米梯形鋼屋架鋼課程設(shè)計

－、設(shè)計資料梯形鋼屋架長度為72m，跨度為27m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺中級工作制橋式吊車。該地區(qū)冬季最低溫度為－20屋面采用1.5m×6.0m預(yù)應(yīng)力大型屋面板，屋面坡度為i=1:10。上鋪120mm厚泡沫混凝土保溫層和三氈四油防水層等。屋面活荷載標準值為0.7kN/㎡，雪荷載標準值為0.3kN/㎡，積灰荷載標準值為0.6kN/㎡。屋架采用梯形鋼屋架，其兩端鉸支于鋼勁混凝土柱上。柱頭截面為400mm×400mm，所用混凝土強度等級為C20。根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì)，鋼材采用Q235級，其設(shè)計強度f=215kN/㎡,焊條采用E43型，手工焊接。構(gòu)件采用鋼板及熱軋鋼勁，構(gòu)件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，設(shè)計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27米軸線處的端部高度：h=2000mm（軸線處），h=2015mm（計算跨度處）。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸見圖1所示。圖1屋架形式及幾何尺寸屋架支撐布置見圖2所示。符號說明：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）圖2屋架支撐布置圖三、荷載與內(nèi)力計算1.荷載計算荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。永久荷載標準值放水層（三氈四油上鋪小石子）0.35kN/㎡找平層（20mm厚水泥砂漿）0.02×20=0.40kN/㎡保溫層（120mm厚泡沫混凝土）0.12×6=0.70kN/㎡預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡鋼屋架和支撐自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道設(shè)備自重0.10kN/㎡總計3.387kN/㎡可變荷載標準值雪荷載0.3kN/㎡積灰荷載0.60kN/㎡總計0.90kN/㎡永久荷載設(shè)計值1.35×3.387=4.572kN/㎡（由可變荷載控制）可變荷載設(shè)計值1.4×0.9=1.26kN/㎡2.荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合：組合一全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載P=(4.572+1.26)×1.5×6=52.488kN組合二全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載=4.572×1.5×6=41.148kN=1.26×1.5×6=11.34kN組合三全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載屋架上弦節(jié)點荷載=0.417×1.2×1.5×6=4.5kN=(1.4×1.35+0.7)×1.5×6=23.31kN3.內(nèi)力計算本設(shè)計采用程序計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對桿件計算主要起控制作用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均勻鋪設(shè)面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。注：表內(nèi)負責表示壓力；正值表示拉力圖3屋架接點圖四、桿件截面設(shè)計腹桿最大內(nèi)力，N=-585.77KN，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。1.上弦桿整個上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=-1057.11KN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=150.8cm屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：=4500cm因為3≈，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并，見圖4圖4上弦截面設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807需要截面積===6093需要回轉(zhuǎn)半徑==2.51==7.50cm根據(jù)需要的、、查角鋼型鋼表，初選2L16010014，A=6940，=2.80cm，=7.86m。按所選角鋼進行驗算===52.9＜[λ]=150===57＜[λ]=150由于，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，＝0.823=185N/<215N/所選截面合適。2.下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=1106.45kN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=4500mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取=13350mm計算需要凈截面面積==5146.3選用2L1409014（短肢相并），見圖5。圖5下弦截面A=6940，=2.51cm，=6.93cm。按所選角鋼進行截面驗算，?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點板邊緣距離大于100mm，則可不計截面削弱影響）=181.4N/<215N/==179.3<[]=250=192.6<[]=350所選截面滿足要求。3.端斜桿Ba已知N＝-585.77kN，＝＝253.9cm因為＝，故采用等肢角鋼，使＝選用角鋼2L10012,見圖6圖6端斜桿BaA＝4560，＝3.03cm，＝4.64截面剛度和穩(wěn)定驗算==83.8<[]=150==54.7<[]=150由于=14.730.6624193.9N/<215N/所選截面滿足要求。填板放兩塊，=84.6cm＜40=40×3.03=121.24.斜桿Bb已知N=470.29kN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取=2622mm選用2L1006，見圖7。圖7斜桿BbA=2386，=3.10cm，=4.44cm。=198.6N/<215N/==67.7<[]=350=59.1<[]=350所選截面滿足要求。填板放兩塊，=87.4cm＜80=80×3.10=248cm5.再分腹桿c1G=-239.35kN，=-197.35kN，=4174mm計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396mm選用2L1006，見圖8。圖8再分腹桿c1G圖9中豎桿JeA=2386，=3.10cm，=4.44cm。==53.9<[]=350=99<[]=350由于=25.50.5182195.6N/<215N/所選截面滿足要求填板放兩塊，=109.9cm＜40=40×3.10=124cm6.