.553 =N/A=4954.2/(0.632×30.26)=296.06N/mm²<f=310N/mm²因截面無孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定填板每

10、個(gè)節(jié)間放一塊（滿足l1范圍內(nèi)不少于兩塊）,la=75.38cm<40i=40×2.42=96.8cm 2.下弦 下弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算：Nmax=505.06kN,lox=300cm,loy=900cm，連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100cm(eg節(jié)間)，可不考慮螺栓孔削弱。需要的截面幾何量： A=N/f=5050.6/310=16.29cm² ix=lox/=300/350=0.86cm iy=loy/=1500/350=2.57cm由附表選用2L75×7，A=20.26cm²,ix=2.30cm,iy=3.47cm x=l

11、ox/ix=300/2.30=130.43<=350 y=loy/iy=900/3.47=259.37<=350 =N/A=249.29N/mm²<f=310N/mm²填板每個(gè)節(jié)間放一塊，l1=150cm<80i=80×2.30=184cm 3.斜腹桿 （1）桿件aB:N=-353.90kN,lox=loy=253.0cm 假設(shè)=80，對(duì)于雙角T形鋼，當(dāng)繞x.y軸失穩(wěn)時(shí)屬于類b截面，由附表 查得x= 0.574 ，需要的截面幾何量： A=N/minf=3539.0 / (0.574×310)=19.82cm² ix=lo

12、x/=253.0/80=3.16cm iy=loy/=3.16cm 由附表選用2L100×6,A=23.86cm²,ix=3.10cm,iy=4.44cm x=lox/ix=253.0/3.10=81.61<=150 y=loy/iy=253.0/4.44=56.98 雙角T鋼型截面繞對(duì)稱軸（y）軸應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比yz b/t=16.7<0.58loy/b=14.67,故按下式計(jì)算 yz=3.9×b(1+loy²×t²/18.6b)/t=71.20<x 故由max=x=81.61，按b類查附表得=0.563 =

13、N/A=3539.0/(0.563×23.86)=263.45N/mm²<f=310N/mm² 因截面無孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗(yàn)算局 部穩(wěn)定填板放兩塊,la=84.30cm<40i=40×3.1=124cm (2)桿件Bc:N=257.94kN,lox=0.8l1=0.8/×261.3=209.04cm,loy=261.3cm 需要的截面幾何量： A=N/f=2579.4/310=8.32cm² ix=lox/=209.04/350=0.60cm iy=loy/=261.3/350=0.75cm

14、 由附表選用2L63×4，A=9.96cm²,ix=1.96m,iy=2.94cm x=lox/ix=209.04/1.96=106.65<=350 y=loy/iy=261.3/2.94=88.88<=350 =N/A=258.98N/mm²<f=310N/mm² 填板放兩塊，l1=87.1cm<80i=80×1.96=156.8cm.（3）桿件Ee:N=-50.07kN,lox=0.8l1=0.8×259.0=207.20cm,loy=259.0cm。內(nèi)里較小 可按選擇截面，需要的截面幾何量： ix=lox

15、/=207.20/150=1.38cm iy=loy/=259.0/150=1.73cm 由附表選用2L50×6,A=11.38cm²,ix=1.51cm,iy=2.48cm x=lox/ix=207.20/1.51=137.22<=150 y=loy/iy=259.0/2.21=104.44<=150 雙角T鋼型截面繞對(duì)稱軸（y）軸應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比yz b/t=8.33<0.58loy/b=29.93,故按下式計(jì)算 yz=y（1+0.475b/loy²t²）=105.72<x 故由max=x=137.22，按b類查附表得=

16、0.260 =N/A=500.7/(0.260×11.38)=166.04N/mm²<f=310N/mm² 因截面無孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋制鋼翼緣和腹板，可不驗(yàn)算局 部穩(wěn)定填板放四塊,la=51.8cm<40i=40×1.51=55.2cm 其余桿件截面選擇見表，注意連接垂直支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜 平面計(jì)算長(zhǎng)度lo=0.9l,其他腹桿除Aa外，lox=0.8l. 物價(jià)桿件截面選用表 桿件名稱桿件號(hào)內(nèi)里設(shè)計(jì)值（kN）計(jì)算長(zhǎng)度(cm)所用截面截面積(cm²）計(jì)算應(yīng)力(N/mm²)容許長(zhǎng)細(xì)比桿件端部的角鋼肢背

17、和肢尖焊縫填板數(shù)loxloy上弦FG-495.42150.75300.002L80×1028.26274.35150_每節(jié)間1下弦eg505.06300.001500.02L75×720.26249.29350 _每節(jié)間1 斜腹桿aB-353.90253.0253.02L100×623.86263.451506-1604-1202Bc257.94209.04261.302L63×49.96258.983504-1704-902cD-184.08229.12286.402L90×621.28169.281506-904-703De102.3222

