中南大學(xué)自考本科-焊接鋼屋架設(shè)計計算書

1、中南大學(xué)高等教育自學(xué)考試 焊接鋼屋架設(shè)計計算書 ： 專業(yè):注：中南大學(xué)自考招生網(wǎng)：地址:湖南長沙市岳麓區(qū)麓山南路中南大學(xué)本部焊接鋼屋架設(shè)計目錄1.設(shè)計資料- 1 -2.結(jié)構(gòu)形式與布置- 1 -3.荷載計算- 1 -4.內(nèi)力計算- 3 -5.桿件設(shè)計- 4 -上弦桿- 4 -5.2.下弦桿- 6 -5.3.斜腹桿- 7 -5.4.豎桿- 9 -6.節(jié)點設(shè)計- 11 -桿件與節(jié)點板的連接焊縫- 11 -弦桿與節(jié)點的連接焊接- 12 -節(jié)點板計算- 16 -節(jié)點大樣圖.- 16 -7.屋架施工圖主要部分，及材料表- 17 -參考文獻- 18 -焊接鋼屋架設(shè)計 鋼屋架跨度為27m.屋架間距b=6m;屋

2、架支座高度Ho=2m,屋架坡度i=1/12；屋架上弦節(jié)間長度d=3m.6.0m,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板和卷材屋面(由二氈三油防水層，2cm厚水泥砂漿找平層及8cm厚的膨脹珍珠巖保溫層組成)。屋面坡度i=1/10.屋架選用梯形鋼屋架，跨中高度H=3.25m，屋架簡支在鋼筋混凝土柱頂上，上柱截面取為400mm400mm,混凝土標號為C20,當?shù)鼗狙簽?.7KN/.鋼材采用Q235，B級，焊條采用E43型，手工焊.教材建議學(xué)生根據(jù)荷載設(shè)計標準采用。所以查標準可以采用如上數(shù)據(jù) 屋架上弦平面利用屋面板，用埋固的小鋼板和上弦桿焊住，代替水平支撐，在屋架下弦平面的端部及兩側(cè)面端面布置水平及豎直支撐.設(shè)計

3、標準：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準(GB50017-2003);建筑結(jié)構(gòu)荷載標準(GB50009-2001).屋架計算跨度：lo=30m20.15m=29.7m.跨中及端部高度，此設(shè)計為無檁屋蓋方案，采用平板梯形屋架，取屋架在30 m軸線處的端部高度ho=2.0 m.屋架的中間高度h=3.25m.則屋架在29.7 m處，兩端的高度ho=2.0125m.屋架跨中起拱按lo/500考慮，取60mm.屋架形式及幾何尺寸附圖1所示根據(jù)廠房長度取84m60m,跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐，因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端 的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間，設(shè)水平支撐的規(guī)格與中間柱網(wǎng)的支撐的規(guī)格有所不同，在所有柱

4、間的上弦平面設(shè)置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載，在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于是屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支梯.梯形鋼屋架支撐布置附圖1所示.恒載標準值：防水層(二氈三油上鋪小石子)0.35KN/,沿屋面坡向分布。屋架自重(包括支撐)按經(jīng)驗公式計算活荷載標準值：雪載S=So(因屋面與水平面的傾角= arctan1/12=4.7615,故屋面積雪分布系數(shù)=1.0)風(fēng)載：因=4.7615，風(fēng)載體型系數(shù)=對屋面為吸力，故可不考慮風(fēng)載影響.荷載計算如表1表-1 荷載計算表荷載名稱計算式標準值kN/m2設(shè)計值kN/m2備注防水層二氈

5、三油上鋪小石子沿屋面坡向分布水泥砂漿找平層20mm厚20沿屋面坡向分布膨脹珍珠巖保溫層80mm厚沿屋面坡向分布預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板含灌縫沿屋面坡向分布屋架和支撐自重21沿水平分布恒載總和屋面均布活荷載沿水平面分布，計算中取二者中的較大值雪荷載可變荷載總和注：由于屋面坡度不大，對荷載的影響較小，未予考慮。風(fēng)荷載為吸力，重屋蓋可不考慮。荷載計算及匯總表設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：全跨永久荷載全跨可變荷載=(3.660.98)3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：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：=(1.68

6、0.540.98)3、為使用節(jié)點荷載情況.為施工階段荷載情況.屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖1所示.abc圖-1 屋架的計算簡圖由圖解法或數(shù)解法解得F=1的屋架的內(nèi)力系數(shù)F=1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)果如表2所示：表2 屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)F=1第一種組合第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力KN全跨左半跨右半跨上弦ABBCCDDEEF000000000下弦abbccd斜腹桿aBBbbDDccF豎桿AaCbEcFd00000屋架上弦桿除了承受軸心壓力外，尚承受節(jié)點間集中荷載而產(chǎn)生 的彎矩，其值為：在全跨恒載和全跨活載作用下，屋

