鋼屋架課程設計,屋架,課程設計 鋼結(jié)構(gòu)課程設計 一、設計資料 溫州地區(qū)某一單跨廠房總長度60m，縱向柱距6m，跨度18m。建筑平面圖如圖1所示。 1.結(jié)構(gòu)形式: 鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=1/10；L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為1臺30t（中級工作制）。 2. 屋架形式及材料: 屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖2所示。屋架采用的鋼材為Q235鋼，并具有機械性能：抗拉強度、伸長率、屈服點、180℃冷彎試驗和碳、硫、磷含量的保證；焊條為E43型，手工焊。 3. 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 0.5 KN/m2 　 水泥砂漿找平層 0.5 KN/m2 保溫層 0.55 KN/m2 　 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 　水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2 預應力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式計算： 0.318 KN/m2 懸掛管道： 0.15 KN/m2 ② 可變荷載： 屋面活荷載標準值： 雪荷載標準值： 0.35KN/m2 積灰荷載標準值： 1.2 KN/m2 廠房平面圖 a. 18米跨屋架幾何尺寸 b . 18米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 內(nèi)力系數(shù)圖 二、屋蓋支撐布置 1、上弦橫向水平支撐 上弦橫向水平支撐布置在房屋兩端的第二開間，沿屋架上弦平面在跨度方向全長布置?？紤]到上弦橫向水平支撐的間距大于60m,應在中間柱間增設橫向水平支撐。 2、下弦橫向水平支撐 屋架跨度為18m,應在上弦橫向水平支撐同一開間設置下弦橫向水平支撐，且沿屋架下弦在屋架跨度方向全長布置。 3、下弦縱向水平支撐 本廠房設有1臺30t(中級工作制)的橋式吊車，且未設柱梁，因此，可不設下弦縱向水平支撐。 4、垂直支撐 垂直支撐應設在上、下弦橫向水平支撐同一開間內(nèi)的兩榀屋架之間。梯形屋架跨度L=18m時，可僅在跨中和兩端各設置一道，共三道。 5、系桿 屋脊節(jié)點以及屋架支座處沿廠房設置通常的剛性系桿，屋架下弦跨中通常設置一道柔性系桿。 屋蓋支撐布置如圖3所示： 上弦橫向水平支撐 1-1 2-2 下弦橫向水平支撐 三、荷載和內(nèi)力計算 1、荷載計算 (1)屋面永久荷載標準值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.5 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.5 KN/m2 保溫層 0.55 KN/m2 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2 預應力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式計算： 0.318 KN/m2 懸掛管道： 0.15 KN/m2 小計 ∑3.89KN/ m2 (其中，tan a=1/10, cos a=﹚ (1)屋面可變荷載標準值： 屋面活荷載標準值： 雪荷載標準值： 0.35KN/m2 積灰荷載標準值： 1.2 KN/m2 =（屋面活荷載，屋面雪荷載）max +屋面積灰荷載=1.9KN/（沿水平方向分布） 2、荷載組合 ﹙1﹚鋼屋架強度和穩(wěn)定性驗算時，僅考慮全跨荷載作用下工況，即全跨永久荷載+全跨可變荷載。 屋架上弦節(jié)點荷載（由永久荷載效應控制的組合）： F=[1.35×3.89+1.4×（0.7×0.7+1.2×0.9）] ×1.5×6.0=67.05 KN （其中，1.5m×6m為預應力混凝土大型屋面板面積，含灌縫） 屋架上弦節(jié)點荷載（由可變荷載效應控制的組合）： F=﹙1.2×3.89+1.4×1.9﹚×1.5×6.0=65.95 KN 取F=67.05 KN ﹙2﹚屋架撓度計算時，僅考慮全跨永久荷載+全跨可變荷載組合： 屋架上弦節(jié)點荷載（由永久荷載效應控制的組合）： =﹙3.89＋1.9﹚×1.5×6.0=52.11 KN 3、桿件內(nèi)力計算 屋架在全跨滿載荷載作用下的計算簡圖如圖2所示。 則，全跨滿載作用下的內(nèi)力計算結(jié)果見下表： 內(nèi)力計算表 桿件名稱 桿件內(nèi)力系數(shù) 全跨永久荷載+全跨可變荷載 F=67.05 KN P=1 上弦桿 AB 0 0 BD -6.221 -417.12 DF -8.993 -602.98 FG -9.102 -610.29 下弦桿 ac 3.470 232.66 ce 7.960 533.72 eg 9.279 622.16 斜腹桿 aB -6.502 -435.96 cB 4.739 317.75 cD -3.362 -225.42 eD 1.834 122.97 eF -0.690 -46.26 gF -0.462 -30.98 豎腹桿 aA -0.5 -33.53 cC -1.0 -67.05 eE -1.0 -67.05 gG 0.812 54.44 四、桿件截面設計 1、上弦桿 整個上弦桿采用等截面，按FG桿件的最大設計值進行內(nèi)力設計： N=-610.29 KN。 