西科大27米鋼屋架設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2012年 12 月 30 日 一、設(shè)計(jì)資料1、題號(hào)39已知條件：梯形鋼屋架跨度27m，長(zhǎng)度102m，柱距6m。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50 kN中級(jí)工作制吊車，軌頂標(biāo)高為8.000 m。冬季最低溫度為20，地震設(shè)計(jì)烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g。采用1.5m6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7 kN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.1 kN/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm400 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C20

2、。鋼材采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。2、屋架計(jì)算跨度： 3、跨中及端部高度： 本設(shè)計(jì)為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27m軸線處的端部高度，屋架的中間高度：，則屋架在26.7m處，兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮，取50mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架型式及幾何尺寸如圖1所示。 圖1 梯形鋼屋架形式和幾何尺寸根據(jù)車間長(zhǎng)度、跨度及荷載情況，在車間兩端 5.5m 開間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設(shè)置橫向水平支撐的同一開間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個(gè)屋架用系桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設(shè)三道通長(zhǎng)系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點(diǎn)處及屋架支座出的系桿為剛性系桿（圖2），安裝螺栓

3、采用 C 級(jí)，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。梯形鋼屋架支撐布置如圖2.13。 圖2 屋架上弦支撐布置 GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）； CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿）三、荷載計(jì)算 屋面和荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取屋面活荷載0.7kN/ 進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，跨度單位為m。表2.2 荷載計(jì)算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）設(shè)計(jì)值（kN/）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.41.351.89三氈四油防水層0.40.41.350.54找平層（厚2

4、0mm）0.02200.40.41.350.5480mm厚泡沫混凝土保溫層0.0860.480.481.350.648屋架和支撐自重0.12+0.011270.420.421.350.567管道荷載0.10.11.350.135永久荷載總和3.24.32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(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：（3） 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重

5、：半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：（1）、（2）為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。四、內(nèi)力計(jì)算由圖解法或數(shù)解法解得F1的屋架各桿件的內(nèi)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(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見表2。表2 屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合值計(jì)算桿內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨第一種組合F第二種組合第三種組合F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦AB000000000.0 BC-9.97-7.19-2.79-550.94-505.41-433.33-218.45-122.91-550.94 CD-9.97-7.19-2.79-

6、550.94-505.41-433.33-218.45-122.91-550.94 DE-15.8-10.75-5.06-873.11-790.39-697.19-331.16-211.28-873.11 EF-16.38-11.33-5.06-905.16-822.44-719.74-347.64-214.24-905.16FG-16.38-11.33-5.06-905.16-822.44-719.74-347.64-214.24-905.16 GH-18.67-11.05-7.62-1031.7-906.89-850.71-352.79-292.04-1031.7 HI-19.17-11.

7、05-7.62-1059.33-926.33-870.15-355.34-294.59-1059.33 IJ-19.17-11.54-7.62-1059.33-934.36-870.15-366.77-294.59-1059.33下弦ab5.363.961.41296.19273.26231.49119.6463.76296.19bc13.319.343.97735.51670.48582.52285.60170.43735.51 cd18.2411.426.821007.94896.23820.88359.22269.191007.94de17.818.98.9984.18838.24838

8、.24298.29320.72984.18斜腹桿aB-10.05-7.42-2.63-555.36-512.28-433.82-224.22-119.19-555.36Bb7.955.572.38439.32400.33348.08170.38102.02439.32bD-6.47-4.18-2.29-357.53-320.02-289.06-130.43-92.15-357.53Dc4.612.592.02254.75221.66212.3283.8875.69254.75cf-3.5-1.01-2.49-193.41-152.62-176.87-41.39-82.17-193.41fG-2

9、.69-0.21-2.49-148.65-108.03-145.37-18.61-78.04-148.65Ef0.730.73040.3440.3428.3820.733.7240.34Gd0.72-0.931.6639.7912.7655.18-18.0146.55-18.0155.18dg1.153.13-1.9763.5595.9812.4478.83-45.02-45.0295.98gJ1.893.87-1.97104.44136.8741.2299.85-41.25-41.25136.87Hg0.670.67037.0237.0226.0519.033.4237.02豎桿Aa-0.5

