學(xué)士焊接普通鋼屋架課程設(shè)計計算書

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計——楊蔚第17頁共18頁山西師范大學(xué)工程學(xué)院建筑工程技術(shù)專業(yè)《鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》題目：焊接普通鋼屋架設(shè)計姓名：楊銳班級：建工1班學(xué)號：1030090145指導(dǎo)教師：魏建萍2011年11月一、設(shè)計資料1、某單層單跨工業(yè)廠房，跨度24m，長度102m。2、廠房柱距6m，鋼筋混凝土柱，混凝土強度等級C20，上柱截面尺寸400400，鋼屋架支承在柱頂。吊車一臺150T，一臺30T，吊車平臺標高+12.000m。荷載標準值（水平投影面計）（1）永久荷載：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0.5KN/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)力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撐自重（按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011LKN/m2算）0.384KN/m2（2）可變荷載：屋面活荷載標準值：0.7KN/m2雪荷載標準值：0.35KN/m2積灰荷載標準值：1.2KN/m2屋架計算跨度，幾何尺寸及屋面坡度見圖1。圖1.鋼屋架幾何尺寸（mm）鋼材3號鋼、角鋼、鋼板各種規(guī)格齊全；有各種類型的焊條荷C級螺栓可供選用。鋼屋架的制造、運輸和安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運往工地安裝，最大運輸長度16m，運輸高度3.85m，工地有足夠的起重安裝條件。屋蓋形式采用無檁條方案（預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板）。根據(jù)屋蓋支撐系統(tǒng)的布置原則，在第一開間布置上弦橫向水平支撐，上弦橫向水平支撐間距不宜超過60m，故在中間開間布置上弦橫向水平支撐；在上弦橫向水平支撐處同樣設(shè)置下弦橫向水平支撐，并在支座處設(shè)置下弦縱向水平支撐；在支座處和跨中處設(shè)有橫向支撐處設(shè)置豎向支撐，每4個開間再設(shè)置一道豎向支撐。屋架形式、尺寸及屋蓋支撐布置見圖2。二、荷載計算1、荷載按屋面做法，已知各荷載標準值算出永久荷載設(shè)計值；按屋面活載及雪荷載兩者中取大值的原則，算出可變荷載設(shè)計值。計算可列表1進行。表1.荷載匯集表序號荷載名稱標準值(KNN/m2)設(shè)計值(KNN/m2)1防水層(三氈氈四油,上鋪綠豆砂砂)0.400.482找平層(水泥泥砂漿)0.400.483保溫層0.500.604隔氣層（一氈氈二油）0.050.065找平層（水泥泥砂漿）0.300.366預(yù)應(yīng)力鋼筋混混凝土大型型屋面板1.401.687屋架及支撐自自重0.3840.461永久荷載總重重g3.4344.1218屋面活荷載0.700.989雪荷載0.350.4910積灰荷載1.201.68可變荷載總重重P1.902.662、荷載組合荷載組合應(yīng)考慮使用階段和施工階段兩種情況，下列（1）、（2）為使用階段的最不利荷載組合，（3）為最常見的施工方法所確定的最不利荷載情況，三種荷載組合均以屋架上弦節(jié)點荷載表示。第一種組合：全跨永久荷載＋全跨可變荷載P＝（4.121+2.66）×1.5×6=61.03KN第二種組合：全跨永久荷載＋半跨可變荷載P1＝61.03KNP2=4.121×1.5×6=37.09KN第三種組合：全跨屋架支撐自重＋半跨屋面板重+半跨可變荷載重P1＝（0.461＋1.68＋2.66）×1.5×6＝43.21KNP2＝0.461×1.5×6＝4.15KN三、內(nèi)力計算根據(jù)單位節(jié)點荷載作用下各桿的內(nèi)力系數(shù)，可按下表進行桿件內(nèi)力的計算。表2.