土木工程梯形鋼屋架課程設計

1、單層工業(yè)廠房屋蓋結構梯形鋼屋架設計1.設計資料：11由設計任務書的已知條件：某地一機械加工車間，長102m，跨度30m，柱距 6m，車間內設有兩臺40/10t中級工作制橋式吊車，軌頂標高18.5m，柱頂標高27m，地震設計烈度7度。采用梯形鋼屋架，封閉結合，1.56m預應力鋼筋混凝土大型屋面板（1.4），上鋪100mm厚泡沫混凝土保溫層（容重為1），三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層（0.4），找平層2cm厚（0.3），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡支與鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級c20，上柱截面400400mm。鋼筋選用q235b，焊條采用e43型。屋面活荷載標準值0.7，積灰荷載標準值

2、0.6，雪荷載為：0.35，風荷載為：0.45。1.2屋架計算跨度：1.3跨中及端部高度：本題設計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m軸線處的端部高度，屋架的中間高度：（為），則屋架在29.7處，兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。2.結構形式與布置：屋架形式及幾何尺寸如圖所示：圖1.梯形鋼屋架形式和幾何尺寸 根據(jù)廠房長度（102m60m）、跨度及荷載情況，設置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設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

3、跨中及端部設置了柔性系桿，以傳遞山墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖下圖所示：圖2.桁架上弦支撐布置圖桁圖3.架下弦支撐布置圖圖4.垂直支撐1-1圖5.垂直支撐2-2sc-上弦支撐；xc-下弦支撐；cc-垂直支撐；gc-剛性系桿；lg-柔性系桿3.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 1 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1.41.41.351.

4、89三氈四油防水層0.40.41.350.54找平層（厚2cm）0.30.31.350.40510mm厚泡沫混凝土保溫層0.10.11.350.35屋架和支撐自重0.117+0.01130=0.4470.4471.350.603永久荷載總和2.6473.573屋面活荷載0.70.71.40.98積灰荷載0.60.61.40.84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：3.1.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載：3.2.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：3.3.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

5、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。4.內力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖所示： 圖6.屋架計算簡圖由圖解法或數(shù)解法解得f1的屋架各桿件的內力系數(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力進行組合，計算結果見桿件名稱內力系數(shù)（f=1）第一種組合f第二種組合第三種組合計算桿件內力（kn）全跨左半跨右半跨+上弦abbc、cdde、effg、ghhiij、jk0-11.35-18.19-21.53-22.36-22.730-8.49-13.08-14.62-13.98-14.39-0.01-3.45-6.2

6、5-8.46-10.25-10.200-542.31-869.14-1028.72-1068.38-1086.060-504.05-799.19-931.82-948.02-966.64-0.17-421.49-687.31-830.92-886.93-898.010-280.89-436.57-494.47-482.45-495.05-0.26-150.71-260.16-335.37-386.11-386.82-0.26-542.31-869.14-1028.72-1068.38-1086.06下弦abbccddeef6.3315.3620.2122.1221.234.8411.3014.

7、1414.4411.681.834.987.439.3911.68302.45733.92965.651056.921014.39282.83679.03881.51947.84874.01233.53575.50771.60865.12874.01159.37375.24474.92493.03416.9181.62211.99301.60362.59416.91302.45733.92965.651056.921014.39斜腹桿abbbbddccffddhheeggkgi-11.348.81-7.555.39-4.232.62-1.510.291.532.160.49-8.666.47-

8、5.233.39-2.250.880.22-1.253.404.070.54-3.272.87-2.842.44-2.432.13-2.121.89-2.28-2.32-0.06-541.84420.95-360.75257.54-202.11125.19-72.1513.8673.10103.2123.41-506.51389.28-328.45228.85-172.8898.67-44.95-11.15104.89136.1324.60-418.22330.31-289.31213.29-175.83119.14-83.2840.2811.8531.4614.77 -285.23214.9

9、3-176.07116.82-81.0736.95-2.51-30.7196.13116.8516.61-146.01121.94-114.3392.28-85.7269.24-62.9550.39-50.59-48.201.11-541.84420.95-360.75257.54-202.11125.19-83.2850.39-30.71104.89-50.59136.13-48.2024.60豎桿aacb、ecgdjgiekf-0.55-1.00-0.98-0.85-1.420.02-0.54-0.99-0.98-0.90-1.430000000-26.28-47.78-46.83-40.

