21mi土木工程钢结构设计21m总长90m梯形屋架

1、5 钢结构课程设计一一21m跨钢屋架设计计算书1设计资料某厂房总长度90m,跨度=21nn屋盖体系为无楝体系，纵向柱距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 /=L/IO：厶为屋架跨度。地区计算温度高于20C,无侵蚀性介质，不考虑地震设 防，屋架下弦标高为18m；2.屋架形式及荷载:屋架形式、儿何尺寸及内力系数（节点荷载P=LO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屋盖结构及荷载无標体系：采用1.5x6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用） 荷 载： 屋架及支撑自骚 按经验公式歼0.12+0.

2、011L, L为屋架跨度，以m为单位，q 为屋架及支撑自重，以kN/n?为单位； 屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/in雪荷载的基本雪压标准值为 S（=035kN/m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 OkN/in% 屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 水泥砂浆找平层0.4kN/nr0.4kN/nr保温层OJkN/nP一毡一油隔气层0.05kN/nr水泥砂浆找平层0.3kN/m-预应力混凝土屋面板1.45kN/nr2结构形式与布置屋架形式及儿何尺寸如图730所示。屋架支撑布置如图7.31所示。图7.30屋架形式及儿何尺寸3 荷载计算屋面活荷

3、载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故 取屋面活荷载计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式讣算，跨度单位为m。荷载永久荷载:预应力混凝土屋面板 l45xL35 = l958kN/r屋架及支撑自重(0.12 + 0.01 lx21)x 1.35 = 0.474 EN/mJ*三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4x135 = 0.54 kNhn?水泥砂浆找平层0.4x135 = 0.54 kNhf保温层一毡二油隔汽层水泥砂浆找平层可变荷载:屋面活荷载0.7x135 = 0.945 kNhn0.05x135 = 0.068 册加03x1.35 = 0405 RN/亦

4、总计 4929 kN血20.7x14 = 0.98 kN/nF积灰荷载0.6x1.4 = 0.84 A:/V/wr总计 .S2kN/m-设计屋架时，应考虑以下3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：F = (4.929 + L82)xL5x6 = 60.74 kN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：斤=4.929X 1.5x6 = 44.36半跨节点可变荷载：=1.82x1.5x6 = 1638 kN(3)全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自巫+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：F, = 0.474XL5X6 = 4.266 kN半跨节点屋面板自重及活

5、荷载：/； = (I-9575 + 0.98)XL5X6 = 26.44kN(I)、(2)为使用阶段荷载悄况，(3)为施工阶段荷载悄况。4内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图见图732所示。山已知得F=1的屋架各杆件的内力系数(F=l作用于全跨、左半跨和右半跨人 然后求出各种荷载宿况下的内力进行组合，讣算结果见表7.6。(a)#(b)屋架支撑布置如图7.31所示。550026000*15=90000GG2LG2LG2GG1rn?LbLGZCGG20GG2CC5GG?LG2LG2LG2LG2GG1GG1$LU2LU2LU2LGZGG2GG2屋架下弦支撑布置图LG5 CCS L65CC2

6、 LG6CC2 GG2公/ LG5LILG4L65LG5 CC2屋架下弦支撑布置图GG2史 5GG2?LG5LG5LG5 W1符号说明：SC-上弦支撑 XC下弦支撑 CC-垂直支撑GG刚性系杆LG柔性系杆7图7.31屋架支撑布置杆件需称内力系数(F=l)第1种组合FX1第2种组合第3种组合计算杆 件内力(kN)全跨左半跨右半跨片X +尸2 XCD+F, X巧X +与1+耳X上弦AB000000000BC/CD-7472-531-2J62453.84928418.43572366.87148 172.27289.0388453.85DE. EF-1L262-7339-3.923-684.0538

7、8619.79514-563.84106-242.087-151.768-684.05FG/GH-12J86861-5.319-739.8132-652.68798-62743002-233365192.594739.81下弦ab413.01L09249.034231.1798199.730297.07546.3102249.03be974466633.08159L85056541.38378482.71062217.7376123.0295591.85cdII .96273264.636726.57188650.6342606.572244.7293173.6057726.57ddII768

8、5.8845.884714.7883261&408461&4084205.77522057752714.79斜腹 杆aB-7,684-5.6412043-466.72616-433.26182374.32658-181.92886.7969466.73Bb5.8083.961.848352.77792322.50768287.91312129479373.63805352.78bD44092633-1776-267,80266-238.71178-224.67412-884253-657662-267,8De2792L222L57169.58608143.86948149.5697244,22

9、0355342147169.59cF-L572-0.047-L525-954832870.5037894.71342-7.9488347.0272-9548Fd0.328-1.039136719.9227224687436.94154-26.071937.5427337,54dH0.7131.913-L243.3076262.96362II .9726853.62138-28.686362.96竖直杆Aa-0.5050-303730.3722.18-153532133-3037Cb/Ec-1-10-607460.7444.36-307064266-6074Gd-1-10-607460.7444

10、.36-307064266-6074注：F=6074kN： F=4436kN： f1638kN：為=426kN： =2644kN。5 杆件设计(1)上弦杆整个上弦采用等截面，安FG、GH杆件之最大设计内力设计。Nh739810kN= -73981 ON上弦杆讣算长度L =150.75 cm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况/=3xl5075 = 45225。因为ns，故截面宜选用两个等肢角钢短肢相并（图735）0腹杆最大内力N =48609kN,査表7.5,节点板厚度选lOinin支座节点板片度用 12mmo设/1 = 60,査附录中附表2.2得0 = 0807。11SI 7. 35=7