桿件內(nèi)力計算桿件內(nèi)力系數(shù)（PP=1）第一種組合第二種組合第三種組合選定內(nèi)力設(shè)計計值（KNN）左半跨右半跨全跨P（3）P1（1）++P2（2）P1（2）++P2（1）P1（1）++P2（2）P1（2）++P2（1）（1）（2）（3）上弦桿AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BD-6.25-2.47-8.72-532.118-473.005-382.556-280.331-132.667-532.118DF-9.04-4.49-13.533-825.774-718.225-609.332-409.225-231.553-825.774FH-9.17-6.09-15.266-931.332-785.552-711.779-421.551-301.220-931.332HI-7.38-7.38-14.711-897.775-724.113-724.113-349.552-349.552-897.775下弦桿ac+3.48+1.25+4.73288.677258.755205.366155.56668.45288.677ce+8.0+3.53+11.533703.688619.177512.166360.333185.733703.688eg+9.34+5.31+14.655894.099766.977670.499425.622268.211894.099gi+8.44+6.73+15.177925.833764.711723.777392.622325.833925.833斜腹桿aB-6.53-2.34-8.87-541.334-485.332-385.001-291.887-128.221-541.334Bc+4.76+2.12+6.88419.899369.133305.933214.488111.366419.899cD-3.14-2.03-5.44-332.000-266.993-240.335-144.110-100.775-332.000De+1.90+1.80+3.70225.811182.722180.33389.5785.66225.811eF+0.71-1.75-2.46-150.113-21.588-80.47723.42-72.677-150.113Fg-0.45+1.56+1.1167.7430.4078.52-12.97765.5478.52gH+1.55-1.53+0.021.2237.85-35.89960.63-59.68860.63Hi-2.47+1.39-1.08-65.911-99.199-6.78-100.99649.81-100.996豎腹桿Aa-0.50.00-0.5-30.522-30.522-18.555-21.611-2.08-30.522Cc-1.00.00-1.0-61.033-61.033-37.099-43.211-4.15-61.033Ee-1.00.00-1.0-61.033-61.033-37.099-43.211-4.15-61.033Gg-1.00.00-1.0-61.033-61.033-37.099-43.211-4.15-61.033Ii+0.970.97+1.93+117.77995.1895.1845.9445.94+117.779桿件截面選擇圖3.桿件內(nèi)力值（KN）1、節(jié)點板厚最大腹桿內(nèi)力N=-541.34KN，查鋼結(jié)構(gòu)課本表7—6并考慮到構(gòu)造等要求，鋼材為3號鋼，故選用節(jié)點板厚t=12mm；由于支座節(jié)點受力較大，支座節(jié)點板應(yīng)比屋架其它節(jié)點板厚2mm，取支座節(jié)點板厚t=14mm。2、上弦桿整榀屋架上弦采用一種桿件截面，按上弦桿FH的最大計算內(nèi)力設(shè)計。計算內(nèi)力：N=-931.32KN=-931320N計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點中心間軸線長度，取屋架平面外根據(jù)屋架支撐布置和上弦內(nèi)力變化，取截面選擇：由于，選用不等邊角鋼，短邊相連。