M鋼屋架課程設(shè)計(jì)

1、目 錄一、設(shè)計(jì)資料1二、鋼材和焊條的選用1三、屋架形式和幾何尺寸1四、屋蓋支撐布置2五、荷載計(jì)算3六、內(nèi)力計(jì)算3七、桿件設(shè)計(jì)31、上弦桿32、下弦桿33、斜桿34、腹桿35、豎桿Hd3八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)31、下弦節(jié)點(diǎn)“b”32、上弦節(jié)點(diǎn)“B”33、屋脊節(jié)點(diǎn)“J”34、下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”35、端部支座節(jié)點(diǎn)“a”3九、附圖3梯形鋼屋架設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)資料北京地區(qū)某金工車間，采用無(wú)檁屋蓋體系，梯形鋼屋架?？缍葹?7m，長(zhǎng)度84米,柱距6m，廠房高度為15.7m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50kN中級(jí)工作制吊車，計(jì)算溫度高于-20。采用三氈四油，上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找平層，厚泡沫混凝土保溫層，1.5m&#

2、215;6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載為0.35kN/，屋面活荷載為0.45kN/，雪荷載為0.4kN/，風(fēng)荷載為0.45 kN/。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，柱截面為400mm×400mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表1（單位：kN/）。表1防水層找平層保溫層找平層混凝土屋面板0.40.40.10.51.4二、 鋼材和焊條的選用根據(jù)北京地區(qū)的計(jì)算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用 Q235BF鋼，要求保證屈服強(qiáng)度 fy、抗拉強(qiáng)度 fu、伸長(zhǎng)率和冷彎實(shí)驗(yàn)四項(xiàng)機(jī)械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三項(xiàng)化學(xué)成分的合格含量。焊條采用 E43型，手工焊。三、 屋架形式和

3、幾何尺寸由于采用1.5m*6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無(wú)檁屋蓋體系，故選用平坡梯形鋼屋架。屋面坡度屋架計(jì)算跨度屋架端部高度?。?。跨中高度：。屋架高跨比：。屋架跨中起拱取50mm。為了使屋架節(jié)點(diǎn)受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸如圖 1 所示。圖1：27米跨屋架幾何尺寸四、 屋蓋支撐布置根據(jù)車間長(zhǎng)度、跨度及荷載情況，在車間兩端 5.5m 開(kāi)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(kāi)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

4、弦屋脊節(jié)點(diǎn)處及屋架支座出的系桿為剛性系桿（圖2），安裝螺栓采用 C 級(jí)，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。符號(hào)說(shuō)明：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）五、 荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會(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。故取活荷載0.45kN/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L單位為m,荷載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。表 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1.41.4×1.21.68三氈四油上

5、鋪小石子防水層0.40.4×1.20.48水泥砂漿找平層0.40.4×1.20.48厚泡沫混凝土保溫層0.10.1×1.20.12找平層0.50.5×1.20.6屋架和支撐自重0.12+0.011×27=0.4170.417×1.20.50永久荷載總和3.2173.86屋面活荷載0.20.2×1.40.28積灰荷載0.60.6×1.40.84可變荷載總和0.81.12設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況：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

6、：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：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。六、 內(nèi)力計(jì)算由圖解法或數(shù)解法解得P1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（P1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(jiàn)表3。表3 屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（P=1）內(nèi)力組合值計(jì)算桿內(nèi)力(kN)在左半跨（1）在右半跨（2）全跨（3）組合（1）組合（2）組合（3）N=P×（3）N左=P全×（3）+P半×（1）N左=P全×（3）+P半×（1）

7、N右=P全×（3）+P半×（2）N右=P全×（3）+P半×（2）上弦AB000000000BC-7.19-2.79-9.98-447.30 -419.18 -374.83 -120.41 -74.21 -447.3 CD-7.19-2.79-9.98-447.30 -419.18 -374.83 -120.41 -74.21 -447.3 DE-10.75-5.06-15.81-708.60 -657.60 -600.24 -184.02 -124.28 -708.6 EF-11.33-5.06-16.39-734.60 -683.60 -620.39

8、-192.72 -126.89 -734.6 FG-11.33-5.06-16.39-734.60 -683.60 -620.39 -192.72 -126.89 -734.6 GH-11.05-7.62-18.67-836.79 -759.98 -725.41 -200.04 -164.03 -836.8 HI-11.05-7.62-18.67-836.79 -759.98 -725.41 -200.04 -164.03 -836.8 IJ-11.54-7.62-19.16-858.75 -781.94 -742.43 -207.39 -166.23 -858.8 下弦ab3.961.415