7、架弦桿，豎桿和靠近支座斜桿的內(nèi)力均比較大，在屋架及支撐自重和半跨屋面板與活荷載作用下，靠近跨中的斜桿的內(nèi)力可能發(fā)生變號.按受力最大的弦桿設(shè)計，沿跨度全長截面保持不變。上弦桿EF為壓彎桿件：lox=3000mm,loy=1500mm( 由于上弦桿和屋面板埋設(shè)小鋼板并牢固焊接，可代替水平支撐，故上弦桿平面外的計算長度loy=1500mm)腹桿最大內(nèi)力N=620.55KN，查表得，中間節(jié)點板厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度選用14mm .設(shè)=90，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得=0.621，b類截面，則所需截面積為：A=需要的回轉(zhuǎn)半徑：=3000/90=33.3mm, 根據(jù)需要A，,查角鋼規(guī)格表，選

8、用216014,肢背間距a=12mm,則WW=4.92cm, =3000/49.2=61.0, 滿足長細比=0.801，則=143.52MPa215MPa按公式驗算彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性.查表得截面塑性發(fā)展系數(shù)=此處節(jié)間弦桿相當于兩端支撐有端彎矩和橫向荷載同時作用，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率的情況，根據(jù)標準等效彎矩系數(shù)=0.85.將以上數(shù)據(jù)代入下式驗算作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性;f=215N/對于這種T形截面壓彎桿件，還應(yīng)驗算截面另一側(cè)，即=f=215N/所以可保證弦桿彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性.按下式驗算彎矩作用平面外的穩(wěn)定性：=150，查表得對于雙角鋼T形截面的整體穩(wěn)定性系數(shù)：將以上數(shù)據(jù)代入下式驗算作整體穩(wěn)定

9、性 N/f=215N/所以可保證彎矩作用平面外的穩(wěn)定性.強度驗算.由于上弦桿兩端的彎矩比較大，同時W較小，因此，需按下式驗算節(jié)點負彎矩截面無翼緣一邊的強度；=114.96+86.13=201.09 N/f=215N/因BC，CD，DE的彎矩值和EFd 相同，而軸心力均小于EF，為了簡化制造工作，故用EF相同的截面尺寸而不必驗算。上弦桿AB，N=0，M=25.06KNm.=114.8 N/f=215N/按軸心拉桿設(shè)計，沿全長截面不變，截面采用等肢角鋼拼合，最大設(shè)計拉力；選用2100,可滿足要求。=3.03cm.，=350由于此屋架不受動力作用，故可反驗算在豎直平面內(nèi)的長細比.端斜腹桿aB因為，故

10、采用不等肢角鋼，長肢相并，使，選用216010010，則A=2，=5.14cm, =363.1/5.14=70.64, 滿足長細比=0.623，則=196.85MPa215MPa所選截面合適。 其它斜腹桿Bb：N=367.49KN,選用2806，則A=2，=2.47cm, =300/2.47=121.46, 滿足長細比=195.47MPa215MPa所選截面合適。bD: N=-213.81KN,選用2907，則A=2，=2.78cm, =325.6/2.78=117.12, 滿足長細比=0.453，則=193.57MPa215MPa所選截面合適。Dc: N=91.96KN,選用2805，則A=

11、2，=2.48cm, =325.6/2.48=117.12, 滿足長細比=150的要求，則=59.02MPa215MPa所選截面合適。cF: N=97.52KN,選用2805，則A=2，=2.48cm, =353.84/2.48=142.68, 滿足長細比=150的要求，則=186.84MPa215MPa所選截面合適。端豎桿AaN=-41.76KN,由于桿件內(nèi)力較小，按=150選擇=201.25/150=1.34cm, 查表，選截面的 ，較上述計算值略大，選用2634，則A=2，=1.96cm, =201.25/1.96=102.68, 滿足長細比=0.538，則=77.93MPa215MPa

12、所選截面合適。其它豎桿Cb: N=-83.52KN, 選用2634，則A=2，=1.96cm, =200/1.96=102.04, 滿足長細比=0.542，則=154.7MPa215MPa所選截面合適。Ec: N=-83.52KN, 選用2634，則A=2，=1.96cm, =240/1.96=122.45, 滿足長細比=0.425，則=197.31MPa215MPa所選截面合適。Fd：N=-1.67KN, 選用2634， =264.8/1.96=135.1, 顯然所選截面合適。綜上于表2如下：表2 各桿件內(nèi)力及截面選擇表桿件設(shè)計內(nèi)力計算長度cm截面形式和規(guī)格截面面積cm2截面抵抗矩W回轉(zhuǎn)半徑

13、cm長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力N/mm2名稱編號N(KN)M(KNm)上弦桿AB0300150216014BC300150216014CD300150216014DE300150216014EF300150216014下弦桿ab600600210012bc600600210012cd6001200210012斜腹桿aB216010010Bb3003752806bD4072907Dc4072805cF2805豎桿Aa2634Cb2002502634Ec2403002634Fd026032526340腹桿aB的最大設(shè)計壓力：N=-620.55KN，中間節(jié)點板厚采用t=12mm,支撐節(jié)點板厚度采用t=1