中豎桿Je已知N＝0，＝0.9335＝301.5cm中間豎桿選用2L756的角鋼，并采用十字形截面，見圖9A=17.6,cm,=103.6<[]=150所選截面滿足要求填板放五塊，=60.3cm＜40=40×2.45=98cm其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結(jié)果見表2桿件名稱內(nèi)力設(shè)計值N（KN）計算長度（cm）選用截面截面積A（）回轉(zhuǎn)半徑（cm）[λ]計算應(yīng)力（N/）上弦桿-1057.11150.8300短肢相并2L160*100*1469.42.807.8653.91500.8384-192下弦桿1106.454501335短肢相并2L140*90*14612.516.93179.3350/191.7Aa-26.24201.5201.5T型截面2L50*517.61.532.53131.71500.3795-41.5Ba-585.77253.9253.9T型截面2L100*1245.63.034.6483.81500.6624-205Bb470.29209.76262.2T型截面2L100*623.863.104.4467.7350/208.3Cb-52.49184230T型截面2L50*59.61.532.53120.31500.6624-136.1Db-390.51229.84287.3T型截面2L100*1245.63.034.4675.91500.7146-125.7Dc287.63229.84287.3T型截面2L75*617.62.313.5399.5350/172.7Ec-78.73208260T型截面2L75*617.62.313.5397.71500.5701-82.9E138.32151.2189T型截面2L50*59.61.532.5398.8350/42.21F1-52.49104130T型截面2L50*59.61.532.53681500.763-75.7c1-239.35166.96439.6T型截面2L100*623.863.104.44105.81500.5182-204.6G1-197.35Gd1.72261.2326.5T型截面2L75*617.62.313.53113150/1.34-126.222500.475-165.7Hd0.00244305T型截面2L75*617.62.313.531051500.5230.00H20.00162.8203.5T型截面2L50*59.61.532.53106.41500.5140.00I20.00137.25152.5T型截面2L50*59.61.532.5379.71500.6880.00J2-d2150.38179.92449.8T型截面2L75*617.62.313.53129.6350/93.5-2.111500.688-4.2Je0.00301.5301.5十字型截面2L75*617.6=2.91=2.91103.6150/0.00五、節(jié)點設(shè)計用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值各桿件內(nèi)力由表2查得，最小焊縫長度不應(yīng)小于下弦節(jié)點b見圖10圖10下弦節(jié)點b（1）斜桿Bb與節(jié)點的連接焊縫計算：N=470.29kN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長度為：肢背：+12=245.3mm，取＝270mm肢尖：+10=150mm，?。?70斜桿Db與節(jié)點的連接焊縫計算：N=390.51kN設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長度為肢背：+12=205.7，?。?50mm肢尖：+10=126.2，?。?50mm（3）豎桿Cb與節(jié)點板連接焊縫計算：N=52.49kN因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長度40mm，取=60mm（4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差△N=784.17-311.25＝472.92KN，設(shè)肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為：肢背：+12=247mm，?。?70mm肢尖：+12=129，?。?50mm（5）節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖11所示圖11節(jié)點板b尺寸2.上弦節(jié)點B圖12上弦節(jié)點B（1）斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。（2）斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算，N=585.77kN。設(shè)肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背：+20=194，?。?00mm肢尖：+12=157，?。?80mm（3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm假定集中荷載P由槽焊縫承受，P=52.488kN，焊腳尺寸為5mm所需槽焊縫長度為:+10=+10=56.9mm,取=65mm上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差△N=583.14-0.0＝583.14kN偏心距e=100-24.3＝75.7設(shè)肢尖焊腳尺寸8mm，設(shè)需焊縫長度為470mm（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖13所示圖13節(jié)點板B尺寸3.屋脊節(jié)點J見圖14圖14屋脊節(jié)點J弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。N=1057.11KN，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為，取=375mm拼接角鋼長度取2375+50＝800mm（2）弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計算。N=1057.1115%＝158.6kN，設(shè)焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)焊縫長度為250mm（3）中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=0kN此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長度40mm，取=60mm（4）斜桿J2與節(jié)點板連接焊縫的計算N=150.38KN，設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長度為：肢背：，取=100mm肢尖：，取焊縫長度=60mm（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖15所示圖15節(jié)點板J尺寸4.下弦跨中節(jié)點e見圖16圖16下弦跨中節(jié)點e（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞內(nèi)力N=957.91kN設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為，取=300mm拼接角鋼長度不小于2300+12=612mm（2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背：，取=90mm肢尖：，按構(gòu)造要求，取焊縫長度48mm，取=60mm（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖17所示圖17節(jié)點板e尺寸5.端部支座節(jié)點a圖18支座節(jié)點a（1）為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為14mm支座底板計算：支座反力取加勁肋的寬度為80mm，考慮底板上開孔，按構(gòu)造要求取底板尺寸為280m