鋼屋架課程設(shè)計(jì)

1、梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料(1)、某工業(yè)廠房，建筑地點(diǎn)在張家口市，屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)有檁體系，屋面板采用100mm厚彩鋼復(fù)合板（外側(cè)基板厚度0.5mm，內(nèi)側(cè)基板厚度0.4mm，夾芯材料選用玻璃絲棉，屋面板自重標(biāo)準(zhǔn)值按0.20 kN/m2計(jì)算），檁條采用冷彎薄壁C型鋼。屋架跨度18m,屋面排水坡度i=1:10，有組織排水。屋架支承在鋼筋混凝土柱（C30）上，柱頂標(biāo)高11.000m，柱距6m，柱截面尺寸為400×400mm。廠房縱向長(zhǎng)度60m?；撅L(fēng)壓0.55KN/m2,基本雪壓0.25KN/m2。不考慮積灰荷載。注：屋架、檁條、拉條及支撐自重標(biāo)準(zhǔn)值可按下列數(shù)值考慮：0.30kN/m2

2、（6.0m）（2）、屋架計(jì)算跨度： L0=18-2×0.15=17.7m·（3）跨中及端部高度：屋蓋擬采用鋼結(jié)構(gòu)有檁體系，屋面排水坡度i=1:10，取屋架在18m軸線處的端部高度h0=2.00m, 屋架的中間高度h=3.025m，則屋架在17.7m，兩端的高度為ho=2.004m。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖2-1所示根據(jù)廠房長(zhǎng)度（60m），跨度及荷載情況，設(shè)置兩道上下橫向水平支撐。因?yàn)橹W(wǎng)采用封閉形式，廠房橫向水平支撐設(shè)在兩端第二柱間，圖2-1梯形屋架形式和幾何尺寸在第一柱間的上弦平面設(shè)置了剛性系桿，以保證安裝時(shí)的穩(wěn)定。在第一柱間的下弦平面也設(shè)置了剛性系桿，以

3、傳遞山墻風(fēng)荷載。梯形鋼屋架支撐布置如圖2-2.桁架上弦支撐布置圖桁架下弦支撐布置圖垂直支撐布置1-1垂直支撐布置2-2SC上弦支撐 XC下弦支撐 CC垂直支撐 GG剛性系桿 LG柔性系桿圖2-1梯形屋架支撐布置圖三、荷載計(jì)算荷載：屋架的受荷水平投影面積為A=18x6=108m2>60m2，故按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取屋面活荷載（按不上人屋面）標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，雪荷載為0.25kN/m2，取屋面活荷載與雪荷載中較大值0.5kN/m2。L為屋架跨度，以m為單位。積灰荷載不考慮1、荷載標(biāo)準(zhǔn)值。1>永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面板 0.2 KN/m2屋架及支撐 0.15 kN/m2檁條自重 0.10

4、 kN/m2懸掛管道等 0.05 kN/m2合計(jì)： 0.5 kN/m21. 2>可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值基本雪壓   0.25KN/m2                   基本風(fēng)壓   0.55KN/m2   屋面活荷載    0.30KN/m2因?yàn)榛詈奢d較基本雪壓大，故采用活荷載作為設(shè)計(jì)使用。2、設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)

5、考慮以下四種組合 1、恒荷載+雪（或活）荷載 2、恒荷載+半跨雪荷載3、恒荷載+風(fēng)荷載4、屋架，檁條自重+半邊（屋面板+0.3 KN/m2吊裝活荷載）3、 節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算，考慮以下三種荷載組合1.全跨永久荷載+全跨可變荷載2.全跨永久荷載+半跨可變荷載3.屋架和支撐自重+半跨屋面板重+半跨施工荷載（取等于屋面使用荷載）設(shè) F1由永久荷載換算的節(jié)點(diǎn)集中荷載F2由可變荷載換算的節(jié)點(diǎn)集中荷載F3由部分永久荷載（屋架及支撐）換算的節(jié)點(diǎn)集中荷載F4由部分永久荷載（屋面板重）及可變荷載（屋面活荷載）換算的節(jié)點(diǎn)集中荷載則F1=1.2×4.5=5.4KNF2=1.4×1×

6、0.5×6×1.5=6.3KNF3=1.2×0.3×6×1.5=3.24KNF4=（1.2×0.2+0.5）×6×1.5=8.4KNF=F1+F2=9.7KN四、 內(nèi)力組合計(jì)算（1）、屋架在上述3種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖3-1所示： 圖3-1 荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖由以下圖3-2得F=1時(shí)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）21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖3-2 屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù) （2）、由屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)求出各種組合

7、荷載情況下的內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：（F=28.254 KN F1=22.239 KN F2=6.3 KN F3=4.257 KN F4=8.73 KN）桿件名稱內(nèi)力系數(shù)第一種組合第二種組合第三種組合計(jì)算桿件內(nèi)力（kN）全跨（1）左半跨（2）右半跨（3）F×(1)F1×(1)+F2×(2)F1×(1)+F2×(3)F3×(1)+F4×(2)F3×(1)+F4×(3)上弦AB000000000BC，CD-7.472-5.31-2.162-72.4784-73.8018-53.9694-70.56558-43.