計算長度 =1507.5mm，==2d=2×1507.5=3015mm(按大型屋面與屋架保證三點可靠焊縫考慮，取兩屋面板的寬度)。 最大腹敢壓力為-435.96 KN（aB腹桿），由屋架節(jié)點板厚度參考表可知，支座節(jié)點板厚度取t=12mm,中間節(jié)點板厚度取t=10mm. 因為=2，截面宜采用 兩個不等肢角鋼相并，截面類型為b類，如圖所示： y x x 10mm 設λ=60，查表得，所需面積為: 需要回轉(zhuǎn)半徑為： 根據(jù)需要的A 、ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2∟140×90×8（短肢相距10mm）,A =36.077 ,ix = 2.59cm, iy =6.73cm. ＜[λ]=150 ＜[λ]=150 短肢相并的角鋼，可近似取 =（滿足長細比） 由=58.02 查得==0.817（b類），則 （滿足要求） 因此，所選截面合適。 2、下弦桿 整個下弦桿采用同一截面，最大內(nèi)力在eg桿，=622,16 KN 計算長度=3000mm, =9000mm(縱向水平支撐點系桿與系桿之間的距離)。 所需凈截面面積： 選用2∟125×80×8（短肢相距10mm）,A=31.978,ix =2.28cm, iy =6.07cm.如圖5所示： 10mm x x y y (滿足要求) 3、斜桿 （1）aB桿 桿端軸力N=-435.96 KN,計算長度==2530mm，由于=，故采用不等肢角鋼，長肢相并，即使。所需的凈截面面積為： 選用2∟125×80×8（長肢相距10mm）A=31.978,ix =4.06cm, iy =3.27cm. 對于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應的影響，采用換算長細比。對于長邊相連的不等肢角鋼： ∴ ∵＞＞，只需求出= ∴由=85.8查得（b類），則 （滿足要求） （2）cB桿 桿端軸力N=317.75 KN, 計算長度=0.8l=0.8×2613mm=2090.4 mm , =l=2613mm.所需凈截面面積： 選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix =1.68cm, iy =2.75cm. (滿足要求) （3）cD桿 桿端軸力N=-225.42 KN, 計算長度 .所需凈截面面積： 選用2∟75×7等肢角鋼（肢相距10mm）A=20.32,ix =2.3cm, iy =3.48cm. 對于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應的影響，采用換算長細比。對于兩肢相連的等肢角鋼： ∴ ∵＞＞，只需求出= ∴ 由=99.62 查得==0.559（b類），則 （滿足要求） （4）eD桿 桿端軸力N=122.97 KN, 計算長度 .所需凈截面面積為： 選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix =1.68cm, iy =2.75cm. （滿足要求） （5）eF桿 桿端軸力N=-46.26 KN, 計算長度 .所需的截面面積為： 選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix =1.68cm, iy =2.75cm. 對于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應的影響，采用換算長細比。對于兩肢相連的等肢角鋼： ∴ ∵＞＞，只需求出= ∴ 由=148.76 查得==0.314（b類），則 （滿足要求）（6）gF桿 桿端軸力N=-30.98 KN, 計算長度 .所需的截面面積為： 選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix =1.68cm, iy =2.75cm. 對于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應的影響，采用換算長細比。對于兩肢相連的等肢角鋼： ∴ ∵＞＞，只需求出= ∴ 由=148.76 查得==0.314（b類），則 （滿足要求） 4、豎桿 cC 桿、eE桿的選用及驗算。 （1）eE桿最長,N=-67.05KN,計算長度 所需的截面面積為： 選用2∟50×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=11.375,ix =1.51cm, iy =2.48cm. 對于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應的影響，采用換算長細比。