21m跨廠房梯形鋼屋架設(shè)計

1、實用標準文檔鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書題 目：21m跨廠房梯形鋼屋架設(shè)計姓 名：蒙立強學(xué) 號：359409798班 級：土木3班文案大全,、設(shè)計資料 (2)1、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置 (2)1. 屋架形式及幾何尺寸 (2)2. 屋架支撐布置 (3):、荷載計算 (4)1. 荷載設(shè)計值 (4)(6)2. 荷載組合 (4)四、內(nèi)力計算 五、桿件設(shè)計1. 上弦桿 (7)2. 下弦桿 (8)3. 斜腹桿 “Ba (9)4. 豎桿 “Gg (10)5. 各桿件的截面選擇計算 (10)六、節(jié)點設(shè)計(12)1. 下弦節(jié)點“c (12)2. 上弦節(jié)點“ B (13)3. 屋脊節(jié)點“H (15)4. 支座節(jié)點“a (16

2、)七、屋架施工圖(19)附節(jié)點詳圖1-6(20)、設(shè)計資料某廠房總長度為90m,跨度為L=21m,屋蓋體系為無楝體系,縱向柱距為 6m.1 .結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱,梯形鋼屋架.柱的混凝土強度等級為C30,屋面坡度i=L/10, L為屋架跨度.地區(qū)計算溫度高于-200C,無侵蝕性介質(zhì),不考慮地震設(shè)防,屋架下弦 標高為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.2 .屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力如附圖所示.屋架采用的鋼材、焊條為：用 Q345鋼,焊條為E50型.3 .屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載：無楝體系：采用1.5m>6.0

3、m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板考慮屋面板起系桿作用.荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L, L為屋架跨度,以m為單位,q為屋架及支撐自重,以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標準值為0.7kN/m2,雪荷載的根本雪壓標準值為 S0=0.35kN/m2,施工活荷載與雪荷載不同時考慮,而是取兩者的較大值, 積灰荷載0.8kN/m2.屋面各構(gòu)造層的荷載標準值：三氈四油上鋪綠豆砂防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0.65kN/m2一氈二油隔氣層0.05kN/m2水泥砂漿找平層0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45kN/m2二、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置1 .屋架形式

4、及幾何尺寸如以下圖1所示:Ceg h15007=10500圖1屋架形式及幾何尺寸2 .屋架支撐布置如以下圖2所示:W LG5LG5 /l LG5LG56000*15=90000AMUO12G5C CG GC2 C(5 C垂直支撐1-1CC3 GG3GG3 CC6 GG3GG3 CC3垂直支撐2-2符號說明：SC一上弦支撐 XC一下弦支撐 CC一垂直支撐 GG剛性系桿 LG柔性系桿圖2屋架支撐布置、荷載計算由于屋架的受荷水平投影面積為：A=21x6m2 =126m2>60m2,故按?建筑結(jié)構(gòu)荷載標準?取屋面活荷載(按上人屋面)標準值為0.7kN/m2,雪荷載為0.35kN/m2,取屋面活荷

5、載與雪荷載中較大值 0.7kN/m2.屋架沿水平投影面積分布的自重(包括 支撐)按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L計算,L為屋架跨度,以m為單位.1.荷載設(shè)計值永久荷載設(shè)計值：2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板屋架及支撐自重1.45 1.35 =1.957kN/m2一一一2(0.12 - 0.011 21) 1.35=0.474kN/m2三氈四油(上鋪綠豆砂)防水層0.4 1.35 =0.54kN/m2水泥砂漿找平層0.4 1.35 =0.54kN/m2保溫層0.65 1.35 = 0.8775kN / m2一氈二油隔汽層0.05 1.35=0.0 6 7kN/m2水泥砂漿找平層0.3 1.35:0.40

6、5kN / m2可變荷載設(shè)計值:屋面活荷載積灰荷載合計4.862kN/m20.7 1.4 = 0.98 k N / m20.8 1.4 =1.12 k N / m合計 2.1 kN/m22.荷載組合設(shè)計屋架時,應(yīng)考慮以下3種荷載組合：使用階段荷載情況：(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：F =(4.862 2.1) 1.5 6kN = 62.66kN(2)全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：Fi =4.862 1.5 6kN -43.76kN半跨節(jié)點可變荷載：F2=2.1 1.5 6kN=18.9kN施工階段荷載情況：(3)全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨

7、屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重：F3 =0.474 1.5 6kN =4.266kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：F4 =(1.9575 0.98) 1.5 6kN = 26.438kN屋架在上述3種荷載組合作用下的計算簡圖如以下圖3所示：F/2圖3荷載組合作用下的計算簡圖1.01.01.0四、內(nèi)力計算由以以下圖4得F=1時屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)F=1作用于全跨、左半跨和右半跨4.10074411.962+ 11.768-12.182.163.0106.6637.3263.8844.6363.0811.09021米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值aceg21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力

8、值圖4屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)由屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)求出各種組合荷載情況下的內(nèi)力,計算結(jié)果見下表1:桿件名稱內(nèi)力系數(shù)F=1第1種組合第2種組合第3種組合計算桿 件內(nèi)力 kN全跨1 左半跨2右半跨3F 父1 F中跖12E中標巡區(qū)中詼堂F中股巡上弦AB0.0000.0000.000000000BC, CD-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196DE, EF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FG, GH-12.18-6

9、.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.1996下 弦ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.906ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383斜 腹

10、 桿Ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.47173.634363.930Dc-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47

11、.024-98.502Fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070Hg0.7131.913-1.20044.67767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684豎桿Aa-0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88-15.352-2.133-31.33Cc, Ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66Gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表1屋架桿件內(nèi)

12、力組合表注：F =62.66kN , F1 =43.76kN , F2=18.9kN , F3 =4.266kN , F4=26.438kN 五、桿件設(shè)計腹桿最大內(nèi)力N= -481.479kN,查表7.4,中間節(jié)點板厚度選用10mm,支座節(jié)點板 厚度選用12mm.1.上弦桿圖5整個上弦采用等截面,按FG、GH桿件的最大內(nèi)力設(shè)計.N= -763.199kN= -763199N,上弦桿平面內(nèi)計算長度 h =150.75cm;在屋架平面外,根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況,平面外計算長度10y =3黑150.75cm = 452.25cm.由于10y =31°x,故截面直選用兩個不等肢角鋼短肢相

13、并,選用2L140 M 90M 8,如下圖5所示：圖5上弦桿截面圖設(shè)九=70,查附表4.2得邛=0.751需要截面面積為:763199 mm2 .3278.2mm2f 0.751 310需要的回轉(zhuǎn)半徑為:l0x 150.75 一ix=cm = 2.154cm70iy£cm= 6.461cm 70根據(jù)需要的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表,選用2L125M80x10,截面特征為:A=39.4cm2, ix=2.26cm, iy=6.11cm,按所選角鋼進行驗算:ix翳=66.70：小5010yiy452.25=74.01 ：二 i' I -1 5 06.11滿足長細比要求.由于九y,

14、只需求巴,查表得平y(tǒng) =0.725,于是76319922.2N / mm2 =267.2N/mm2 :二 f =310N/mm2, yA 0.725 3940所選桿件滿足要求.2.下弦桿圖6Nmax =749.539kN = 749539 N , 10x = 300cm , 10y = 1035cm所需截面面積為：A = N f749539 mm2 =24.18cm2310選用2L110x70x7 ,由于lOx «lOy ,應(yīng)選用不等肢角鋼短肢相并.22A = 24.6cm > 24,18cm , ix=2.00cm, 1y =5.39cm殳=竺° =150：1-35

15、0 y =國二衛(wèi)二 192.02 ； !- 350ix 2.00iy 5.39滿足長細比要求,故所選桿件滿足要求.3,斜腹桿“ Ba圖7戶 21400*63*10Y圖7斜腹桿“ Ba截面圖桿件軸力 N =-481.479kN =-481479N計算長度l0x=l0y=253cm,由于l°x=l0y,故采用不等肢角鋼長肢相并,使ixiy選用 2L100M63M10 ,貝U A = 31,0cm2 , ix=3.15cm, iy =2.72cm0x2533.15=80.32, -y0y2532.72=93.01由于'y故只需求 y =0.601,4814790.601 3100.

16、2 2N /mm =258.43N/mm :二-2= 310N /mm ,所選桿件滿足要求4.豎桿“Gg圖8JO由于內(nèi)力較小,故按lk】 = 150選擇,所需的回轉(zhuǎn)半徑為:ix過c2m =1.54cm 1 5010y289I- I 150cm = 1.93cm查型鋼表,選擇截面的回轉(zhuǎn)半徑較計算的要略大些,應(yīng)選用2L 56 M 32A = 668mm , ix=1.75cmi, 1y =2.64cm二位二2312 as2：.i,150 lx1.75也=289 =109.5 |. |_150yly2.64由于%>%,故只需求中y =0.378,62660222N /mm =2 4 82N/m

17、m <f=310J/mm ,桿件滿足要求.0.378 6685.其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出,其計算結(jié)果見表2 在下一頁10表2桿件截面選擇表桿件計算內(nèi)力/kN"Vv-截面規(guī)格截面 面積/ cn:計算長度/回轉(zhuǎn)半徑/5長細比容許長 細比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力仃名稱編號Qq444%)%上弦FG, GH-763.1992L125« 80x1039,40150.75452252.266.1166.774,011500.725-26Z1ST弦然7495392L110x70x724.6300.01035.02.005.39150192.02350304.69斜腹桿Ba-481.

