18m跨三角形鋼桁架課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)題目18m跨三角形鋼桁架二、設(shè)計(jì)資料1、某單層輕型工業(yè)廠房，平面尺寸18m×90m，柱距6m，柱高6m，采用三角形鋼屋架，跨度18m，屋面坡度i=1/3,屋面防水材料為波形彩鋼瓦+50厚玻纖棉+鋼絲網(wǎng)鋁箔，冷彎薄壁C型鋼檁條，檁條斜距1.555m，支撐布置自行設(shè)計(jì)，無(wú)吊車(chē)。采用鋼筋混凝土柱，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，鋼屋架與柱鉸接，柱截面尺寸400×600mm；使用溫度-5攝氏度以上，地震烈度8度，連接方法及荷載性質(zhì)，按設(shè)計(jì)規(guī)范要求。屋架軸線圖及桿件內(nèi)力圖見(jiàn)圖。2、荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下：（1）、永久荷載（沿屋面分布）屋面防水結(jié)構(gòu)+檁條 0.2KN/m2鋼屋架及支撐等自重 0

2、.35KN/m2（2）、可變荷載屋面活荷載（按水平投影）0.50KN/m2基本風(fēng)壓（地面粗糙度為B類(lèi)）0.80KN/m2三、要求設(shè)計(jì)內(nèi)容1、屋蓋結(jié)構(gòu)布置2、屋架桿件內(nèi)力計(jì)算和組合3、選擇桿件截面型號(hào)，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)4、繪制施工圖四、課題設(shè)計(jì)正文（一）屋蓋結(jié)構(gòu)布置：上弦節(jié)間長(zhǎng)度為兩個(gè)檁距，有節(jié)間荷載。上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端及伸縮縫處的第一開(kāi)間內(nèi)，并在相應(yīng)開(kāi)間屋架跨中設(shè)置垂直支撐，在其余開(kāi)間屋架下弦跨中設(shè)置一道通長(zhǎng)的水平系桿。上弦橫向水平支撐在交叉點(diǎn)處與檁條相連。上弦桿在屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度等于其節(jié)間幾何長(zhǎng)度；下弦桿在屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度為屋架跨度的1/2。具體支撐布置如下圖： （二）、屋架桿件

3、內(nèi)力計(jì)算和組合1、荷載組合：恒載+活荷載；恒載+半跨活荷載2、上弦的集中荷載及節(jié)點(diǎn)荷載如下圖： 上弦集中荷載及節(jié)點(diǎn)荷載表荷載形式荷載分類(lèi)集中荷載（設(shè)計(jì)值）P丿/KN節(jié)點(diǎn)荷載（設(shè)計(jì)值）P=2 P丿/KN備 注恒載5.8411.68P丿=1.2×0.55×1.555×3/10×6=5.84KN活荷載6.2012.4P丿=1.4×0.5×1.555×3/10×6=6.20KN恒載+活荷載12.0424.08P丿=5.84KN+6.20KN=12.04KN3、上弦節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值如圖所示。（1）按照規(guī)范可知風(fēng)荷載體形系數(shù)：

4、背風(fēng)面-0.5；迎風(fēng)面-0.5 （2）上弦節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載為：W=1.4×（-0.5）×0.8×1.556×6=-5.228KN4、內(nèi)力計(jì)算（1）桿件內(nèi)力及內(nèi)力組合如下表：（2）上弦桿彎矩計(jì)算。端節(jié)間跨中正彎矩為M1=0.8M0=0.8×P丿l=0.8（1/4×12.04kNm×3/10×1.555m）=3.553kNm中間節(jié)間跨中正彎矩和中間節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩為M2=0.6M0=0.6×1.862kNm=1.1172kNm（三）桿件截面選擇、設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)（1）上弦桿截面 整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。桿1內(nèi)力N=-

5、175.6kN，M1x=1.49kNm，M2x=1.117kNm。選用270×6,A=16.32cm2,W1x=38.74cm3，W2x=14.96cm3。ix=2.15cm，iy=3.11cm。長(zhǎng)細(xì)比 x=<=150y=<=150<0.58×=0.58×=12.9yz=由x y查表得（b類(lèi)截面）， 塑性系數(shù) 1) 彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性。此端節(jié)間弦桿相當(dāng)于規(guī)范中兩端支承的桿件，其上作用有端彎矩和橫向荷載并為異號(hào)曲率的情況，故取等效彎矩系數(shù)用跨中最大正彎矩驗(yàn)算，代入公式得對(duì)于這種組合T形截面壓彎桿，在彎矩的效應(yīng)較大時(shí)，可能在較小的翼緣一側(cè)因受拉塑