對于兩肢相連的等肢角鋼： ∴ ∵＞＞，只需求出= ∴ 由=137.22 查得==0.354（b類），則 （滿足要求） （2）aA桿 N=-33.53KN，計算長度 .所需的截面面積為： 為了便于支撐，選用2∟56×8等肢角鋼（肢相距10mm）A=16.734,ix =1.68cm, iy =2.75cm 對于y軸要考慮扭轉(zhuǎn)效應的影響，采用換算長細比。對于兩肢相連的等肢角鋼： ∴ ∵＞＞，只需求出= ∴ 由=94.76 查得==0.593（b類），則 （滿足要求） （3）gG桿 N=54.44 KN，計算長度 ,選用2∟56×8等肢角鋼組成的十字型斜截面（肢相距10mm）A=16.734, ，則 （滿足要求） （滿足要求） 桿件內(nèi)力組合 桿件名稱 桿內(nèi)力 計算長度 截面形式 規(guī)格 回轉(zhuǎn)半徑 截面積 系數(shù) KN 弦桿 上弦（FG桿） -610.29 1507.5 3015 ┓│┏ 2∟140×90×8 2.59 6.73 36.077 0.817 207.05 下弦（eg桿） 622.16 3000 9000 ┛│┗ 2∟125×80×8 2.28 6.07 31.978 —— 194.56 斜腹桿 aB -435.96 2530 2530 ┓│┏ 2∟125×80×8 4.06 3.27 31.978 0.661 206.25 cB 317.75 2090.4 2613 ┓│┏ 2∟56×8 1.68 2.75 16.734 —— 189.88 cD -225.42 2291.2 2864 ┓│┏ 2∟75×7 2.30 3.48 20.32 0.559 198.45 eD 122.97 2291.2 2864 ┓│┏ 2∟56×8 1.68 2.75 16.734 —— 73.49 eF -46.26 2499.2 3124 ┓│┏ 2∟56×8 1.68 2.75 16.734 0.314 88.04 gF -30.98 2499.2 3124 ┓│┏ 2∟56×8 1.68 2.75 16.734 0.314 58.96 豎腹桿 Aa -30.53 1592 1990 ┓│┏ 2∟56×8 1.68 2.75 16.734 0.314 33.79 Cc -67.05 1832 2290 ┓│┏ 2∟50×6 1.51 2.48 11.376 0.354 166.50 Ee -67.05 2072 2590 ┓│┏ 2∟50×6 1.51 2.48 11.376 0.314 166.50 Gg 54.44 2601 2∟56×8 1.68 2.75 16.734 0.314 32.53 五、節(jié)點設計 1、腹桿桿端所需連接焊縫計算 （1）aB桿 N=-435.96KN ,按構(gòu)造要求，取肢背焊縫的焊腳尺寸.取肢尖焊縫的焊腳尺寸。 肢背： 取270mm. 肢尖： 取150mm. 均滿足大于8，小于60，滿足構(gòu)造要求。 （2）cB桿 N=317.75KN ,按構(gòu)造要求，取肢背焊縫的焊腳尺寸.取肢尖焊縫的焊腳尺寸。 肢背： 取210mm. 肢尖： 取100mm. 均滿足大于8，小于60，滿足構(gòu)造要求。 （3）cD桿 N=-225.42 KN ,按構(gòu)造要求，取肢背焊縫的焊腳尺寸.取肢尖焊縫的焊腳尺寸。 肢背：， 取160m. 肢尖：， 取80mm. 均滿足大于8，小于60，滿足構(gòu)造要求。 （4）eD桿 N=122.97 KN ,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm. （5）eF桿 N=-46.26 KN ,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm. （6）gF桿 N=-30.98 KN ,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm. （7）gG桿 N=54.44 KN ,由于腹桿內(nèi)力較小，所以按構(gòu)造要求焊接，取==5mm，取，取60mm. 總上，腹桿端焊縫長度匯總?cè)缦拢? 腹桿桿端焊縫長度 桿件名稱 設計內(nèi)力 KN 肢背焊縫 肢尖焊縫 焊縫長度 焊腳尺寸 焊縫長度 焊腳尺寸 aB -435.96 270 5 150 5 cB 317.75 210 5 100 5 cD -225.42 160 5 80 5 eD 122.97 60 5 60 5 eF 46.26 60 5 60 5 gF -30.98 60 5 60 5 gG 54.44 60 5 60 5 cC -67.05 60 5 60 5 aA -33.53 60 5 60 5 eE -67.05 60 5 60 5 2、結(jié)點焊縫驗算 （1）支座節(jié)點a 1)支座地板驗算。支座處屋架反力：，C30混凝土，，鉚桿直徑取d=25mm,孔徑， 支座底板需要面積： 底板尺寸?。? 鉚栓墊板采用─100mm×100mm×20mm, 孔徑,底板實際應力為： 節(jié)點板、加勁肋將底板分成四塊相同的相鄰兩邊支承板： 根據(jù)幾何關(guān)系，可得 查表得, 底板上的最大彎矩為： 底板厚度為 按照構(gòu)造要求，取底板厚度為t=20mm. 2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算。