10、61-67.850.96-26.53-48.37-47.57-42.08-69.090.64-17.69-32.16-31.51-27.33-45.660.64-16.93-31.00-30.63-27.86-44.640.11-2.98-5.43-5.32-4.61-7.710.11-26.53-48.37-47.57-42.08-69.090.96表2 屋 架 構 件 內 力 組 合 表5.桿件設計5.1上弦桿：整個上弦采用等截面，按ij、jk桿件的最大設計內力設計。n-1086.06kn上弦桿計算長度：在屋架平面內：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

11、性系桿作用，根據(jù)支持布置和內力變化情況，取為支撐點間的距離，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。腹桿最大內力n-541.84kn，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，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：需要的回轉半徑：，根據(jù)需要a、查角鋼規(guī)格表，選用2l18011012，肢背間距a12mm，則a67.42，按所選角鋼進行驗算： 滿足長細比150的要求。由于，只需求。查表0.847，則所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖7.上弦截面5.2下弦桿：整個下弦桿采用同一截面，按最大內

12、力所在的de桿計算。，（因跨中有通長系桿），所需截面積為:選用2l18011010，因，故用不等肢角鋼，短肢相并。a56.849.16，取 j=1，則：所以滿足要求。下弦截面如圖：圖8.下弦截面5.3端斜桿ab: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2l140908。則:a36.00，由于，只需求。查表0.760，則:所選截面合適。5.4腹桿eggk:此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力： 最大壓力： 再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內的計算長度取節(jié)點中心間距，在桁架平面外的計算長度：選用2l635，查角鋼規(guī)格表得a12.29，由于，只需求。查表0.31，則

13、拉應力： 5.5豎桿ie： ，由于桿件內力較小，按選擇，需要的回轉半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大些。選用2l634，其幾何特性為：a9.96，由于，只需求。查表0.39，則:其余各桿件的截面選擇列于如表：表3 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編號內力/kn計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應力上弦ij、jk-1086.06150.8452.21801101267.423.108.7448.6551.761500.847190.19下弦de1056.923001485.01801101056.83.108.7496.77169.91

14、350156.77腹桿aa-26.281991996349.961.963.02101.565.91500.54648.33ab-541.84253.0253.014090836.004.503.7756.2268.381500.760198.02bb420.95166.88261.3901220.312.714.2561.5861.48350207.26cb-48.37183.2229.05047.81.542.51118.9691.21500.443140.04bd-360.75229.1286.4100727.5923.094.5374.363.31500.724182.51dc257.

15、54229.1286.470513.762.163.31106.0686.53350187.17ec-48.37207.2259.05047.801.542.51134.5103.21500.368168.47cf-202.11249.92312.490621.282.794.1289.5875.831500.623152.49fd125.19249.92312.45047.801.542.51162.29124.46350160.5gd-47.57231.2289.05047.801.542.51140.13115.141500.308198.28dh-83.28271.2339.07041

16、1.142.183.29124.40103.041500.415176.03he50.39-30.71271.2339.06349.961.963.02138.37112.251500.35287.59ie-79.09255.2319.06349.961.963.02130.20105.631500.386205.72eg104.89-44.78230.1454.7663512.2861.943.04118.6149.591500.31132.79gk151.44-42.26230.1454.7663512.2861.943.04118.6149.591500.31126.55kf0.9631

17、4.1314.16349.961.963.02160.26104.012000gi24.06166.6208.35047.801.542.51108.283.035030.85jg-42.08127.6159.55047.801.542.5182.8663.551500.66980.516.節(jié)點設計6.1支座設計：6.1.1支座節(jié)點“a”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離取160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度14mm。（1）支座底板的計算：支座反力： 設支座底板的平面尺寸采用，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為。驗算柱

18、頂混凝土的抗壓強度：式中：混凝土強度設計值，對c25混凝土，。 支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，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：底板下的平均應力，即=8.49， 兩邊支承之間的對角線長度，即 系數(shù)，由查表確定。為兩邊支承的相交點到對角線的垂直距離。由此得：查表得0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：底板厚度：，取t22mm所以底板尺寸為。（2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算一個加肋的連焊縫風所承受的內力取為加勁肋高度、厚度取與中間節(jié)點板相同（）。采用，驗算焊縫應力：對v:對m:應力驗算:（3）節(jié)點板、加勁肋與底

19、板的連接焊縫計算 設焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點板傳遞。 節(jié)點板與底板的連接焊縫長度，所需焊腳尺寸為，取。 每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為所需焊縫尺寸所以取。節(jié)點如圖:圖9.下弦節(jié)點“a”6.1.2下弦節(jié)點b已知采用用e43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。設“bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）： 肢背： ，取180。肢尖： ，取120。設“bd”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：肢背： ，取160。肢尖： ，取110?！癱b”桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙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)點板尺寸為360mm445mm。 圖10.下弦節(jié)點“b”下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為44.5cm，。焊縫所受的力為左