設(shè)，查附表2-5得，，需要的截面特性：根據(jù)需要的A、、，查型鋼表（附表5—14），選用2∟160×100×14不等邊角鋼，短邊相連，截面特性為：A=69.4cm2,=2.80cm,=7.86cm由，查附表2—5得3、下弦桿整榀屋架下弦桿采用同一截面，按下弦桿gi的最大計算內(nèi)力設(shè)計。計算內(nèi)力：N=925.83KN=925830N計算長度：截面選擇：查附表5—14，選用2∟140×90×10不等邊角鋼，短邊相連，截面特性為A=44.522cm2,，截面驗算：4、端斜桿aB計算內(nèi)力：N=-541.34KN=-541340N計算長度：選用2∟125×80×10，長邊相連，截面特性為A=39.4cm2,，截面驗算：查附表17-2得，5、腹桿Bc計算內(nèi)力：N=419.89KN=419890N計算長度：，截面選擇：查附表5—14，選用2∟80×7等邊角鋼截面特性：A=21.8cm2,，截面驗算：6、腹桿cD計算內(nèi)力：N=-332.00KN=-332000N計算長度：設(shè)，查附表17-2得，，需要的截面特性：查附表5—114，選用2∟90×7等邊角鋼鋼截面特性：A=24.66cm2,，截面驗算：查附表17--2，7、腹桿ggH計算內(nèi)力：NN1=-559.688KN=--596880N，N2=660.633KN=6606300N根據(jù)桿件設(shè)計計構(gòu)造要求求，為方便便制造和備備料，在同同一榀屋架架中，采用用的角鋼規(guī)規(guī)格不宜太太多，故此此處也選用用2∟80×6等邊角鋼鋼。先按N1=--59.6680KNN=-599680NN進行截面面驗算：截面特性：AA=18..794ccm2,，截面驗算：，查附表2—55，再用N2=660.633KN=6606300N對所選截截面進行驗驗算：所以，截面安安全，所選選截面滿足足要求。8、豎桿AAa和Ii豎桿Aa和IIi按連接構(gòu)構(gòu)造要求，分分別選用2∟80×66T形截面和和十字形截截面。上述桿件及其其余桿件的的截面選擇擇列表如下下（見表3.屋架桿件件截面選擇擇表）：表3.屋架桿桿件截面選選擇表桿件計算內(nèi)力KN截面規(guī)格截面面積cm2計算長度cm回轉(zhuǎn)半徑cm長細比[λ]穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力N/mm2名稱編號l0xl0yixiyλxλxφxφy上弦桿所有-931.332╥160×1100×11469.4150.8603.22.807.8653.8677.141500.706190.1下弦桿所有+925.883╨140×990×10044.523006002.566.84117.19987.72350208.0斜腹桿aB-541.334╞125×880×10039.4253.5253.52.263.38112.177751500.720190.8Bc+419.889╞80×721.8208.644260.82.463.7584.8169.5350192.6cD-332.000╞90×724.6228.722285.92.784.1582.368.91500.675199.9De+225.881╞80×618.79228.722285.92.473.7392.6076.65350120.188eF-150.113╞80×618.79250.3312.92.473.73101.383.91500.547146.077Fg+78.522╞80×618.79249.5311.92.473.73101.083.635041.79gH-59.688╞80×618.79271.7339.62.473.73110.091.01500.49364.41Hi-100.996╞80×618.79269.6337.02.473.73109.190.31500.498107.899豎腹桿Aa-30.522╞80×618.79199.0199.02.473.7380.5753.351500.68423.75Cc-61.033╞80×618.79183.2229.02.473.7374.1761.391500.72544.80Ee-61.033╞80×618.79207.2259.02.473.7383.8969.441500.66249.06Gg-61.033╞80×618.79231.2289.02.473.7393.677.481500.59754.41Ii+117.779╀80×618.79287.13.1192.325062.69五、節(jié)點設(shè)計計圖4.