單跨廠房的鋼屋蓋設(shè)計(jì)(24米跨度梯形屋架)

1、一、 設(shè)計(jì)題目 單跨廠房的鋼屋蓋設(shè)計(jì)（24米跨度梯形屋架）二、 設(shè)計(jì)資料（1）該車間有20/5t電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)（A3級(jí)）、無天窗；（2）鋼屋架支承在鋼筋混凝土柱頂，鋼材采用Q235，混凝土等級(jí)為C25；（3）對(duì)于梯形屋架，屋面采用1.5mX6.0m的大型屋面板（屋面板可考慮作支撐用）；（4）車間長(zhǎng)度為240m，縱向柱距為6m。溫度伸縮縫采用雙柱。（5）柱網(wǎng)布置圖如圖一所示：（6）屋架形式及荷載：采用梯形鋼屋架、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如圖所示：2、荷載永久荷載：采用加氣混凝土屋面板1.5×6.0m，重量（標(biāo)準(zhǔn)值）為0.9 KN/m2; 改性瀝青防水

2、卷材，重量（標(biāo)準(zhǔn)值）為0.1 KN/m2;屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L計(jì)算，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，所以為0.384KN/m2；可變荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5KN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.65KN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；三、 支撐布置上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端及伸縮縫處第一開間內(nèi)，并在相應(yīng)開間屋架跨中設(shè)置豎向支撐，在其余開間屋架下弦跨中設(shè)置一通長(zhǎng)水平柔性系桿，考慮大型屋面板在屋架平面外的支撐作用，取兩塊屋面板寬；下弦桿在屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度為屋架跨度的一半。四、 荷載計(jì)算沿屋面斜面分布的永久

3、荷載乘以1/cos=（10*10+1）/10=1.005換算為沿水平投影面分布的荷載。4.1標(biāo)準(zhǔn)永久荷載值加氣混凝土屋面板1.5*6m 0.9*1.005=0.905 KN/m2改性瀝青防水卷材 0.1*1.005=0.101KN/m2屋架與支撐 0.384KN/m2 合計(jì) 1.39 KN/m24.2標(biāo)準(zhǔn)可變荷載屋面活荷載與雪荷載兩者取大值，從資料可知屋面雪荷載大于活荷載，故取屋面雪荷載作為標(biāo)準(zhǔn)可變荷載。屋面活載 0.5 KN/m2 雪荷載 0.65 KN/m2 合計(jì) 0.65 KN/m2 4.3三種荷載組合4.3.1全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：F1=(1.35*1.39+

4、1.4*0.7*0.65)*1.5*6=22.622 KNF2=(1.2*1.39+1.4*0.65)*1.5*6=23.202KNF3=(1.2*1.39+1.4*0.7*0.65)*1.5*6=20.745 KN 取F2=23.202KN4.3.2在使用過程中全跨永久荷載和半跨使用荷載。 全跨永久荷載設(shè)計(jì)值： 對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F1.1=1.35*1.39*1.5*6=16.889KN（按永久荷載為主要控制）F1.2=1.2*1.39*1.5*6= 15.012KN（按可變荷載為主要控制） 對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F1.3=1.0*1.39*1.5*6=12.51 KN 取F1.1=16.889KN 半

5、跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值： F2.1=1.4*（0.7*0.65）*1.5*6= 5.733KN（按永久荷載為主要控制） F2.2=1.4*0.65*1.5*6= 8.19KN（按可變荷載為主要控制） 取F2.2=8.19KN4.3.3在吊裝過程中可能出現(xiàn)的半跨屋面板荷載和活載（活載為500N/m2）；（僅對(duì)梯形屋架）全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F3.1=1.2*0.384*1.5*6=4.147 KN對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F3.2=1.0*0.384*1.5*6=3.456 KN 取F3.1=4.417KN 半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重+半跨節(jié)點(diǎn)屋面板活荷載設(shè)計(jì)值： F4=(1.2*0.905+1.4*0.

6、5)*1.5*6=16.074 KN 取F4=16.074KN五、內(nèi)力計(jì)算 屋架在上述3種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖所示。由已知得F=1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），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。（a）全跨永久荷載與全跨可變荷載（b）全跨永久荷載與半跨可變荷載（F2可左可右）（c）全跨屋架包括支撐、半跨屋面板自重、半跨屋面活荷載（F4可左可右）桁架內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱桿件內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載N=F*全跨永久荷載+半跨可變荷載N=F全*+F半*全跨永久荷載+半跨可變荷載N=F全*+F半*全跨屋架和支撐自重+半跨屋面板重+半跨屋面活

7、荷載N=F全*+F半*或計(jì)算內(nèi)力F=1(Aa為1/2F)在左半跨在右半跨全跨上弦桿AB00000000BC-8.79-3.77-11.72-271.93 -269.93 -228.82 -193.06 -258.96CD-8.79-3.77-11.72-271.93 -269.93 -228.82 -193.06 -258.96DE-12.2-6.46-17.23-399.77 -390.92 -343.90 -272.21 -378.02EF-12.2-6.46-17.23-399.77 -390.92 -343.90 -272.21 -378.02FG-12.25-8.48-18.84-4

