钢结构课程设计(37).doc

梯形钢屋架课程设计实例1、题号88的已知条件是：梯形钢屋架跨度为30m，长度102m，柱距6m。该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.500m。冬季最低温度为-20,地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度1/10。屋面活荷载标准值为0.7kPa，雪荷载标准值为0.5kN/，积灰荷载标准值为0.6 kN/。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。要求设计钢屋架并绘制施工图。2、屋架计算跨度：3、跨中及端部高度：本例题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m轴线处的端部高度，屋架的中间高度：（为），则屋架在29.7m处，两端的高度为。屋架跨中起拱按考虑，取60mm。2.3.1 结构型式与布置屋架型式及几何尺寸如图2.12所示。图2.12 梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度（102m60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2.13所示。桁架上弦支撑布置图桁架下弦支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2SC上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑；GG刚性系杆；LG柔性系杆图2.13 梯形钢屋架支撑布置2.3.2 荷载计算 屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.7kN/进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（）计算，跨度单位为m。表2.2 荷载计算表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.351.89三毡四油防水层0.40.41.350.54找平层（厚20mm）0.02200.40.41.350.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.0860.480.481.350.648屋架和支撑自重0.450.451.350.608管道荷载0.10.11.350.135永久荷载总和3.234.361屋面活荷载0.70.71.40.98积灰荷载0.60.61.40.84可变荷载总和1.31.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：（3） 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。2.3.3 内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图2.14所示。(a) (b)(c)图2.14 屋架计算简图由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2.2。表2.3 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力/kN全跨左半跨右半跨+上弦ABBC、CDDE、EFFG、GHHIIJ、JK0-11.35-18.19-21.53-22.36-22.730-8.49-13.08-14.62-13.98-14.39-0.01-3.45-6.25-8.46-10.25-10.200-631.39-1011.89-1197.69-1243.86-1264.450-584.54-928.19-1084.51-1106.6-1127.84-0.16-501.99-816.31-983.61-1045.50-1059.210-259.99-404.39-458.56-448.18-459.76-0.23-142.50-245.19-314.97-361.24-362.10-0.23-631.39-1011.89-1197.69-1243.86-1264.45下弦abbccddeef6.3315.3620.2122.1221.234.8411.3014.1414.4411.681.834.987.439.3911.68352.13854.461124.261230.511181.00327.73787.731024.841104.721024.58278.42684.44914.931022.001024.57147.45347.42440.15457.59388.3977.28200.10283.74339.88388.39352.13854.461124.261230.511181.00斜腹杆aBBbbDDccFFddHHeeggKgI-11.348.81-7.555.39-4.232.62-1.510.291.532.160.49-8.666.47-5.233.39-2.250.880.22-1.253.404.070.54-3.272.87-2.842.44-2.432.13-2.121.89-2.28-2.32-0.06-630.83490.09-420.00299.84-235.31145.75-84.0016.1385.11120.1627.26-586.93451.76-382.00267.08-202.88117.25-55.66-9.09115.74151.4428.08-498.65392.79-342.85251.52-205.83137.72-93.9942.3422.7046.7818.25-263.89199.01-163.21108.50-75.5934.84-3.13-27.5587.62106.6915.27-138.25115.09-107.5086.36-79.7863.98-57.6845.64-44.78-42.261.28-630.83490.09-420.00299.84-235.31145.75-93.9945.64-27.55115.74-44.78151.44-42.2628.08竖杆AaCb、EcGdJgIeKf-0.55-1.00-0.98-0.85-1.420.02-0.54-0.99-0.98-0.90-1.430000000-30.60-55.63-54.52-47.28-78.991.12-30.43-55.47-54.52-48.10-79.160.78-21.59-39.25-38.46-33.36-55.730.78-15.60-28.55-28.20-25.63-41.100.11-3.01-5.47-5.36-4.65-7.770.11-30.60-55.63-54.52-48.10-79.161.122.3.4 杆件设计（1） 上弦杆。整个上弦采用等截面，按IJ、JK杆件的最大设计内力设计。N-1264.45kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如图2.15。 腹杆最大内力N-630.83kN，查表2.5，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。 设，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类），则需要的截面积：需要的回转半径：，根据需要A、查角钢规格表，选用2L18011014，肢背间距a12mm，则A7793，按所选角钢进行验算：满足长细比150的要求。由于，只需求。查表0.847，则所选截面合适。 图2.15 上弦截面（2） 下弦杆。整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的de杆计算。，（因跨中有通长系杆），所需截面积为选用2L18011012，因，故用不等肢角钢，短肢相并，如图2.16。A67.4257.23, 图2.16 下弦截面(3)端斜杆aB。 杆件轴力： 计算长度：因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用2L1409010。则A44.522,因，只需求，查表得，则所选截面合适。（4）腹杆eggK。此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：,最大压力：,再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度：选用2L635，查角钢规格表得A12.286,因，只需求，查表得，则拉应力： （5）竖杆Ie： N-79.16kN-79160N，由于杆件内力较小，按150选择，需要的回转半径为查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2L635，其几何特性为：A12.286,因，只需求，查表得，则其余各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表2.4。2.3.6 节点设计（1）下弦节点b各杆件的内力由表2.3查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，取200mm。肢尖： ,取120mm。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取180mm。肢尖： ,取110mm。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为360mm445mm。 下弦与节点板连接的焊缝长度为44.5cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。该节点如图2.17。表2.4 屋架杆件截面选择表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦IJ、JK-1264.45150.8452.41801101477.933.088.8048.9651.411500.847191.59下弦de1230.513001485.01801101267.423.108.7496.77169.91350182.51腹杆Aa-30.6019919963512.2861.943.04102.665.51500.53846.29aB-630.83253.4253.4140901044.5224.473.7456.7167.781500.764185.46Bb490.09208.6260.8100623.8643.104.5167.2957.83350205.37Cb-55.63183.2229.05059.6061.532.53119.790.51500.439131.92bD-420.00229.5287100727.5923.094.5374.363.31500.724210.25Dc299.84228.7285.870616.322.153.33106.3785.83350183.73Ec-55.63207.2259.05059.6061.532.53135.4102.41500.363159.54cF-235.31250.8312.690621.2742.794.1389.8975.691500.621178.12Fd145.75249.5311.85059.6061.532.53167123.3350151.73Gd-54.52231.2289.05059.6061.532.53151.1114.21500.304186.67dH-93.99271.6339.570616.322.153.33151.1101.951500.304189.45He45.61-27.55270.8338.463512.2861.943.04139.59111.321500.34764.62Ie-79.16255.2319.163512.2861.943.04131.5104.91500.381169.11eg115.74-44.78230.1453.7363512.2861.943.04118.6149.251500.31117.54gK151.44-42.26230.1453.7363512.2861.943.04118.6149.251500.31110.96Kf1.12314.1314.163512.2862.452.45128.2128.22000gI28.08165.9207.45059.6061.532.53108.782.235029.23Jg-48.10127.6158.95059.6061.532.5383.4631500.66575.30图2.17 下弦节点“b”（2） 上弦节点“B”，如图2.18“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算，设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，取210mm。肢尖： ,取180mm。 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：，上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则上弦肢尖角焊缝的切应力为图2.18 上弦节点“B”（3） 屋脊节点“K”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取620mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算按节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝，取节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为：因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