18、4792L100x63x103 LOO253.0253.03.152.7280.3293,011500,601-258.43Be3635302L90x827.89209.04261.302.764.0975.7463.89350130.49De-276.2682L9Qx827.8922942286.402.764.0983.0170.021500.552-17945De174.9472L5O*59.61229.12286.401.532.45149.75116.90350182.05Fe-98.5022L63X512.29249.92312.401542.96128.82105541500.2

19、S8-278.29愿40,1902L63x512.2924992312401.942.96128.82105.541500.2SS-73.65-26.070Hg673572L63xS12.29271.2339.001.942.96139.79114.531500.250-9336-28.684豎桿Aa-31.332L50x59 61199.00199.001.532.45130.0781.221500 2s3-115.20Cc-62,662L56x36.6S183,20229.001.752.64104.387,221500.414-22658Ee-62.662L56X36.6S207.202

20、59.001.752.64118.0296311500.402-233.34-62.662L56x36.6S231.22S9.001.752.64132.1109.51500.378-248.15六、節(jié)點設(shè)計1.下弦節(jié)點“圖9_力 c圖9下弦節(jié)點“ c詳圖(1)腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度的計算用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值為w ff2= 200N/mm .那么所需的焊縫長度為:肢背：lw1kiN2 0.7hf ffw0.7 363930 一r mm = 113.7mm2 0.7 8 200Bc桿：設(shè)“Bc桿的肢背和肢尖焊縫hf =8mm和hf =6mm2hf,取為 1 4cm

21、肢尖;l w2k2N2 0.7hf ffw0.3 363930mm = 64.99mm2 0.7 6 200考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷,實際焊縫長度為計算長度加實際焊縫長度為計算長度加 2hf,取為8cm那么所需的焊縫長度為:Dc桿：設(shè)“Dc桿的肢背和肢尖焊縫hf =8mm和hf =6mm肢背：lw1k1N2 0.7hf ffw0.7 276268“ cmm = 86.3mm2 0.7 8 2002hf,取為 1 0cm考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷,實際焊縫長度為計算長度加肢尖:lw2k2N2 0.7hf ffw0.3 276268mm = 49 3mm2 0.7 6 20012實際焊縫

22、長度為計算長度加 2hf,取為6cmCc桿：由于“Cc桿內(nèi)力很小,故焊縫尺寸可按構(gòu)造要求確定,取 hf =5mm(2)確定節(jié)點板尺寸根據(jù)上面求得的焊縫長度,按構(gòu)造要求留出桿件間應(yīng)有的間隙并考慮制作和裝配等誤差,按比例繪出節(jié)點詳圖,從而確定節(jié)點板的尺寸為260mm x 350mm.(3)下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的強度驗算下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為250mm ,取hf =6mm,焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差A(yù)N =(610.559-256.906)kN =353.653kN,對受力較大的肢背處焊縫進行強度驗算:0.75 3536532 0.7 6 (350 -12)2N / mm= 93.

23、42N / mm2 :二 ffw_2= 200N /mm ,焊縫強度滿足要求.2.上弦節(jié)點“ B(圖10)圖10上弦節(jié)點“ B詳圖(1)腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度的計算Bc桿與節(jié)點板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點“ c相同Ba桿：肢背和肢尖焊縫分別采用hf =10mm和hf =8mm ,那么所需的焊縫長度為:13肢背：lw1k1N2 0.7hfffw0.7 481479 mm2 0.7 10 200= 120.4mm,取 14cm肢尖：lw2k2N2 0.7hfffw0.3 481479mm2 0.7 8 200=64.5mm,取8cm確定節(jié)點板尺寸(方法同下弦節(jié)點 c )確定節(jié)點板尺寸為250mm