桿件內(nèi)內(nèi)力值（KN）下弦節(jié)點“cc”先計算腹桿焊焊縫長度，然然后定出節(jié)節(jié)點板的形形狀和尺寸寸，然后計計算下弦桿桿與節(jié)點板板之間的連連接焊縫。（1）Bc桿桿焊縫計算算N=419..89KNN=4199890NN，角焊縫縫強度設(shè)計計值根據(jù)焊角高度度的構(gòu)造要要求及所選選用角鋼的的型號，取取采用三面圍焊焊，端焊縫縫長度，所所承受的力力為：肢背、肢尖所所承受的力力為：肢背、肢尖所所需的焊縫縫長度為：：（2）Cc桿桿焊縫計算算N=-61..03KNN=-611030NN，設(shè)此處是考慮到到焊縫長度度的構(gòu)造要要求，焊縫縫最小計算算長度應(yīng)不不小于8hf和40mmm，故焊縫縫長度取為為50mmm。（3）cD桿桿焊縫計算算N=-3322.00KKN=-33320000N，設(shè)采用三面圍焊焊，端焊縫縫長度，所所承受的力力為：肢背、肢尖所所承受的力力為：肢背、肢尖所所需的焊縫縫長度為：：(4)下弦弦桿焊縫驗驗算下弦桿與節(jié)點點板連接焊焊縫承受兩兩相鄰內(nèi)力力之差：根據(jù)節(jié)點放樣樣，得節(jié)點點板尺寸為為500××200mmm。肢背焊縫驗算算：設(shè)（）圖5.下弦節(jié)節(jié)點“c”上弦節(jié)點“BB”Bc桿焊縫計計算與下弦弦節(jié)點“c”相同。（1）aB桿桿焊縫計算算N=-5411.34KKN=-55413440N，設(shè)采用三面圍焊焊，端焊縫縫長度，所所承受的力力為：肢背、肢尖所所承受的力力為：肢背、肢尖所所需的焊縫縫長度為：：（2）上弦桿桿焊縫驗算算作為無檁屋蓋蓋，本屋架架上弦節(jié)點點處要擱置置大型屋面面板，考慮慮擱置需要要，將節(jié)點點板縮進角角鋼肢背，并并用槽焊縫縫連接。節(jié)節(jié)點板縮入入上弦桿肢肢背約2t/33=8mmm。肢背焊焊縫的塞焊焊縫承受節(jié)節(jié)點集中荷荷載，槽焊焊縫按兩條條角焊縫計計算hf=6mm，焊焊縫設(shè)計強強度還應(yīng)乘乘以折減系系數(shù)0.8。根據(jù)放放樣情況，可可定節(jié)點板板尺寸為400××300mmm。設(shè)肢尖焊縫。假假定集中荷荷載P與上弦桿桿垂直，忽忽略屋架上上弦坡度影影響。肢背焊縫計算算：肢尖焊縫計算算：圖6.上弦節(jié)節(jié)點“B”3、屋脊節(jié)點點“I”(1)上弦桿桿拼接計算算上弦桿常采用用同號角鋼鋼拼接，為為了連接緊緊密和便于于施焊，需需將拼接角角鋼的棱角角削圓并切切去垂直肢肢的一部分分寬度：。拼拼接接頭一一側(cè)的連接接焊縫長度度按上弦桿桿內(nèi)力計算算，設(shè)焊縫縫，每條焊焊縫所需長長度為：取拼接角鋼長長度為：（2）上弦桿桿與節(jié)點板板連接焊縫縫計算上弦桿與節(jié)點點板之間槽槽焊承受節(jié)節(jié)點荷載，強強度足夠，上上弦桿肢尖尖與節(jié)點板板的連接焊焊逢，按上上弦桿內(nèi)力力的15%計算。設(shè)，節(jié)點板長長度為50㎝，節(jié)點點一側(cè)的焊焊縫長度為為：焊縫應(yīng)力驗算算：（3）Ii桿桿焊縫計算算N=117..79KNN=1177790NN，設(shè)則焊縫所需長長度：根據(jù)節(jié)點板放放樣，得節(jié)節(jié)點板尺寸寸為500××200mmm圖7.屋脊節(jié)節(jié)點“I”4、跨中下弦弦拼接節(jié)點點“i”（1）下弦桿桿拼接計算算下弦桿拼接采采用同號角角鋼，并采采取削圓棱棱角和切去去垂直肢寬寬度等構(gòu)造造處理。拼拼接接頭一一側(cè)的連接接焊縫長度度按下弦桿桿等強度計計算，設(shè)焊焊縫，每條條焊縫所需需長度為：：（2）下弦桿桿與節(jié)點板板連接焊縫縫計算節(jié)點一側(cè)的連連接焊縫按按下弦桿內(nèi)內(nèi)力的15%驗算，焊焊縫長度按按構(gòu)造決定定。設(shè)hf=8mmm，節(jié)點點板尺寸為為500××450