18m跨廠房普通鋼屋架設(shè)計

課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理設(shè)計題目：某梯形鋼屋架設(shè)計專業(yè)層次：土木工程〔本科〕班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：2014年12月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1、設(shè)計資料11.1結(jié)構(gòu)形式11.2屋架形式及選材11.3荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔水平投影面計〕12、支撐布置22.1桁架形式及幾何尺寸布置22.2桁架支撐布置如圖33、荷載計算44、內(nèi)力計算55、桿件設(shè)計75.1上弦桿75.2下弦桿85.3端斜桿aB95.4腹桿95.5豎桿145.6其余各桿件的截面166、節(jié)點設(shè)計176.1下弦節(jié)點“c”176.2上弦節(jié)點“B”186.3屋脊節(jié)點“H”196.4支座節(jié)點“a”216.5下弦中央節(jié)點“h”23參考文獻(xiàn)25圖紙251、設(shè)計資料1.1、結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為18m，總長90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t〔中級工作制〕，鍛錘為2臺5t。1.2、屋架形式及選材屋架跨度為18m，屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：設(shè)計方案采用Q345鋼，焊條為E50型。1.3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔水平投影面計〕靜荷載：預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板〔包括嵌縫〕1400N/m2二氈三油加綠豆沙防水層400N/m2水泥砂漿找平層2cm厚400N/m2保溫層1000N/m2支撐自重70N/m2活荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：700N/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：400N/m22、支撐布置2.1桁架形式及幾何尺寸布置如下列圖2.1、2.2、2.3所示圖2.118米跨屋架幾何尺寸圖2.218米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖2.318米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2.2桁架支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計任務(wù)書中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房內(nèi)有橋式吊車2臺150/30t(中級工作制)，鍛錘為2臺5t，布置下弦縱向水平支撐。符號說明：SC上——上弦支撐；XC——下弦支撐；CC——垂直支撐;GG——剛性系桿；LG——柔性系桿3、荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載值：預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板： 1.005×1.4=1.407kN/m2二氈三油加綠豆沙防水層： 1.005×0.4=0.402kN/m2水泥砂漿找平層2cm厚： 1.005×0.4=0.402kN/m2保溫層： 1.005×1=1.005kN/m2屋架及支撐自重：0.12+0.011×21=0.351kN/m2共 3.567kN/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔大于雪荷載〕： 0.7kN/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.4kN/m2共1.1kN/m2設(shè)計桁架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：3.1、全跨靜荷載+全跨活荷載(按活荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點活荷載設(shè)計值：F=〔1.35×3.567+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×0.4〕×1.5×6=54.05kN其中屋面活荷載分享系數(shù)為1.4組合系數(shù)為0.7；時機(jī)荷載為1.4；3.2、全跨靜荷載+半跨活荷載全跨節(jié)點靜荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F1.1=1.35×3.567×1.5×6=44.34kN(按靜荷載為主的組合)F1.2=1.2×3.567×1.5×6=38.52kN/(按活荷載為主的組合)對結(jié)構(gòu)有利時：F1.3=1.0×3.567×1.5×6=32.10kN半跨節(jié)點活荷載設(shè)計值：F2.1=1.4×〔0.7×0.7+0.9×0.4〕×1.5×6=7.65KN(按靜荷載為主的組合)F2.2=1.4×〔0.7+0.9×0.4〕×1.5×6=9.54KN(按活荷載為主的組合)3.3、全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載(按可變荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F3.1=1.2×0.351×1.5×6=3.79kN對結(jié)構(gòu)有利時：F3.2=1.0×0.351×1.5×6=3.16kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值：F4=〔1.2×1.4+1.4×0.7〕×1.5×6=23.94kN3.1、3.2為使用階段荷載情況，3.3為施工階段荷載情況。