18、9.12286.402L30×44.56224.363504-704-403eF-49.69249.92312.402L56×816.74130.761506-404-304Fg-45.98249.92312.402L56×816.74121.01506-404-304豎桿Aa-28.54199.0199.02L45×610.16121.081506-404-303Cc-57.07183.2229.02L45×610.16209.591506-404-303Ee-57.07207.20259.02L50×611.38166.04150

19、6-404-304Gg44.20289×0.9=260.136×56.7665.382006-404-3035.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)”c”先算腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：Bc桿肢背及肢尖的焊縫的焊腳尺寸取hf1=hf2=4mm，則所需的焊縫長(zhǎng)度（考慮起滅弧缺陷）： 肢背 lw1=257940/(3×0.7×4×200)+2×4= 161.54mm,用170mm; 肢尖 lw2=257940/(6×0.7×4×200)+2×4=84.77mm,用90mm. 腹桿Cc和cD的桿端焊縫同理計(jì)算，其次

20、驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫，內(nèi)力差 N=Nce-Nac=433.37-188.87=244.5kN75.76kN .由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點(diǎn)板量得節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度是52.0cm,角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw=52.0-1.2=50.8cm,采用hf=6mm,肢背焊縫應(yīng)力為： 1=244500/(3×0.7×6×508)=38.20N/mm²<ff=200N/mm² 下線節(jié)點(diǎn)“c”（2）上線節(jié)點(diǎn)“B” 腹板aB,Bc的桿端焊縫計(jì)算同上。這里驗(yàn)算上線與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：節(jié)點(diǎn) 板縮進(jìn)8mm 肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載： Q=54.43kN,hf=t/2=5mm

21、,lw1=lw2=48.0-1.0=47.0cm =54430/(2×0.7×5×470)=16.55N/mm²<ff=1.22×200=244N/mm² 肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差N=NAB-NBC=338.12-0=338.12kN74.31kN,偏 心距e=8-2.5=5.5cm偏心力矩M=Ne=338.12×5.5=18.60kN·m,采用 hf=10mm,則 對(duì)N：=338120/(2×0.7×10×508)=47.54N/mm² 對(duì)M：f=6M/(2×

22、he×lw²)=6×18600000/(2×0.7×10× 508²)=30.89N/mm² 則焊縫強(qiáng)度為：（f/f）²f²=53.86N/mm²<ff=200N/mm 上弦節(jié)點(diǎn)“B” （3）屋脊節(jié)點(diǎn)“G”腹桿桿端焊縫計(jì)算從略。弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫受力不大，按構(gòu)造要求決定焊縫尺寸，可不計(jì)算。這里只進(jìn)行拼接計(jì)算，拼接角鋼采用與上弦桿相同截面2L80×10，除倒棱外，豎肢需切去=t+hf+5=10+10+5=25mm,按上線坡度熱彎。拼接角鋼與上弦連接焊縫在接頭一側(cè)的總長(zhǎng)度

23、（設(shè)hf=10mm） lw=N/(0.7hf×ff)=353.87mm 共四條焊縫，認(rèn)為平均受力，每條焊縫實(shí)際長(zhǎng)度： lw=353.87/4+20=108.47mm 拼接角鋼總長(zhǎng)度為： l=2lw+20=236.94mm 600mm取拼接角鋼長(zhǎng)度為600mm. 屋脊節(jié)點(diǎn)“a”（4） 支座節(jié)點(diǎn)“a” 支座節(jié)點(diǎn)“a”桿端焊縫計(jì)算從略，以下給出底板等的計(jì)算底板計(jì)算支反力Rd=327.18kN，混凝土強(qiáng)度C30，fc=14.3N/mm²,所需底板凈面積： An=327180/14.3=22879.72mm²=228.80cm²錨栓直徑取d=25mm,錨栓孔直徑為

24、50mm,則所需底板毛面積： A=An+Ao=228.80+2×4×5+3.14×5²/4=2580.43cm²按構(gòu)造要求采用地板面積為a×b=28×28=784cm²>280.43cm²,墊板采用-100×100×12，孔徑26mm,實(shí)際底板凈面積為: An=784-2×4×5-3.14×5²/4=724.4cm²底板實(shí)際應(yīng)力： q=3271.8/724.4=4.52N/mm² a1=(14-0.5)²+(14-0.6)²=18.92cm b1=13.5×13.4/18.92=9.45cm b1/a1=9.45/18.92=0.50,查表得=0.056，則： M=qa²=0.056×4.52×189.2²=9060.85N·mm 所需底板厚度： t6Mmax/f=6×9060.85/205=16.28mm 用t=18mm,底板尺寸為280×