6、性區(qū)的發(fā)展而導(dǎo)致構(gòu)件失穩(wěn)，補(bǔ)充驗(yàn)算如下：=6.3N/mm2<f=215N/mm2顯然另一側(cè)不控制構(gòu)件平面內(nèi)的失穩(wěn)。故平面內(nèi)的穩(wěn)定性得以保證。2）彎矩作用平面外的穩(wěn)定性。由于 ，所以梁的整體穩(wěn)定系數(shù)可由下式計(jì)算等效彎矩系數(shù)。用跨中最大正彎矩驗(yàn)算，代入公式得=166.2N/mm2<f=215N/mm2根據(jù)支撐布置情況，可知上弦節(jié)點(diǎn)處均有側(cè)向支承以保證其不發(fā)生平面外失穩(wěn)。因此，可不必驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)處的平面外穩(wěn)定，只需驗(yàn)算其強(qiáng)度。3）強(qiáng)度驗(yàn)算。上弦節(jié)點(diǎn)2處（見(jiàn)節(jié)點(diǎn)編號(hào)圖）的彎矩較大，且W2x又比較小，因此截面上無(wú)翼緣一邊的強(qiáng)度，按下式驗(yàn)算（An=A） （2）下弦桿截面 下弦桿也不改變截面，按最大

7、內(nèi)力計(jì)算。桿7的軸心力選用256×4,A=8.78cm2 ix=1.73cm，iy=2.52cm。長(zhǎng)細(xì)比 x=<=400y=<=400強(qiáng)度驗(yàn)算 （3）腹桿截面 桿10內(nèi)力N=-13.54kN。選用36×4，A=2.756cm2，iy=0.7cm。長(zhǎng)細(xì)比 y=<=200<0.54×=0.54×=14.9yz=<=200由x y查表得（b類(lèi)截面）， 上式中0.812為單面連接單角鋼的折減系數(shù)。上述計(jì)算也可采用表格形式進(jìn)行?，F(xiàn)將上述計(jì)算以及其他腹桿的計(jì)算一并列如下表：屋架桿件截面選用表?xiàng)U件名稱(chēng)桿件編號(hào)內(nèi) 力計(jì)算長(zhǎng)度/截面規(guī)格/長(zhǎng)細(xì)

8、比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力/N/mm2N/kNM1/kN·ml0xl0yxx(yz)M2/kN·m上弦桿1-418.753.55 2.665155.5155.5280×863.743.8（56.6）0.9370.8250.915199.4下弦桿7397.32245.8885250×88325.08245.8885250×49216.72393.4885250×4228351腹桿10-32.270.9×110=99250×4430.3410.294113.211-68.630.8×156=124156250

9、5;4138104（105）0.353124.31272.240.8×246=197246280×8219165.143.513108.36246492250×427333076.414180.6246492250×4273330121.3150.000.9×295=266+50×41934、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)編號(hào)如圖所示。（1） 一般桿件連接焊接 設(shè)焊縫厚度hf=4,焊縫長(zhǎng)度可由公式計(jì)算列于下表。（2） 節(jié)點(diǎn)“1”1） 支座底板厚度。支座底板尺寸如圖7-40所示。支座反力為R =6P+1.15×1.74×6=6

10、5;10.098kN1.15×0.74×6kN=65.69kN屋架桿件連接焊縫表?xiàng)U件名稱(chēng)桿件編號(hào)桿件內(nèi)力/KN肢背焊縫肢尖焊縫備 注下弦桿7166.621504704 焊縫長(zhǎng)度已考慮施焊時(shí)起弧或落弧的影響；桿件10的焊縫，已按規(guī)范規(guī)定考慮了焊縫強(qiáng)度折減系數(shù)0.85腹 桿10-13.5445445411-28.784544541230.294544541345.445044541475.74754454設(shè)a=b=12cm，a1=1.414×12cm=16.9cm， b1=a1/2=8.45cm底板的承壓面積為An=24cm×24cm-3.14×4

11、cm2-2×4cm×5cm=523cm2 板下壓應(yīng)力為b1/a1=0.5，查表得則所需底板厚度為t2） 支座節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫。設(shè)hf=8mm，lw=（240-10）mm×2+（120-4-10-10）mm×4=844mm，按下式計(jì)算 支座節(jié)點(diǎn)板與加勁助的連接焊縫厚度計(jì)算從略。 3） 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。N=175.6kN，設(shè)焊縫厚度為4mm，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw=（160+360-10）=510mm，如圖所示：假定桿件軸心力N全由角鋼肢尖焊縫傳遞，并考慮傳力的偏心影響，其中偏心矩e=（70-20）=50mm則（3）節(jié)點(diǎn)2、3如圖所示，節(jié)點(diǎn)荷載P假

12、定由角鋼肢背的塞焊縫承受，按構(gòu)造要求節(jié)點(diǎn)板較長(zhǎng)，故焊縫強(qiáng)度可以滿足，計(jì)算從略。節(jié)點(diǎn)兩側(cè)上弦桿軸心力之差，假定由角鋼肢尖焊縫承受，并考慮偏心力矩的影響，計(jì)算結(jié)果如下表所示：節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)節(jié)點(diǎn)號(hào)上弦節(jié)點(diǎn)1162.88175.612.724501201.2243.21602166.01169.253.244505301.221.21160（4）節(jié)點(diǎn)4，如下圖所示，節(jié)點(diǎn)荷載P，假定由角鋼肢背的塞焊縫承受，同上按構(gòu)造要求考慮，即可滿足，計(jì)算從略。1）上弦桿拼接角鋼的連接焊縫以該節(jié)點(diǎn)的最大軸力N計(jì)算。設(shè)hf=4mm，則有2）上弦桿角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫以上述軸心力的15%按下式計(jì)算。設(shè)hf=4mm=50mm，l丿m按構(gòu)造要求為220mm，取lw=（220