10、-0.50-27.63-27.63-19.44-14.21-2.55-27.63Cb-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Ec-1.5-1.50-82.89-82.89-58.32-42.61-7.65-82.89Ff-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Hd-1.5-1.50-82.89-82.89-58.32-42.62-7.65-82.89Ig-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Je000000000五、桿件設(shè)計(jì)1.上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設(shè)計(jì)

11、內(nèi)力設(shè)計(jì)。 N=-1059.33KN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距離，即根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N-555.36kN，查表得，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用14mm。設(shè)，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：回轉(zhuǎn)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(jìn)行驗(yàn)算： ， 滿足長(zhǎng)細(xì)比

12、的要求。由于，只需求，查表0.849，則所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖6上弦截面 2.下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計(jì)算。 N=1007.94KN，所需截面積為（因跨中有通長(zhǎng)系桿）:選用2L16010010，因故用不等肢角鋼，短肢相并。A50.6， ， ，所以滿足要求。下弦截面如圖： 圖7下弦截面3.斜桿按端斜桿aB最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。桿件軸力： 計(jì)算長(zhǎng)度： 因?yàn)?，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使。選用2L1258010。則 A39.42， 因，只需求，查表得，則 故所選截面合適。端斜桿截面如圖： 圖8端斜桿截面4、腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長(zhǎng)桿件。, 再

13、分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距 ，在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：選用2L807，查角鋼規(guī)格表得A21.72， 由于，只需求。查表0.524，則:再分腹桿截面如圖： 圖9：再分腹桿截面 5. 豎桿Hd，由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為，查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L635，其幾何特性為： A12.29， 由于，只需求。查表0.406，則:中央豎桿截面如圖： 圖10：豎桿截面其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表3。 表3 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編號(hào)內(nèi)力/kN計(jì)算長(zhǎng)度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/cm長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力上

14、弦HI、IJ-1059.33150.8452.41801101267.423.088.754951.71500.849185.06下弦cd1007.9445013351601001050.632.857.78157.9171.63500.246161.6腹桿aB-555.36253253125801039.4243.3963.574.91500.721195.4Bb439.32262.2262.21001038.523.054.6085.957.01500.648176bD-357.53287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.594156.3Dc254

15、.75287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.594111.3cf-193.41208.7393.380721.722.463.7581.8104.91500.524164.3fG-148.65208.7393.380721.722.463.7581.8104.91500.524130.6Ef40.3418918963512.291.943.0497.462.21500.57557.1Gd-18.0155.18326.5326.590621.272.794.1311779.11500.254102.1dg-45.0295.98224.9425.9635

16、12.291.943.04115.9140.11500.341107.4gJ-41.25136.87224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.34198.4Hg37.02203.5203.563512.291.943.04104.966.91500.52357.6豎桿Aa-27.63161.2201.563512.291.943.0483.166.31500.66833.7Cb-55.2618423063512.291.943.0494.875.71500.58876.5Ec-82.8920826063512.291.943.04107.285.5150

17、0.511132Ff-55.2610413063512.291.943.0453.642.81500.83853.7Hd-82.8924430590621.272.794.1387.573.81500.40696Ig-55.26122152.563512.291.943.0462.950.21500.79156.8六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用E43 焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（1） 下弦節(jié)點(diǎn)b設(shè) bB 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：肢尖：取，。設(shè) bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：肢尖：取，。Cb桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并

18、考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點(diǎn)詳圖（見圖11），從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為340475mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長(zhǎng)度為475mm，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差NNbc-Nab735.51-296.19439.32kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度： 圖11：下弦節(jié)點(diǎn)“b”（2） 上弦節(jié)點(diǎn)“B”斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn)b中Bb桿計(jì)算相同。斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=-555.36kN。設(shè) “aB”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長(zhǎng)度為肢背：肢尖：取，。為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦

19、角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得到：肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則節(jié)點(diǎn)如圖:圖12：上弦節(jié)點(diǎn)“B” （3） 屋脊節(jié)點(diǎn)“J”弦桿一般用與上弦桿同號(hào)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，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。N=-1059.33kN。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長(zhǎng)度為拼接角鋼的長(zhǎng)度弦桿桿端空隙，拼接角鋼長(zhǎng)度取540mm上弦與節(jié)點(diǎn)板間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫,應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫,節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為。焊縫應(yīng)力為： 因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)