8、08354-72.4784DE，EF-11.262-7.339-3.923-109.2414-107.0505-85.5297-100.5584-70.73667-109.241FG，GH-12.18-6.861-5.319-118.146-108.9963-99.2817-99.35973-85.89807-118.146下弦ac4.13.011.0939.7741.10329.00739.561322.799739.77ce9.7446.6633.08194.516894.594572.027989.7385558.4676994.5168eg11.9627.3264.636116.031

9、4110.748693.8016102.7128679.22916116.0314gh11.7685.8845.884114.1496100.6164100.616489.4956489.49564114.1496斜腹桿Ba-7.684-5.641-2.043-74.5348-77.0319-54.3645-74.14209-42.73155-74.5348Bc5.8083.961.84856.337656.311243.005653.3887234.9509656.3376Dc-4.409-2.633-1.776-42.7673-40.3965-34.9974-37.27125-29.789

10、64-42.7673De2.7921.2221.5727.082422.775424.967819.7141422.7521827.0824Fe-1.572-0.047-1.525-15.2484-8.7849-18.0963-5.50359-18.40653-15.2484Fg0.328-1.0391.3673.1816-4.774510.3833-8.0077512.9966312.99663-8.00775Hg0.7131.913-1.26.916115.9021-3.709819.01061-8.1658819.01061-8.16588豎桿Aa-0.5-0.50-4.85-5.85-

11、2.7-5.985-1.62-5.985Cc，Ee-1-10-9.7-11.7-5.4-11.97-3.24-11.97Gg-1-10-9.7-11.7-5.4-11.97-3.24-11.97五、桿件計(jì)算腹桿最大內(nèi)力N= -118.146kN，查表2.8（課本40頁(yè)），點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm。 1.上弦桿（圖5-1）整個(gè)上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。N= -118.146kN= -118146N，上弦桿平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度lox=lo=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(jì)算長(zhǎng)度loy=450cm,根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度

12、，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并，如圖5-1所示 圖5-1 上弦桿截面圖上弦截面腹桿最大內(nèi)力N=-74.5344KN，查表知，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm。設(shè)=80，查軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表 =0.688則需要截面積為=118146/(0.688×215)=798.7mm2需要回轉(zhuǎn)半徑：ix=l0x/=1507.5/80= 18.125mm2iy= l0y/=4500/80=56.25mm2根據(jù)需要的, ix , iy查角鋼型鋼表，初選2 L125×80×8，肢背間距a=8mm，則A=3197.8，ix =2.37cm，iy =5.92cm

13、。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：x= l0x/ix=1507.5/23.7=63.6<=150y= l0y/iy=4500/59.2=76.7<=150則滿足長(zhǎng)細(xì)比<=150的要求。因?yàn)閎1/t=125/8=15.62<0.56l0y /b1=0.56×4500/125=20.16所以yz =y =76.7 查表y=0.714，則N/(XA)= 118146/(0.714×3197)=51.75<215N/mm2 2.下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算N=-116.031KN。計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長(zhǎng)度 lox=3000mm。屋架平面

14、外根據(jù)支撐布置，取 loy=20700/2=10350mm。所需的凈截面面積A=N/f=116031/215=539.67mm2=5.39cm2 選用2L100×63×10(短肢相并)，肢背間距a=8mm。見(jiàn)圖5-2： 圖1.18 下弦截面查表得：A=1923mm2=19.23cm2>5.39cm2，ix =1.79cm，iy =4.78cm.x= lox/ix=300/1.79=169.50<350y= loy/iy=1035/4.78=224.51<350因?yàn)閎1/t=100/6=16.7<0.56l0y /b1=0.56×10350/

15、100=57.96所以可以近似認(rèn)為yz =y = 224.51 =N/A=116031/1923=60.33MPa<215MPa3)斜腹桿l 桿aB桿件軸力： N=-74.5348KN=-74534N計(jì)算長(zhǎng)度： loy = 2530mm lox=0.8×2530=2024mm因?yàn)閘ox =loy，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使ixiy。選用2L75×50×8，肢背間距a=8mm，則A=18.934cm2，ix =2.35cm，iy =2.19cm.x= lox/ix=202.4/2.35=86.1<150y= loy/iy=253/2.19=115.5