4、內(nèi)力計算F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)〔F=1作用于全跨、左半跨和右半跨〕已經(jīng)給出。求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計算結(jié)果見表4.1。表4.1桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)〔F=1〕內(nèi)力組合計算桿件內(nèi)力/kN全跨左半跨荷載第一種組合F×①第二種組合第三種組合左半跨右半跨F1.i×①+F2.i×②F1.i×①+F2.i×③F3.i×①+F4×②F3.i×①+F4×③上弦桿AB000000000BC,CD-7.472-5.310-2.162-493.750-493.750DE,EF-11.262-7.339-3.923-744.193-744.193FG，GH-12.180-6.861-5.319-804.854-804.854下弦桿ac4.1003.0101.090270.928270.928ce9.7443.6633.081643.884643.884eg11.9627.3264.636790.449790.449gh11.7685.8845.884777.629777.629斜腹桿aB-7.684-5.641-1.748-507.759-507.759Bc5.8083.9601.581383.793383.793cD-4.409-2.633-1.520-291.347-291.347De2.7921.2221.344184.495184.495eF-1.572-0.047-1.505-102.556-102.556Fg0.328-1.0391.36721.674-7.53〔F1.1,F2.1〕43.41〔F1.1,F2.2〕-25.13〔F3.2,F4〕34.17〔F3.1,F4〕43.41,-25.13gH0.7131.913-1.20047.11577.269〔F1.2,F2.2〕3.516〔F1.2,F2.1〕48.499〔F3.1,F4〕-26.48〔F3.2,F4〕77.269,-26.48豎桿Aa-0.500-0.5000.000-33.04-33.04Cc-1.000-1.0000.000-66.08-66.08Ee-1.000-1.0000.000-66.08-66.08Gg-1.000-1.0000.000-66.08-66.08Hh000005、桿件設(shè)計5.1上弦桿整個上弦架采用等截面，按FG、GH桿件之最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。上弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。阂驗?，故截面宜采用兩個不等肢角鋼，短肢相并〔圖5.1〕腹桿最大內(nèi)力N=553.248kN，查表9.6.4，節(jié)點版厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度用12mm。設(shè)λ=60查附錄4得。需要截面積：需要的回轉(zhuǎn)半徑：，根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表〔附錄8〕，選用，，，，，按所選角鋼進(jìn)行驗算：滿足長細(xì)比的要求。截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于，只要求，查表得。所需截面適宜5.2下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按eg桿最大設(shè)計值計算。，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得所需截面積：根據(jù)所需截面積查表選用，不等肢角鋼，短肢相并〔圖5.2〕。，，考慮下弦有有2φ21.5mm的栓孔削弱，下弦凈截面面積：所需截面適合。5.3端斜桿aB桿件軸力：計算長度lox=loy=253cm。因為lox=loy，故采用不等邊角鋼，長肢相并，使ix=iy。設(shè)λ=70，查附錄4得，需要的回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表，選用2L140×90×8A=36.08cm2iy=3.63cmix=4.50cm，滿足長細(xì)比要求，截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于，只求，查附錄4，得，所選截面適宜。5.4腹桿5.4.1Bc桿〔圖5.4.1〕桿件軸力：所需截面積：桿件計算長度：，選用2L75×6等邊角鋼，，，滿足長細(xì)比的要求。5.4.2cD桿〔圖5.4.2〕桿件軸力：計算長度：，設(shè)λ=100查附錄4得,選用2L75×8，，，由于，只求，查附錄4，得所選截面滿足。5.4.3De桿〔圖5.4.3〕桿件軸力：所需截面積：桿件計算長度：，選用2L50×5等邊角鋼，，，滿足長細(xì)比的要求。所選截面滿足。eF桿〔見圖5.4.4〕軸力：設(shè)λ=100查附錄4得選用2L70×5等邊角鋼，，，，由于，只求，查附錄4，得，所選截面滿足。5.4.5Fg桿〔見圖5.4.5〕設(shè)λ=100查附錄4得選用2L70×5等邊角鋼〔見圖4.7，與eF桿一樣，為了使角鋼型號不要太多，偏于平安選擇已有型號相近的角鋼，以下有很多這種情況，并非不懂得選擇經(jīng)濟(jì)截面〕，，，由于，只求，查附錄4，得，拉應(yīng)力：所選截面滿足。5.4.6gH桿，設(shè)λ=100查附錄4得選用2L70×5等邊角鋼，，，，由于，只求，查附錄4，得，拉應(yīng)力：所選截面滿足。5.5豎桿〔圖5.5〕各個豎桿采用同類截面，按Gg桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。，內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，查型鋼表，選截面和較上述計算的和略大些。選用2L63×5〔見圖5.5〕，，，由于，只求，查附錄4，得，所選截面滿足。