24、 x 400mm.(3)上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的強度驗算應(yīng)考慮節(jié)點荷載P和上弦相鄰節(jié)間內(nèi)力差A(yù)N的共同作用,并假定角鋼肢背槽焊縫承 受節(jié)點荷載P的作用,肢尖角焊縫承受相鄰節(jié)間內(nèi)力差 AN及其產(chǎn)生的力矩作用.肢 背槽焊縫強度驗算：hf =0.5t=(0.5 10)mm=5mm, lw1 = lw2 = (400 10)mm = 390mm,節(jié)點荷載,P=62.66kNP6266022=N /mm =22.95N /mm :二2 0.7hflw1 2 0.7 5 390w2f f =200N/mm肢尖角焊縫強度驗算：弦桿內(nèi)力差為 AN =(468.196-0)kN =468.196kN ,軸力作

25、用線至肢尖焊縫的偏心距為 e = 90 - 25mm =65mm,偏心力矩為 M = N e =(468.496 0.065)kN m =30.452kN m,貝 N =- =468496n /mm2 =171.61 N /mm2 :二 ffw = 200N / mm22 0.7hflw2 2 0.7 5 390MWw6M 6 30.452 106T _"= - _22 0.7hflw2 2 0.7 10 390.,2 2N/mm =85.80N/mmoc885.80 ooc io2n (M )2 =171.61()2N /mm2 = 185.46N / mm2 :二 ffw =20

26、0N/mm2N 1.22-1.22f滿足強度要求.143.屋脊節(jié)點“ H'(圖11)7632N763.2kN1-1圖11屋脊節(jié)點“H詳圖(1)腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度的計算方法與以上幾個節(jié)點相同,計算過程略,結(jié)果見圖11.(2)確定節(jié)點板尺寸為：250mm 450mm(3)計算拼接角鋼長度弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接,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)點板來補償.接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算.拼接角鋼規(guī)格與上弦桿相同,長度取決于其與上弦桿連接焊縫要求,設(shè)焊縫hf =10mm,那么所需

27、焊縫計算長度為(一條焊縫)L 二 763199 mm = 136.3mm4 0.7hf ffw 4 0.7 10 20015拼接角鋼總長度,L =(2 x136.3 +10 +20)mm = 302 .6mm,取 300mm .豎肢需切去 =(10+8+5)mm =23mm ,取= 25mm ,并按上弦坡度熱彎.(4)上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的強度驗算上弦角鋼肢背與節(jié)點板之間的槽焊縫承受節(jié)點荷載P ,焊縫強度驗算同上弦節(jié)點“B,計算過程略.上弦角鋼肢尖與節(jié)點板的連接焊縫強度按上弦內(nèi)力的15%驗算.設(shè)hf =10mm ,節(jié)點板長度為450mm ,節(jié)點一側(cè)焊縫的計算長度為lw =(250 -25

28、-10 -10)mm = 205mm那么.f0.15N2 0.7hflw0.15 7631992 0.7 10 205N / mm2 = 39.89N /mm2二 f6M2 0.7hflw26 0.15 763199 6522 0.7 10 2052N /mm2= 75.89N /mm2. 2 ( - f )2 = 39.892 ( 75.89)2N/mm2 = 73.90N/mm2 :二 ffw =200N/mm2 1.22.1.22焊縫強度滿足要求.因屋架的跨度較大,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,左半跨的上弦桿、斜腹桿和豎腹桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫,而右半

29、跨的上弦桿、斜腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫.4.支座節(jié)點“a(、圖12)1631.481.48kN圖12支座節(jié)點“ a詳圖為了便于施焊,下弦桿軸線至支座底板的距離取160mm ,在節(jié)點中央線上設(shè)置加勁肋,加勁肋的高度與節(jié)點板高度相等,厚度為 12mm(1)支座底板的計算支座底板尺寸按采用280mmM 360mm ,承受支座反力R=7F =7M62.66kN =438.62kN ,假設(shè)僅考慮有加勁肋局部的底板承受支座反力作用,那么承壓面積為 An =280父212mm2 = 59360mm2 ,那么柱頂混凝土的抗43862059360壓強度按下式驗算:2 2_2N /mm =7.39N/mm :：

30、 fc =14.3N /mm式中,fc為混凝土強度設(shè)計值,對 C30混凝土, fc =14.3N/mm2.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,見圖12.板的厚度由均布荷載作用下板 的抗彎強度確定：底板下的平均應(yīng)力q為：2q =二=7.39N / mm17兩支承邊之間的對角線長度a1為:ai由相似三角形關(guān)系得：-2110 mm = 173.4mm134 110匕88.2bl =mm = 88.2mm , = 0.509167.2a1 173.4n為兩支承邊的相交點到對角線 4的垂直距離,P由h/a1查表確定,查表得0 =0.057 .每塊板單位寬度的最大彎矩M為:底板