加勁肋高度取與節(jié)點板相同，為410mm,厚度也與節(jié)點板相同，取12mm,采用兩側(cè)面角焊縫與節(jié)點板相連，焊腳尺寸取。 假定加勁肋受力為屋架反力的，即,則焊縫內(nèi)力 為： 焊縫應力： （滿足要求） 3）節(jié)點板、加勁肋和底板的連接焊縫計算。設焊縫傳遞全部支座反力R=536.4KN ,其中每塊加勁肋個傳遞R/4=134.1KN。節(jié)點板傳力為R/2=268.2KN. 節(jié)點板與底板的連接焊縫長度 取焊腳尺寸為, 則 （滿足要求）。 加勁肋與底板的焊縫長度，設焊腳尺寸為，則 （滿足要求）。 4）弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算。a－c桿內(nèi)力N=232.66KN,取肢背，肢尖，所需焊縫長度為： 肢背：，取170mm. 肢尖：，取70mm. （2）下弦節(jié)點c 下弦與節(jié)點板的連接焊縫承受兩節(jié)間的桿力差為： ΔN=(533.72-232.66)KN=301.06KN 假設焊腳尺寸滿足構(gòu)造要求。 一個角鋼與節(jié)點板之間的焊縫長度為： 肢背：，取220mm. 肢尖：，取90mm. 下弦桿與節(jié)點板滿焊，其實際長度，大于所需長度，滿足要求。 （3）下弦節(jié)點e 下弦與節(jié)點板的連接焊縫承受兩節(jié)間的桿力差為： ΔN=(622.16-533.72)KN=88.44KN 假設焊腳尺寸滿足構(gòu)造要求。 一個角鋼與節(jié)點板之間的焊縫長度為： 肢背：，取220mm. 肢尖：，取90mm. 下弦桿與節(jié)點板滿焊，其實際長度l=420mm,滿足要求。 （4）下弦拼接節(jié)點g 下弦拼接桿處的最大桿力為622.16KN，設焊腳尺寸為5mm,接頭一側(cè)需要的焊縫長度為 拼接角鋼的總長度： 取600mm. 下弦與節(jié)點板連接焊縫驗算，設， 下弦桿與節(jié)點板滿焊，即實際焊縫長度尺寸為200mm,滿足設計要求。 （5）上弦節(jié)點A 上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=33.53KN, ΔN=0，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點板可以伸出屋架上弦，按實際焊縫長度（節(jié)點板滿焊）. 肢背焊縫： （滿足要求） 肢尖焊縫： （滿足要求） （6）上弦節(jié)點B 上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=67.05KN, ΔN=（417.12-0）=417.12KN，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點板可以伸出屋架上弦，按實際焊縫長度（節(jié)點板滿焊）. 肢背焊縫： （滿足要求） 肢尖焊縫： （滿足要求） （7）上弦節(jié)點C 上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=67.05KN, ΔN=0，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點板可以伸出屋架上弦，按實際焊縫長度（節(jié)點板滿焊）. 肢背焊縫： （滿足要求） 肢尖焊縫： （滿足要求） （8）上弦節(jié)點D 上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=67.05KN, ΔN=(602.98-417.12)=185.86mm，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點板可以伸出屋架上弦，按實際焊縫長度（節(jié)點板滿焊）. 肢背焊縫： （滿足要求） 肢尖焊縫： （滿足要求） （9）上弦節(jié)點E 弦桿與節(jié)點板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=67.05KN, ΔN=0，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點板可以伸出屋架上弦，按實際焊縫長度（節(jié)點板滿焊）. 肢背焊縫： （滿足要求） 肢尖焊縫： （滿足要求） （10）上弦節(jié)點F 上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫承受的荷載及桿件內(nèi)力：P=67.05KN, ΔN=(610.29-602.98)=7.31KN，上弦桿焊腳尺寸為5mm,因而采用大型屋面板，因此節(jié)點板可以伸出屋架上弦，按實際焊縫長度（節(jié)點板滿焊）. 肢背焊縫： （滿足要求） 肢尖焊縫： （滿足要求） （11）上弦拼接節(jié)點G 上弦拼接處最大桿力N=610.29KN,上弦一側(cè)所需焊縫長度l,假設 每一側(cè)拼接角鋼與上弦所需的焊縫長度 拼接角鋼長度為: ,取620mm. 上弦與節(jié)點板的連接焊縫比較長，且屋脊節(jié)點的桿件內(nèi)力差較小，其焊縫可按構(gòu) 造滿焊。 第 頁 共 頁