5.6其余各桿件的截面表5.1桿件截面選擇表桿件計算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2計算長度/cm回轉(zhuǎn)半徑/cm長細(xì)比容許長細(xì)比[λ]穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力σ/(N/mm2)名稱編號上弦FG，GH-876.962L160×100×1050.63150.75452.254.977.7030.3362.711500.815179.02下弦eg861.2642L125×80×1039.42300.00750.003.986.1175.38122.75350205.42斜腹桿aB-553.2482L140×90×836.080253.0253.04.503.6356.2269.701500.753Bc418.1762L75×617.59209.04261.302.313.4590.4975.74350215.00cD-317.4482L75×823.01229.12286.402.283.50100.4984.171500.552209.35De201.0242L50×59.61229.12286.401.352.45169.72116.90350115.22eF-111.7442L70×513.75249.92312.402.163.24115.70100.931500.460149.89Fg44.2832L70×513.75249.92312.402.163.24115.70100.931500.46037.69-23.837gH77.3242L70×513.75271.2339.002.163.24125.56108.781500.40847.19-26.475豎桿Aa-36.0002L63×512.286159.2199.001.943.0481.9765.461500.68136.04Cc-72.0002L63×512.286183.20229.001.943.0494.4375.321500.59183.06Ee-72.0002L63×512.286207.20259.001.943.04106.8085.201500.51295.88Gg-72.0002L63×512.286231.2289.001.943.04119.1898.471500.441119.296、節(jié)點設(shè)計6.1下弦節(jié)點“c”〔圖6.1〕各類桿件的內(nèi)力由表4.1查得。這類節(jié)點的設(shè)計步驟是：先根據(jù)復(fù)桿的內(nèi)力計算與復(fù)桿與節(jié)點版連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點版的形狀與尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點版的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，那么所需的焊縫長度為：設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，那么所需的焊縫長度為：“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為34cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.2上弦節(jié)點“B”(圖6.2)Bc桿〔2L75×5〕與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“c”相同。即肢背，肢尖aB〔2L100×80×10〕桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算,設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，那么所需的焊縫長度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：上弦與節(jié)點板間焊縫長度為400mm。節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽肯定是平安，可不必驗算。肢尖焊縫驗算如下：滿足要求。6.3屋脊節(jié)點“H”〔圖6.3〕弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一局部寬度。拼接角鋼的這局部削弱，可以靠節(jié)點板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)焊縫，那么所需焊縫計算長度〔一條焊縫〕：拼接角鋼的長度取。上弦與節(jié)點板之間的槽焊，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(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點板長度為40cm，那么節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為，焊縫應(yīng)力為：因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊縫。腹桿Hg與節(jié)點板的連接焊縫的計算長度與以上幾個節(jié)點相同。6.4支座節(jié)點“a”〔圖6.4〕為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為12mm。6.4.1支座底板的計算支座反力：支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm×350mm，如僅考慮有加勁肋局部的底板承受支座反力，那么承壓面積為280×180mm2=50400mm2。驗算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中，為混凝土強(qiáng)度設(shè)計值，對C30混凝土，底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：式中，為底板下的平均應(yīng)力：為兩支承邊之間的對角線長度：β為系數(shù)，由b1/a1查表而定，b1為兩支承邊的相交點到對角線a1的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得：，查表得β=0.050底板厚度：根據(jù)構(gòu)造要求，桁架跨度，，取。6.4.2加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算與牛腿焊縫相似。偏于平安的假定一個加勁肋的受力為桁架支座反力的1/4，即：那么焊縫內(nèi)力為：，設(shè)焊縫，焊縫計算長度，那么焊縫應(yīng)力為：6.4.3節(jié)點板、加勁肋與底板的連