14、4mm，焊條采用E43型，角焊縫強度設(shè)計值=160N/。斜桿aB：N=-620.55KN，216010010，每個角鋼需要的焊縫面積：=當用長肢相拼，角鋼肢背和肢尖所需的焊縫面積各為：焊縫布置如下：肢背焊縫取=8cm，=22.5cm,采用24cm肢尖焊縫取=6cm，=16.17cm, 采用18cm除端斜桿外，其它桿件均為等肢角鋼，肢背和肢尖的焊縫面積各按0.7和0.3分配.計算結(jié)果見表4表4 桿件端部焊縫計算表桿件設(shè)計內(nèi)力KN角鋼尺寸每個角鋼所需的焊縫面積采用的焊縫尺寸mm肢背肢尖名稱編號斜桿aBBbbDDccF21601001028062907280528058666624020013080

15、8066666180100608080豎桿AaCbEcFd2634263426342634666670707070666670707070上弦桿AB021601461506150下弦桿ab21001282006120上弦節(jié)點“B”上弦肢背為塞焊接，節(jié)點板縮進角鋼背7mm，節(jié)點板厚度t=12mm，塞焊縫強度驗算：設(shè)焊角尺寸=t/2=12/2=6mm, =835mm N/0.8160=128N/弦桿肢尖角焊縫強度驗算：設(shè)焊角尺寸=6mm，=835mm. M=N100=78592KNmm=112.05 N/mm2=80.52 N/mm2130.04 N/mm2 (為160 N/mm2)滿足要求。由于

16、肢尖的焊縫hf也為6mm，也能滿足要求。屋脊節(jié)點“F” 拼接角鋼采用與上弦相同的截面2L16014。設(shè)兩者間的焊腳尺寸hf8mm，豎直肢應(yīng)切去t+hf+510+8+523 mm。按上弦桿力N995.56 kN計算拼接角鋼與上弦的焊縫，節(jié)點每側(cè)每條焊縫需計算長度為： mm拼接角鋼需要的長度為： L2lw+16+102277.8+16+20為保證拼接節(jié)點處的剛度取，L600 mm。 上弦與節(jié)點板間的槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，驗算與節(jié)點B處的槽焊縫方法類似，此處驗算過程略，上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫的計算長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫

17、的計算長度為：lw=(500/2-10-20)=220mm,焊縫應(yīng)力為：=48.49MPa.=132.23MPa.=118.74 MPa滿足強度要求.因屋架跨度很大，需將屋架分為兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置工地拼接，左半邊上弦，斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊接，而右半邊上弦，斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊接.下弦節(jié)點“b”焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差N945.45-493.6451.85KN，驗算肢背焊縫的強度：=角鋼肢背和肢尖所需的焊縫面積各為：焊縫布置如下：肢背焊縫取=6cm，=23.5cm,采用24cm肢尖焊縫取=6cm，=10.1cm, 采用12cm下弦與節(jié)點板的焊縫長度為

18、600mm，焊腳尺寸6mm，2 = 160 N/mm2滿足強度要求。肢尖的焊縫應(yīng)力同樣能滿足要求.豎桿下端應(yīng)伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點板滿焊。下弦中央拼接節(jié)點d 12，設(shè)與下弦的焊縫的焊腳尺寸hf8mm，豎直肢應(yīng)切去t+hf+510+6+521mm，節(jié)點一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計算長度為： 拼接角鋼需要的長度為： L2lw+16+102為保證拼接節(jié)點處的剛度取，L720mm。ed計算。取焊腳尺寸hf6mm，節(jié)點一側(cè)下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長度l1、l2分別為：mmmm節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的.支座節(jié)點“a”附圖8底板承受屋架的支座反力R10F/21083

19、.52/2417.6kN，柱采用C20混凝土，混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值fc2。為了將屋架中的支座反力較均勻地傳給混凝土柱頂，防止柱頂被壓壞，屋架支座節(jié)點的構(gòu)造除要有節(jié)點板外，還要有平板式支座底板和加勁肋，加勁肋的作用是分布支座處的壓力和提高節(jié)點板的側(cè)向剛度.支座節(jié)點處外端斜桿aB和下弦桿ab的軸線應(yīng)交于通過支座中心的豎線上，加勁肋對稱地布置在節(jié)點板兩側(cè)，而豎桿Aa內(nèi)力很小，布置時，對支座中心的豎線略有偏心，影響不大，為了便于施焊，下弦桿與支座底板之間的距離不應(yīng)小于下弦角鋼伸出肢的寬度，也不小于100150mm，現(xiàn)用120mm.底板需凈面積An為： =44000mm2錨栓直徑d20mm，栓孔面積為： A50402+2025257mm2底板需面積為 AsAn+A44000+525749257mm2按構(gòu)造要求底板面積取為A28028078400mm2As，滿足要求。底板承受的實際均布反力 2fc2節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊相同的兩相鄰邊支承板，它們對角線長度2及內(nèi)角頂點到對角線的距離b2分別為： 2mm，bb2/20.41，查得0.0434，兩相鄰邊支撐板單位板寬的最大彎矩為： Mq222所需底板厚度為tmm取t20mm實取底板尺寸為28028020.焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)