21m跨厂房梯形钢屋架设计

1、实用标准文档钢结构课程设计计算书题 目：21m跨厂房梯形钢屋架设计姓 名：蒙立强学 号：359409798班 级：土木3班文案大全,、设计资料 (2)1、结构形式与支撑布置 (2)1. 屋架形式及几何尺寸 (2)2. 屋架支撑布置 (3):、荷载计算 (4)1. 荷载设计值 (4)(6)2. 荷载组合 (4)四、内力计算 五、杆件设计1. 上弦杆 (7)2. 下弦杆 (8)3. 斜腹杆 “Ba (9)4. 竖杆 “Gg (10)5. 各杆件的截面选择计算 (10)六、节点设计(12)1. 下弦节点“c (12)2. 上弦节点“ B (13)3. 屋脊节点“H (15)4. 支座节点“a (16

2、)七、屋架施工图(19)附节点详图1-6(20)、设计资料某厂房总长度为90m,跨度为L=21m,屋盖体系为无楝体系,纵向柱距为 6m.1 .结构形式：钢筋混凝土柱,梯形钢屋架.柱的混凝土强度等级为C30,屋面坡度i=L/10, L为屋架跨度.地区计算温度高于-200C,无侵蚀性介质,不考虑地震设防,屋架下弦 标高为18m,厂房内桥式吊车为2台150/30t 中级工作制,锻锤为2台5t.2 .屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数节点荷载P=1.0作用下杆件的内力如附图所示.屋架采用的钢材、焊条为：用 Q345钢,焊条为E50型.3 .屋盖结构及荷载：无楝体系：采用1.5m>6.0

3、m预应力混凝土屋板考虑屋面板起系杆作用.荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L, L为屋架跨度,以m为单位,q为屋架及支撑自重,以kN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2,雪荷载的根本雪压标准值为 S0=0.35kN/m2,施工活荷载与雪荷载不同时考虑,而是取两者的较大值, 积灰荷载0.8kN/m2.屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油上铺绿豆砂防水层0.4kN/m2水泥砂浆找平层0.4kN/m2保温层0.65kN/m2一毡二油隔气层0.05kN/m2水泥砂浆找平层0.3kN/m2预应力混凝土屋面板1.45kN/m2二、结构形式与支撑布置1 .屋架形式

4、及几何尺寸如以下图1所示:Ceg h15007=10500图1屋架形式及几何尺寸2 .屋架支撑布置如以下图2所示:W LG5LG5 /l LG5LG56000*15=90000AMUO12G5C CG GC2 C(5 C垂直支撑1-1CC3 GG3GG3 CC6 GG3GG3 CC3垂直支撑2-2符号说明：SC一上弦支撑 XC一下弦支撑 CC一垂直支撑 GG刚性系杆 LG柔性系杆图2屋架支撑布置、荷载计算由于屋架的受荷水平投影面积为：A=21x6m2 =126m2>60m2,故按?建筑结构荷载标准?取屋面活荷载(按上人屋面)标准值为0.7kN/m2,雪荷载为0.35kN/m2,取屋面活荷

5、载与雪荷载中较大值 0.7kN/m2.屋架沿水平投影面积分布的自重(包括 支撑)按经验公式q=0.12+0.011L计算,L为屋架跨度,以m为单位.1.荷载设计值永久荷载设计值：2预应力混凝土屋面板屋架及支撑自重1.45 1.35 =1.957kN/m2一一一2(0.12 - 0.011 21) 1.35=0.474kN/m2三毡四油(上铺绿豆砂)防水层0.4 1.35 =0.54kN/m2水泥砂浆找平层0.4 1.35 =0.54kN/m2保温层0.65 1.35 = 0.8775kN / m2一毡二油隔汽层0.05 1.35=0.0 6 7kN/m2水泥砂浆找平层0.3 1.35:0.40

6、5kN / m2可变荷载设计值:屋面活荷载积灰荷载合计4.862kN/m20.7 1.4 = 0.98 k N / m20.8 1.4 =1.12 k N / m合计 2.1 kN/m22.荷载组合设计屋架时,应考虑以下3种荷载组合：使用阶段荷载情况：(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：F =(4.862 2.1) 1.5 6kN = 62.66kN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：Fi =4.862 1.5 6kN -43.76kN半跨节点可变荷载：F2=2.1 1.5 6kN=18.9kN施工阶段荷载情况：(3)全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨

7、屋面活荷载全跨节点屋架自重：F3 =0.474 1.5 6kN =4.266kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4 =(1.9575 0.98) 1.5 6kN = 26.438kN屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如以下图3所示：F/2图3荷载组合作用下的计算简图1.01.01.0四、内力计算由以以下图4得F=1时屋架各杆件的内力系数F=1作用于全跨、左半跨和右半跨4.10074411.962+ 11.768-12.182.163.0106.6637.3263.8844.6363.0811.09021米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值aceg21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力

8、值图4屋架各杆件的内力系数由屋架各杆件的内力系数求出各种组合荷载情况下的内力,计算结果见下表1:杆件名称内力系数F=1第1种组合第2种组合第3种组合计算杆 件内力 kN全跨1 左半跨2右半跨3F 父1 F中跖12E中标巡区中诙堂F中股巡上弦AB0.0000.0000.000000000BC, CD-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196DE, EF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FG, GH-12.18-6

9、.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.1996下 弦ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.906ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383斜 腹

10、 杆Ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.47173.634363.930Dc-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47

11、.024-98.502Fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070Hg0.7131.913-1.20044.67767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684竖杆Aa-0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88-15.352-2.133-31.33Cc, Ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66Gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表1屋架杆件内

12、力组合表注：F =62.66kN , F1 =43.76kN , F2=18.9kN , F3 =4.266kN , F4=26.438kN 五、杆件设计腹杆最大内力N= -481.479kN,查表7.4,中间节点板厚度选用10mm,支座节点板 厚度选用12mm.1.上弦杆图5整个上弦采用等截面,按FG、GH杆件的最大内力设计.N= -763.199kN= -763199N,上弦杆平面内计算长度 h =150.75cm;在屋架平面外,根据支撑布置和内力变化情况,平面外计算长度10y =3黑150.75cm = 452.25cm.由于10y =31°x,故截面直选用两个不等肢角钢短肢相

13、并,选用2L140 M 90M 8,如下图5所示：图5上弦杆截面图设九=70,查附表4.2得邛=0.751需要截面面积为:763199 mm2 .3278.2mm2f 0.751 310需要的回转半径为:l0x 150.75 一ix=cm = 2.154cm70iy£cm= 6.461cm 70根据需要的A、ix、iy查角钢规格表,选用2L125M80x10,截面特征为:A=39.4cm2, ix=2.26cm, iy=6.11cm,按所选角钢进行验算:ix翳=66.70：小5010yiy452.25=74.01 ：二 i' I -1 5 06.11满足长细比要求.由于九y,

14、只需求巴,查表得平y =0.725,于是76319922.2N / mm2 =267.2N/mm2 :二 f =310N/mm2, yA 0.725 3940所选杆件满足要求.2.下弦杆图6Nmax =749.539kN = 749539 N , 10x = 300cm , 10y = 1035cm所需截面面积为：A = N f749539 mm2 =24.18cm2310选用2L110x70x7 ,由于lOx «lOy ,应选用不等肢角钢短肢相并.22A = 24.6cm > 24,18cm , ix=2.00cm, 1y =5.39cm殳=竺° =150：1-35

15、0 y =国二卫二 192.02 ； !- 350ix 2.00iy 5.39满足长细比要求,故所选杆件满足要求.3,斜腹杆“ Ba图7户 21400*63*10Y图7斜腹杆“ Ba截面图杆件轴力 N =-481.479kN =-481479N计算长度l0x=l0y=253cm,由于l°x=l0y,故采用不等肢角钢长肢相并,使ixiy选用 2L100M63M10 ,贝U A = 31,0cm2 , ix=3.15cm, iy =2.72cm0x2533.15=80.32, -y0y2532.72=93.01由于'y故只需求 y =0.601,4814790.601 3100.