16、<150因y>x，只需求y。查表y=0.464，則=N/(yA)= 74534.8/(0.464×1893.4)=84.8 N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿Bc桿件軸力： N=56.337KN=56337N計(jì)算長(zhǎng)度： loy=2612mm lox =0.8×2612=2090mm選用2L75×50×8，肢背間距a=8mm，則A=18.934cm2，ix =2.35cm，iy =2.19cm.x= lox/ix=209.0/2.35=88.9<350y= loy/iy=261.2/2.19=119.5<350

17、因y>x，則可以近似認(rèn)為yz =y =119.5=N/A= 56337/1893.4=29.75N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿cD桿件軸力： N= -42.7673KN計(jì)算長(zhǎng)度： lloy=2859mm lox =0.8×2859=2287mm選用2L70×6，肢背間距8mm，則A=16.32cm2，=2.16cm，=3.09cm.x= lox/ix=228.7/2.16=102.7<150y= loy/iy=285.9/3.09=78.97<150因x >y，只需求x。查表x =0.549，則=N/(XA)= 427673

18、/(0.549 ×1632)=107.54N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿De桿件軸力： N=27.0824KN計(jì)算長(zhǎng)度： loy=2859mm lox =0.8×2859=2287mm選用2L70×6，肢背間距a=8mm，則A=16.32cm2，=2.16cm，=3.09cm.x= lox/ix=228.7/2.16=102.7<350y= loy/iy=285.9/3.09=78.9<350因x <y，則可以近似認(rèn)為yz =yX=102.7=N/A=27082/1632=16.59N/mm2<215N/mm2故所

19、選截面合適。l 桿eF桿件軸力： N=-15.2484KN計(jì)算長(zhǎng)度： loy=3114mm lox =0.8×3114=2491mm選用2L63×8，肢背間距8mm，則A=19.02cm2，=1.9cm，=2.95cm.x= lox/ix=249.1/1.9=131.1<150y= loy/iy=311.4/2.95=105.5<150因x >y，只需求x。查表x =0.387，則=N/(XA)= 152484/(0.387×1902)=20.34N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿Fg桿件軸力： N=-12.9966KN計(jì)算

20、長(zhǎng)度： loy=3114mm lox =0.8×3114=2491mm選用2L63×8，肢背間距8mm，則A=19.02cm2，=1.9cm，=2.95cm.x= lox/ix=249.1/1.9=131.1<150y= loy/iy=311.4/2.95=105.5<150因x <y，則可以近似認(rèn)為yz =yX=131.1=N/A= 12996.63/1902=6.83N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。l 桿gH桿件軸力： N=-19.010KN計(jì)算長(zhǎng)度： loy=3376mm lox =0.8×3376=2700mm 選用2L

21、70×6，肢背間距a=8mm，則A=16.32cm2，=2.15cm，=3.19cm. x= lox/ix=2700/2.15=126.0<350y= loy/iy=339/3.19=106.3<350因x >y，則可以近似認(rèn)為yz =yX=126=N/(XA)=19010/1632=11.6/mm2<215N/mm2故所選截面合適。4)豎桿u 端部豎桿Aa桿件軸力： N=-4.85KN計(jì)算長(zhǎng)度： lox =2004mm，loy=2004mm選用2L50×5，肢背間距a=8mm，則A=9.61cm2，=1.53cm，=2.38cm. x= lox/i

22、x=200.4/1.53=130.9<150y= loy/iy=200.4/2.38=84.2<150因x >y，只需求x。查表x =0.3834，則=N/(XA)=4850/(0.3834×961)=13.1N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。u 其他豎桿Cc、Ee、Gg這三根桿件受力相同而且較小，以最不利桿件Gg（長(zhǎng)度最大）確定斷面。由于受力較小，可按長(zhǎng)細(xì)比選擇截面。最大壓力： N=-11.97 KN 計(jì)算長(zhǎng)度： l0x = 0.8×2877=2301mm，loy=2877mm ix = lox/ =2301/150=15.34mm iy

23、 = loy/ =2877/150=19.18mm選用2L63×8，肢背間距a=8mm，則A=19.02cm2，=1.90cm>1.54cm，=2.95cm>1.93cm.x= lox/ix=230.1/1.90=121.1<150y= loy/iy=287.7/2.95=97.5<150因x >y，只需求x。查表x =0.432，則=N/(XA)=11970/(0.432×1902)=14.56 N/mm2<215N/mm2故所選截面合適。5)由于該屋架為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且荷載為對(duì)稱荷載，故其他各桿截面設(shè)計(jì)由以上計(jì)算結(jié)果即可得到.5-1表名稱

