鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計梯形鋼屋架計算書

圖一屋架形式及幾何尺寸屋架支撐布置如圖二所示:圖二-1屋架上弦支撐布置圖圖二-2屋架下弦支撐分布圖圖二-3屋架垂直支撐符號說明：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）。三、荷載與內(nèi)力計算1、荷載計算荷載與雪荷載不同時考慮，故計算時取兩者較大的荷載標準值計算。由資料可知屋面活荷載等于雪荷載，所以取kN/㎡計算。標準永久荷載:防水層、找平層、保溫層㎡預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板㎡鋼屋架和支撐自重+×27=㎡總計:㎡`標準可變荷載:屋面活荷載kN/㎡積灰荷載㎡總計:㎡2、荷載組合設(shè)計桁架時，應(yīng)考慮以下三種組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載(按永久荷載為主控制的組合)：全跨節(jié)點荷載設(shè)計值：F=×+××+××××6=全跨永久荷載+半跨可變荷載：全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：=×××6=kN（按永久荷載為主的組合）=×××6=（按可變荷載為主的組合）對結(jié)構(gòu)有利時：=×××6=半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值：=××+×××6=（按永久荷載為主的組合）=×（+×）××6=（按可變荷載為主的組合）全跨屋架包括支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載(按可變荷載為主的組合)：全跨節(jié)點屋架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：=×××6=對結(jié)構(gòu)有利時：=×××6=半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值：F4=×+×××6=其中①②為使用階段荷載情況，③施工階段荷載情況。計算詳圖見圖三。圖三桁架計算簡圖內(nèi)力計算本設(shè)計采用程序計算結(jié)構(gòu)在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表一。表一桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合F×①第二種組合第三種組合計算桿件全跨①左半跨②右半跨③F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③內(nèi)力（KN)上弦AB000000000BC，CDDE，EFFG，GHHJIJ，JK下弦abbccddeef斜腹桿aBBbbDDccFFddHHeeggKgI0豎桿Aa0CbEc-1-10Gd-1-10Jg-1-10Ie0Kf000000000四、桿件截面設(shè)計1、上弦桿：整個上弦桿采用相等截面，按最大設(shè)計內(nèi)力IJ、JK計算，根據(jù)表得：N=，屋架平面內(nèi)計算長度為節(jié)間軸線長度，即：=1355mm,本屋架為無檁體系，認為大型屋面板只起剛性系桿作用，不起支撐作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取屋架平面外計算長度為支撐點間的距離，即：=3=4065mm。根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并，如圖四所示：圖四上弦桿腹桿最大內(nèi)力N=，查表可知，中間節(jié)點板厚度取12mm，支座節(jié)點板厚度取14mm。設(shè)=60，根據(jù)《規(guī)范》由雙邊角鋼組成的T行和十字形截面均屬于b類，查Q235鋼軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=，則需要截面積：需要回轉(zhuǎn)半徑，根據(jù)A、、查角鋼規(guī)格表，初選用2∟180×110×12，肢背間距a=12mm，該截面特性如下：A=，=，=。按所選角鋼進行驗算：＜[]=150∵＞∴=＜截面在x和y平面皆屬b類，由于，只需求出，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)表得＝,則有:＜所需截面合適。2、下弦桿:整個下弦桿采用同一截面，按最大設(shè)計值計算，根據(jù)表得桿de內(nèi)力最大N=。計算長度又有:=2700mm,=26700/2=13350mm。需要截面面積，選用2∟，采用短肢相并，如圖五所示：圖五下弦桿該截面特性如下：A=6011>，=，=。長細比計算：滿足要求。3、端斜桿aB：已知桿件軸力N＝，＝2390mm。因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使≈，選用角鋼2∟1258010，如圖六所示：圖六端斜桿則其截面特性如下：A＝3942，＝，＝對該截面驗算如下：，又因為：所以：取因為：，只需求，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)表得=，于是有：N/<215N/所需截面合適。4、腹桿eg-gK：此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力：，；最大壓力：，；再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)間中心間距：=2027mm在桁架平面外的計算長度：選用2∟10010，如圖七所示。圖七腹桿eg-gK查角鋼規(guī)格表得:A=3852，=，=。對此截面驗算如下：，又因為：所以取：因為：只需求，查表得=，于是有：壓應(yīng)力：，滿足要求。拉應(yīng)力：，滿足要求。5.豎桿Ie：該桿件N＝，＝2801＝2241mm，由于桿件內(nèi)力較小，按=[]=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：，，查型鋼表，選用2L63×8,如圖八所示：圖八中豎桿其截面特性為：A=1902，=，=對此截面驗算如下：，因為：b/t=63/8=<b=63=所以：因為，只需求，查表得=，于是有：其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結(jié)果見表二：屋架桿件截面選擇表表二名稱桿件編號內(nèi)力（KN）計算長度（cm)截面規(guī)格截面面積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑（cm)長細比容許長細比[]穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力上弦IJJK2L180×110×12下弦de2L160×100×12腹桿Aa2L63×8aB2L125×80×10Bb2L100×10Cb2L63×8bD2L100×10Dc2L100×10Ec2L63×8cF2L100×10Fd2L63×8Gd2L63×8dH2L63×8He2L63×8Ie2L63×8eg2L100×10gk2L100×10Kf2L63×8gI2L63×8Jg2L63×8五、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。1、下弦節(jié)點“b”：設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫8mm和6mm，各桿件內(nèi)力由表1查得，則所需的焊縫長度為：肢背：，?。?10mm；肢尖：，?。?30mm；設(shè)“Db”桿的肢背與肢尖焊縫分別為8mm和6mm，則所需的焊縫長度為：肢背：，?。?80mm；肢尖：，?。?10mm；豎桿“Cb”，因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造縫確定，取焊腳尺寸=5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為390mm×500mm。下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長度為500mm，6mm。焊縫所受的力在左右兩下弦桿的內(nèi)力差△N=，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。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。如圖九所示圖九節(jié)點板b尺寸2、上弦節(jié)點“B”：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。斜桿aB與節(jié)點板連接焊縫計算。設(shè)“aB”桿肢背與與肢尖的焊縫分別為10mm和8mm。又N=，則所需焊縫長度為：肢背:，?。?00mm；肢尖:，?。?40mm；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。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，焊縫強度設(shè)計值應(yīng)乘以的折減系數(shù)，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直（節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間的內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽焊縫必然是安全的，因此可不必驗算）。上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差：△N==。設(shè)需焊縫長度為530mm，則肢尖：故焊縫強度滿足要求。節(jié)點板尺寸如圖十所示：圖十節(jié)點板B尺寸3、屋脊節(jié)點“K”: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。設(shè)肢尖、肢背焊縫為10mm，則所需焊縫計算長度為：（一條焊縫）拼接角鋼總長度取700>×2=。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫10mm，節(jié)點板長度為600mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為，則焊縫應(yīng)力為：故滿足要求。節(jié)點板尺寸如圖十一所示：圖十一節(jié)點板K尺寸4、端部支座節(jié)點“a“：如圖十二所示：圖十二支座節(jié)點a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R=，混凝土強度C25，，所需底板凈面積為：錨栓直徑取d=25mm，錨栓孔直徑為50mm，則所需底板面積：按構(gòu)造要求取底板面積為：，墊板采用505012，孔徑為26mm，實際底板凈面積為：=961-=底板實際應(yīng)力：，查表