9、.37240.68 226.47 200.77 65.75 38.97 240.7 bc9.343.9713.31596.55 556.54 502.41 157.97 101.58 596.6 cd11.426.8218.24817.52 748.77 702.40 201.99 153.69 817.5 de8.98.917.8797.80 708.08 708.08 173.55 173.55 797.8 aB-7.42-2.63-10.05-450.44 -423.93 -375.65 -123.14 -72.84 -450.4 Bb5.572.387.95356.32 332.33

10、300.17 94.26 60.77 356.3 bD-4.18-2.29-6.47-289.99 -266.90 -247.85 -73.01 -53.16 -290.0 Dc2.592.024.61206.62 186.26 180.51 47.94 41.96 206.6 cf-1.01-2.49-3.5-156.87 -131.77 -146.69 -26.36 -41.90 -156.9 斜fG-0.21-2.49-2.7-121.01 -95.91 -118.90 -14.36 -38.30 -121.0 腹桿Ef0.7300.7332.72 32.72 25.36 10.95 3

11、.29 32.7 Gd-0.931.660.7332.72 15.99 42.09 -6.48 20.72 -6.5 42.1 dg3.13-1.971.1651.99 71.85 20.44 38.09 -15.47 38.1 20.4 gJ3.87-1.971.985.16 105.02 46.15 49.19 -12.14 49.2 46.1 Hg0.6700.6730.03 30.03 23.28 10.05 3.02 30.0 豎桿Aa-0.50-0.5-22.40 -22.41 -17.37 -7.50 -2.25 -22.4 Cb-10-1-44.80 -44.82 -34.74

12、 -15.00 -4.50 -44.8 Ec-1.50-1.5-67.20 -67.23 -52.11 -22.50 -6.75 -67.2 Ff-10-1-44.80 -44.82 -34.74 -15.00 -4.50 -44.8 Hd-1.50-1.5-67.20 -67.23 -52.11 -22.50 -6.75 -67.2 Ig-10-1-44.80 -44.82 -34.74 -15.00 -4.50 -44.8 Je000000000七、 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)內(nèi)力設(shè)計(jì)。N-858.8kN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

13、架平面外：本屋架為無(wú)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-450.4kN，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：需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L160×100×10，肢背間距a12mm，則A50.63，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： ， 滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。由于，只需求，查表0.791，則所選截面合適，上

14、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=817.5kN，所需截面積為（因跨中有通長(zhǎng)系桿）:選用2L140*90*10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。A44.522， 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)椋什捎玫戎卿?，使。選用2L100×10。則:A38.522， 由于，只需求。查表0.668，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(kāi)，采用通長(zhǎng)桿件。,再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

15、外的計(jì)算長(zhǎng)度：選用2L110×10，查角鋼規(guī)格表得A45.522， 由于，只需求。查表0.701，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2L63×5，其幾何特性為：A12.286， 由于，只需求。查表0.411，則: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(jiàn)表4。表4 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表八、 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)

16、 bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：肢尖：取，。bC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(jiàn)圖11），從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長(zhǎng)度為340mm，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差NNbc-Nab355.9kN。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=-450.4kN。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)

17、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。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。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(lái)補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可

18、按弦桿內(nèi)力計(jì)算。N=-858.8kN。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長(zhǎng)度為,取拼接角鋼長(zhǎng)度取 600>2×260=520mm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：節(jié)點(diǎn)形式如圖:圖12：屋脊節(jié)點(diǎn)“J”4、下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”跨中起拱 50mm，下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L140×90×10，焊縫長(zhǎng)度：，取=300mm。拼接角鋼長(zhǎng)度。弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)

19、肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取=90mm肢尖，按構(gòu)造要求，取焊縫長(zhǎng)度50mm，取=60mm節(jié)點(diǎn)板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸。焊縫強(qiáng)度滿足要求。節(jié)點(diǎn)形式如圖:圖13：下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”5、端部支座節(jié)點(diǎn)“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(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度14mm。（1）支座底板的計(jì)算 支座反力：設(shè)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(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中：混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)C20混凝土，。支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)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(yīng)力，即=8.49