11、757 = 2957.23/wrr需要截面积叱诂0沁31。需要得回转半径：/ =鱼=空至= 2.51252 60耳=昭“53750”根据需要的A、i八iy査角钢规格表（附表6）,选用2Z140 x 90x8,A=36.076t7M, k=259cim r =673cm,按所选角钢进行验算:无=卜需卞22创， 宀好67.2小满足长细比的要求。山于久/,只需求查表得2=0.768。空丄=267.。1%严3。%，所需截面合适。0/0.768 X 3607.6(2)下弦杆图:下弦杆整个下弦釆用同一截面，按最大内力所在的eg杆讣算。7 =72657ONIqx = 300cw r h = lOSScm所需

12、截面为4=y = 竺四=23.4377加310选用2Z140x90x8,因为/o, /ov，故选用不等肢角钢短肢相并。A=36 076cr24. 93cwS備严.73cm,心* =翳=亦 Ar，只求 =0.645。466730M 035x27弦严59.474。%，所需截面合适。(4)竖杆Gd2L5&5Y图7. 36N = -60740 , Zox =289 X 0.8=231.2cm, /ov =289cm内力较小，按X=150选择，需要的回转*径为：/x=/ox/ X =231.2/150= L54cm/y=/oy/入=289/150=L93cin査型钢表，选截面的回转半径较计算的要略大些，

13、选用2L56X5/x=1.72cin, /y=269cm, A=1083min-X x= W h=231.2/1.72=134.42 150X 尸 /oy/ /y=289/2.28=107.43 X y,只求 0x=O368 7 =A7xA=60740/(0368 X 1083)=152,4 N/mnr310 N/ mnr其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于表2中。s69&s & s zV z6g6000z V E ww00st*g cK寸CM S5X p009 卜 Cis3cipSc osV ojCwv wwoe6 eV o运 on*i o半4O S mEw0aO s E

14、蛋 直A YZoc& ssV006S9$00o oz 龙rc9600s拓t*gK YZ005oc wSX ri卜JAssoc4w00wSs600 e t*ecH91寸5oc&0心G99 r dz00&g寸69&gs 069CN3cHfN69 ds 4?6&6 S cim s ts EjO&V ciVcnplt? CME&s z O66E S ZE9 Z6 Z Z寸G00 Cl寸 $ oc z6Z寸rJ寸 &t46OCClE008mN& Src S Zog zz rc 00w& z Cl 6 Z ZZgz6cK窝6cK窝Ntz 200 X/ mm%尖焊缝力尸8mm和6mm,则所需的焊缝长度为：肢

15、背：L 4).7X325780/ (2X0.7X8X200)=102mm 取 12cm肢尖：人 R. 3X/2力屮尸0 3X325780/ (2X0.7X6X200) =5& 2mm 取 7 cm设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝和6mm,则所需的焊缝长度为:肢背:厶 =0. 7N/2h/0 7X267800/ (2X0.7X8X200) =83. 7mm 取 10cm肢尖:1/ -0. 3N/2Ar0. 3X267800/ (2X0.7X6X200) =47. Smm 取 6cin“Cb杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定。取#5mmO根据上面的计算结果及相应的构件之间应有的制作和装配误差，确定节点

16、板的尺 寸为 260 mmX350mm.下弦与节点板的焊缝长度为250 mm,方尸6mnu焊缝所受的力为左右两下弦杆的内 力差 jV=591 85-249. 03=342. 82KX,受力较大的肢背处的焊缝应力为r /=0. 75 X 342820/ (2 X 0. 7 X 6 X (350-12) =90. 6 X/ mn?200 N/ nun(2)上弦节点(图7. 38)上弦节点少B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。5B”杆的肢背和肢尖焊缝力尸10mm和8mm,则所需的焊缝长度为:肢背：h=07N/2f尸0.65X466730/ (2X0.7X10X200) =10&3mm 取

17、 13cm肢尖:人=03N/2/if尸0.35X466730/ (2X0.7X8X200) =729mm 取 10cm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&用槽焊缝把上 弦角钢和节点板连接起来。曹焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值剩以 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。上弦肢背槽焊缝的内应力为/?/ =1/2X 节点板片度=l/2X10=5inm, /?/ = 10inin上弦与节点板间焊缝长度为480mm.-川2)2 +(P/(2xl.22)2 _ (0.75x453850)-+(60740/(2x1,22)十52x0.7

18、x5x(400-10)2 X 0.7/7/ hN/ innr 0.8 / /=0.8 x 200= 160 N/ iniir上弦肢尖角焊缝的剪应力为JK2(N -何2)2 +(P/(2x122)2J(O.25x453850)- + (60740/(2x122)_ _2x0.7/?儿N/ innr2X 132.Hmm=264.22mm.上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板的连接焊缝， 按上弦内力的15%讣算。设肢尖焊缝glO,节点板长度为45cm ,则节点一侧 弦杆焊缝的计算长度为人=45/2亠2= 19.5cm ,焊缝应力为：.0.15x739810 必.T； = 40. 65、/mnr/2x0.7x10x1950.15x739810x80x6“=b= = 100. 06N/ innr/2x0.7x10x195丽鬲股200N/血因屋架的跨度较大，需将屋架分成两个单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置匸 地拼接，左半边的上弦，斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊接，而右半边的上弦, 斜杆与节点板的连接用工地焊接。腹板与节点板连接焊接计算方法与以上儿个节点相同（4）支座节点“a30. 37KN466. 73KN支座节点F249.O3KN为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的