16、2 2N /mm =258.43N/mm :二-2= 310N /mm ,所选杆件满足要求4.竖杆“Gg图8JO由于内力较小,故按lk】 = 150选择,所需的回转半径为:ix过c2m =1.54cm 1 5010y289I- I 150cm = 1.93cm查型钢表,选择截面的回转半径较计算的要略大些,应选用2L 56 M 32A = 668mm , ix=1.75cmi, 1y =2.64cm二位二2312 as2：.i,150 lx1.75也=289 =109.5 |. |_150yly2.64由于%>%,故只需求中y =0.378,62660222N /mm =2 4 82N/m

17、m <f=310J/mm ,杆件满足要求.0.378 6685.其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出,其计算结果见表2 在下一页10表2杆件截面选择表杆件计算内力/kN"Vv-截面规格截面 面积/ cn:计算长度/回转半径/5长细比容许长 细比稳定系数应力仃名称编号Qq444%)%上弦FG, GH-763.1992L125« 80x1039,40150.75452252.266.1166.774,011500.725-26Z1ST弦然7495392L110x70x724.6300.01035.02.005.39150192.02350304.69斜腹杆Ba-481.

18、4792L100x63x103 LOO253.0253.03.152.7280.3293,011500,601-258.43Be3635302L90x827.89209.04261.302.764.0975.7463.89350130.49De-276.2682L9Qx827.8922942286.402.764.0983.0170.021500.552-17945De174.9472L5O*59.61229.12286.401.532.45149.75116.90350182.05Fe-98.5022L63X512.29249.92312.401542.96128.82105541500.2

19、S8-278.29愿40,1902L63x512.2924992312401.942.96128.82105.541500.2SS-73.65-26.070Hg673572L63xS12.29271.2339.001.942.96139.79114.531500.250-9336-28.684竖杆Aa-31.332L50x59 61199.00199.001.532.45130.0781.221500 2s3-115.20Cc-62,662L56x36.6S183,20229.001.752.64104.387,221500.414-22658Ee-62.662L56X36.6S207.202

20、59.001.752.64118.0296311500.402-233.34-62.662L56x36.6S231.22S9.001.752.64132.1109.51500.378-248.15六、节点设计1.下弦节点“图9_力 c图9下弦节点“ c详图(1)腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值为w ff2= 200N/mm .那么所需的焊缝长度为:肢背：lw1kiN2 0.7hf ffw0.7 363930 一r mm = 113.7mm2 0.7 8 200Bc杆：设“Bc杆的肢背和肢尖焊缝hf =8mm和hf =6mm2hf,取为 1 4cm

21、肢尖;l w2k2N2 0.7hf ffw0.3 363930mm = 64.99mm2 0.7 6 200考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷,实际焊缝长度为计算长度加实际焊缝长度为计算长度加 2hf,取为8cm那么所需的焊缝长度为:Dc杆：设“Dc杆的肢背和肢尖焊缝hf =8mm和hf =6mm肢背：lw1k1N2 0.7hf ffw0.7 276268“ cmm = 86.3mm2 0.7 8 2002hf,取为 1 0cm考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷,实际焊缝长度为计算长度加肢尖:lw2k2N2 0.7hf ffw0.3 276268mm = 49 3mm2 0.7 6 20012实际焊缝

22、长度为计算长度加 2hf,取为6cmCc杆：由于“Cc杆内力很小,故焊缝尺寸可按构造要求确定,取 hf =5mm(2)确定节点板尺寸根据上面求得的焊缝长度,按构造要求留出杆件间应有的间隙并考虑制作和装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板的尺寸为260mm x 350mm.(3)下弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算下弦与节点板连接的焊缝长度为250mm ,取hf =6mm,焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差AN =(610.559-256.906)kN =353.653kN,对受力较大的肢背处焊缝进行强度验算:0.75 3536532 0.7 6 (350 -12)2N / mm= 93.

23、42N / mm2 :二 ffw_2= 200N /mm ,焊缝强度满足要求.2.上弦节点“ B(图10)图10上弦节点“ B详图(1)腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算Bc杆与节点板的连接焊缝尺寸和下弦节点“ c相同Ba杆：肢背和肢尖焊缝分别采用hf =10mm和hf =8mm ,那么所需的焊缝长度为:13肢背：lw1k1N2 0.7hfffw0.7 481479 mm2 0.7 10 200= 120.4mm,取 14cm肢尖：lw2k2N2 0.7hfffw0.3 481479mm2 0.7 8 200=64.5mm,取8cm确定节点板尺寸(方法同下弦节点 c )确定节点板尺寸为250mm