24、桿件編號(hào)內(nèi)力（KN）計(jì)算長(zhǎng)度L0（cm）截面形式和規(guī)格截面面積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)桿件應(yīng)力(KN/mm2)LoxLoyixiyxy(yZ)上弦FG，GH-118.15150.7450 2 L125×80×831.9782.375.9263.676.71500.714-51.745134下弦eg116.031300103.5 2L100×63×1019.321.794.78169.5224.5135060.33腹桿Ba-74.535202.4253 2L75×50×818.9342.352.1986.1115.51

25、500.46484.8Bc56.3376209261.2 2L75×50×818.9342.352.1988.9119.535029.75Dc-42.767228.7285.92L70×616.322.163.09102.778.971500.549107.54De27.0824228.7285.92L70×616.322.163.09102.7102.735016.59Fe-15.248249.1211.42L63×819.021.92.95131.1105.51500.38720.34Fg12.9966249.1211.42L63×

26、;819.021.92.95131.1131.13506.83Hg19.0106270337.62L70×616.322.163.0912612635011.6Aa-5.985200.4200.42L50×59.611.532.38130.984.21500.38313.1Cc，Ee-11.97228028512L63×819.021.92.9512096.61500.34118.53Gg-11.97230128772L63×819.021.92.95121.197.51500.43219.24六、 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)各桿件內(nèi)力由表內(nèi)力表查得，。設(shè)計(jì)步驟：由腹桿內(nèi)

27、力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的尺寸，即Hf 和lw ,然后根據(jù)lw 的大小比例繪出節(jié)點(diǎn)板的尺寸和形狀，最后驗(yàn)算先弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。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,最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于8和40mm1下弦節(jié)點(diǎn)c，見(jiàn)圖6-1。 (1)斜桿Bc與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N=56.337KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背： lw =0.7N/(2×0.7 h f ×ff w)=0.7×56337/(2×0.7×6×160)=29.3mm用60mm；肢尖： lw =0.3N/(2×0

28、.7 h f ×ff w)=0.3×56337/(2×0.7×6×160)=13.5mm 用50mm(2)斜桿cD與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：N= -42.7673KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：lw =0.7N/(2×0.7 h f ×ff w)=0.7×42767/(2×0.7×6×160)=22.27mm 用50mm；肢尖： lw =0.3N/(2×0.7 h f ×ff w)=0.3×42767/(2×0.

29、7×6×160) =9.54mm用50mm(3)cC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊角尺寸Hf =5mm(4) 根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)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(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為400mm×280mm.（5）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為，取，焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差N=(94.516-39.77)=54.746KN，對(duì)受力較大的肢背處焊縫進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：f =0.75×N/(2×0.7 h f × lw)=0.75×547

30、46/(2×0.7×6×(350-8)=14.29(N/mm2) <ffw=160(N/mm2)焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖6-2)（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長(zhǎng)度的計(jì)算Bc桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c” 相同。Ba桿：NBa= -74.5348KN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為 肢背： lw1 =0.65N/(2×0.7 h f ×ff w)=0.65×74534/(2×0.7×6×160)=36mm用80mm；肢尖: lw2 =0.35N/(2&

31、#215;0.7 h f ×ff w)=0.35×74534/(2×0.7×6×160)=19.4mm 用50mm(2)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸(方法同下弦節(jié)點(diǎn)“c”) 確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為。(3)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算為了便于在上弦擱置檁條和屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可以縮進(jìn)12mm，用塞縫連接，這時(shí)h f =t/2=3mm, lw1= lw2=400-8=392mm。受集中力的影響P=10.5KN.。則f =P/(2×0.7 h f × lw)=10500/(2×0.7×3×(400-8)=6.6

32、(N/mm2)<ffw=160(N/mm2)肢尖角焊縫承受相鄰節(jié)間內(nèi)力差= 72.47840= 72.478KN,偏心距e=80-18=62mm, 偏心彎矩M=N×e=72478×62=4493636N·mm,h f =6mm,則N=N/(2×0.7 h f × lw1)= 72478/(2×0.7×6×392)=22.01(N/mm2) <ffw=160(N/mm2)=M/WW=4493636/(2×0.7×6×3922)=3.481(N/mm2N2+(/1.22)2 =

33、22.012+(3.418/1.22)2=22.16(N/mm2) <ffw=160(N/mm2),強(qiáng)度滿足要求。3.屋脊節(jié)點(diǎn)“H”（圖6-3） (1)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，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。需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱的一部分：=（t+ h f+5）,拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力來(lái)計(jì)算。NGH= -118.146 KN設(shè)肢尖、肢背焊角尺寸為6mm， lw=N/(4×0.7 hf ×ff w) + 2 hf =118146/(4×0.7×6×160) +12 =55.9mm取100mm；拼接角鋼總長(zhǎng)L=2×100+12=212mm，取250mm。豎肢需要截去=（t+ h f+5）=8+6+5=19mm，取=20mm。 計(jì)算屋脊處的弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，取hf=