8、37.13 -418.52 -387.64 -280.12 -413.46GH-12.25-8.48-18.84-437.13 -418.52 -387.64 -280.12 -413.46HI-10.05-10.05-17.87-414.62 -384.12 -384.12 -240.48 -392.03下弦桿ac5.232.056.82158.24 158.02 131.97 114.19 151.38ce10.965.1915348.03 343.10 295.84 242.43 329.30eg12.57.518.33425.29 411.95 371.00 281.89 402.27

9、gi11.329.2618.53429.93 405.66 388.79 263.80 406.57斜腹桿Ba-7.77-3.04-10.14-235.27 -234.89 -196.15 -169.68 -225.04Bc5.242.537.21167.29 164.69 142.49 116.07 158.15Dc-3.63-2.37-5.47-126.91 -122.11 -111.79 -82.51 -119.96De1.942.033.5181.44 75.17 75.91 46.69 77.12Fe0.64-1.93-2.15-49.88 -31.07 -52.12 0.79 -4

10、9.63Fg-0.561.690.7517.40 8.08 26.51 -5.69 24.4Hg1.7-1.630.4410.21 21.35 -5.92 29.27 29.31Hi-2.611.45-1.48-34.34 -46.37 -13.12 -48.49 -48.51豎桿Aa-0.50-0.5-11.60 -12.54 -8.44 -10.25 -11.91Cc-10-1-23.20 -25.08 -16.89 -20.49 -23.82Ee-10-1-23.20 -25.08 -16.89 -20.49 -23.82Gg-10-1-23.20 -25.08 -16.89 -20.4

11、9 -23.82Ii11-1-23.20 -8.70 -8.70 11.66 -21.94結(jié)點(diǎn)編號(hào)六、桿件設(shè)計(jì)5.1上弦桿整個(gè)上弦桿采用等截面，按FG、GH桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。N=-413.46KN 上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，?。汗?jié)點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度用10mm設(shè)=80，選用角鋼，為b類截面，查表得。需要截面積：需要的回轉(zhuǎn)半徑：,選用不等邊角鋼短邊相并，根據(jù)需要的A、查角鋼規(guī)格表，選用2125*80*8，=2.28cm，=6.00cm，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 截面和界面都為b類截面，由于，只需要求。查表的=0.787

12、。= 故所選截面合適。6.2下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)。N= 406.57KN設(shè)=130 ，需要的凈截面面積為選用280*50*8， =1.38cm，=4.02cm，由于，故用不等肢角鋼短肢相并=217.39<, =297.781974mm2所選截面合適。 6.3腹桿 6.3.1腹桿Ba桿件軸力： N=225.04kN=225040N計(jì)算長(zhǎng)度=213.6cm，因?yàn)?，故采用不等值角鋼長(zhǎng)肢相并。使設(shè)=60，查表得。選用280*50*7，A=19.76cm2，=2.86cm，=2.34cm，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：=88.6cm b2/t=7.14>0.48loy/b

13、2=5.07 =37.48 截面和界面都為b類截面，由于，只需要求。查表的=0.631。故所選截面合適。屋架桿件截面選用表?xiàng)U件 計(jì)算內(nèi)力/kN截面規(guī)格計(jì)算長(zhǎng)度/mm長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)力/(N/mm2)名稱編號(hào)上弦FG、GH-413.462125*80*81508301665.8557.79164.18下弦gi406.57280*50*83001185217.39297.78206.05斜腹桿Ba-225.04280*50*72136213688.637.48180.49Bc158.15275*51781222691.3068,70249.86Dc-119.96275*51972246590.9376.0

14、8189.52De77.12275*519642455100.3275.77121.84Fe-49.63275*52167270999.9583.6173.67Fg24.4275*52159269999.7783.3038.55Hg29.31275*521552694109.3583.1546.31Hi158.15275*52362295391.3091.14249.86豎桿Aa-11.91250*51500150098.0461.2221.76Cc-23.82250*51440180094.1273.4741.35Ee-23.82250*516802100109.8085.7149.625G

15、g-23.82250*519202400125.4997.9662.03Ii-21.94250*527002700176.47110.2114.27七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)7.1下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖6.1）圖7.1 c節(jié)點(diǎn)板布置圖 各類桿件的內(nèi)力由表4.1查得。這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)復(fù)桿的內(nèi)力計(jì)算與復(fù)桿與節(jié)點(diǎn)版連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)版的形狀與尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)版的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取

16、根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為34cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。7.2上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖6.2)圖7.2 B節(jié)點(diǎn)板布置圖Bc桿（2L 75×5）與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同。即肢背，肢尖aB（2L80×50×7）桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連

17、接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為400mm。節(jié)點(diǎn)荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時(shí)槽肯定是安全，可不必驗(yàn)算。肢尖焊縫驗(yàn)算如下：滿足要求。7.3屋脊節(jié)點(diǎn)“I”（圖6.3）一般都采用同號(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，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（一條焊縫）：,取110mm拼接角

18、鋼的長(zhǎng)度取。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，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30cm則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為，焊縫應(yīng)力為：因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊縫。腹桿Hg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同圖6.3屋脊節(jié)點(diǎn)布I的布置圖7.5下弦節(jié)點(diǎn)“i”（圖6.4） 圖7.4下弦節(jié)點(diǎn)i的布置圖拼接角鋼焊縫 所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（一條焊縫）：取115mm拼接角鋼的長(zhǎng)度取設(shè)Hi桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的