24、 x 400mm.(3)上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算应考虑节点荷载P和上弦相邻节间内力差AN的共同作用,并假定角钢肢背槽焊缝承 受节点荷载P的作用,肢尖角焊缝承受相邻节间内力差 AN及其产生的力矩作用.肢 背槽焊缝强度验算：hf =0.5t=(0.5 10)mm=5mm, lw1 = lw2 = (400 10)mm = 390mm,节点荷载,P=62.66kNP6266022=N /mm =22.95N /mm :二2 0.7hflw1 2 0.7 5 390w2f f =200N/mm肢尖角焊缝强度验算：弦杆内力差为 AN =(468.196-0)kN =468.196kN ,轴力作

25、用线至肢尖焊缝的偏心距为 e = 90 - 25mm =65mm,偏心力矩为 M = N e =(468.496 0.065)kN m =30.452kN m,贝 N =- =468496n /mm2 =171.61 N /mm2 :二 ffw = 200N / mm22 0.7hflw2 2 0.7 5 390MWw6M 6 30.452 106T _"= - _22 0.7hflw2 2 0.7 10 390.,2 2N/mm =85.80N/mmoc885.80 ooc io2n (M )2 =171.61()2N /mm2 = 185.46N / mm2 :二 ffw =20

26、0N/mm2N 1.22-1.22f满足强度要求.143.屋脊节点“ H'(图11)7632N763.2kN1-1图11屋脊节点“H详图(1)腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算方法与以上几个节点相同,计算过程略,结果见图11.(2)确定节点板尺寸为：250mm 450mm(3)计算拼接角钢长度弦杆一般都采用同号角钢进行拼接,为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,且截去垂直直肢的一局部宽度.拼接角钢的这局部 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.拼接角钢规格与上弦杆相同,长度取决于其与上弦杆连接焊缝要求,设焊缝hf =10mm,那么所需

27、焊缝计算长度为(一条焊缝)L 二 763199 mm = 136.3mm4 0.7hf ffw 4 0.7 10 20015拼接角钢总长度,L =(2 x136.3 +10 +20)mm = 302 .6mm,取 300mm .竖肢需切去 =(10+8+5)mm =23mm ,取= 25mm ,并按上弦坡度热弯.(4)上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算上弦角钢肢背与节点板之间的槽焊缝承受节点荷载P ,焊缝强度验算同上弦节点“B,计算过程略.上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝强度按上弦内力的15%验算.设hf =10mm ,节点板长度为450mm ,节点一侧焊缝的计算长度为lw =(250 -25

28、-10 -10)mm = 205mm那么.f0.15N2 0.7hflw0.15 7631992 0.7 10 205N / mm2 = 39.89N /mm2二 f6M2 0.7hflw26 0.15 763199 6522 0.7 10 2052N /mm2= 75.89N /mm2. 2 ( - f )2 = 39.892 ( 75.89)2N/mm2 = 73.90N/mm2 :二 ffw =200N/mm2 1.22.1.22焊缝强度满足要求.因屋架的跨度较大,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,左半跨的上弦杆、斜腹杆和竖腹杆与节点板连接用工厂焊缝,而右半

29、跨的上弦杆、斜腹杆与节点板连接用工地焊缝.4.支座节点“a(、图12)1631.481.48kN图12支座节点“ a详图为了便于施焊,下弦杆轴线至支座底板的距离取160mm ,在节点中央线上设置加劲肋,加劲肋的高度与节点板高度相等,厚度为 12mm(1)支座底板的计算支座底板尺寸按采用280mmM 360mm ,承受支座反力R=7F =7M62.66kN =438.62kN ,假设仅考虑有加劲肋局部的底板承受支座反力作用,那么承压面积为 An =280父212mm2 = 59360mm2 ,那么柱顶混凝土的抗43862059360压强度按下式验算:2 2_2N /mm =7.39N/mm :：

30、 fc =14.3N /mm式中,fc为混凝土强度设计值,对 C30混凝土, fc =14.3N/mm2.底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分成四块,每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板,见图12.板的厚度由均布荷载作用下板 的抗弯强度确定：底板下的平均应力q为：2q =二=7.39N / mm17两支承边之间的对角线长度a1为:ai由相似三角形关系得：-2110 mm = 173.4mm134 110匕88.2bl =mm = 88.2mm , = 0.509167.2a1 173.4n为两支承边的相交点到对角线 4的垂直距离,P由h/a1查表确定,查表得0 =0.057 .每块板单位宽度的最大弯矩M为:底板