钢结构课程设计之梯形屋架

1、钢屋盖设计任务书梯形屋架一、设计资料某车间或厂房跨度L,长度96m,柱距6m,屋盖采用梯形钢屋架,屋面材料为压 型钢板复合板,楝条间距1.5m,屋面坡度i = 1/10,屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,当地 根本风压为0.55kN/m2,屋架简支于钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级C30,柱截面400mm x 400mm.其他设计资料如下：A.跨度编PA1A2A3A4L (m)18212430B.永久荷载编号B1B2B3屋囿永久何载标准值kN/m 0.30.50.7注：表中给出的永久荷载尚未包含屋架和支撑自重.C.雪荷载编C1C2C3C4C5雪荷裁标准值kN/m20.30P 0.550.600

2、.650.70编RD1D2D3厂房类别水泥厂烘干房 屋四尢挡风板水泥厂机修间 屋面后挡风板水泥厂机修间 屋四尢挡风板、题目分配跨度一、雪荷载C1C2C3C4C5C1C2C3C4C5C1C2C3C4C5A1159I 1317212529I 3337 I4145495357A22610141822263034384246505458A33711151923273135394347515559A44812162024283236404448525660跨度-磔久荷载B1B2B3注：土木07-1班执行D1组合；土木07-2班执行D2组合；土木07专升本执行 D3组合.各班学生在题目分配表中找到自己学号

3、所对应的设计资料并结合各自班级的D组合进行设计.三、设计要求计算书：内容应详尽,主要内容应包括：设计任务书,材料选择,屋架形式、几何尺 寸,支撑布置,荷载聚集,杆件内力计算及组合,杆件截面选择,典型节点设计屋脊、 跨中拼接节点,上下弦节点等.图纸：应符合制图标准及要求,表达应完整；绘制要求：主要图面应绘制正面图、上 下弦平面图,必要的侧面图、剖面图,以及某些安装节点或特殊零件的大样图；在图的左上角绘制屋架简图,并注明杆件几何长度左半跨及杆件内力设计值右半跨 ,图面右侧应绘制材料表及编写有关文字说明,如钢材型号、附加说明、焊条型号、焊接方法、质量要求等.注：采用A1图纸594mmx 841mm四

4、、主要参考资料1 .戴国欣主编.钢结构第三版.武汉：武汉理工大学出版社,20072 .夏志斌,姚谏.钢结构一原理与设计.北京：中国建筑工业出版社,20043 .张耀春主编.钢结构设计原理.北京：高等教育出版社,20044 .汪一骏等.钢结构设计手册第三版.北京：中国建筑工业出版社,20045 .建筑结构荷载标准GB50009 2001 6 .钢结构设计标准GB5001720037 .建筑结构制图标准GB/T5010520011、设计资料 12、屋架形式、几何尺寸及支撑布置 13、荷载和内力计算 13.1 荷载计算 13.2 荷载组合 23.3 内力计算 34、杆件截面计算 34.1 上弦 34

5、.2 下弦 44.3 斜腹杆B-a 44.4 斜腹杆B-b 54.5 斜腹杆C-b 55、节点设计 65.1 下弦节点 65.2 上弦节点 65.3 屋脊节点 95.4 支座节点 10126、参考资料1 .设计资料某车间跨度21m,长度96m,柱距6m ,采用梯形钢屋架,屋面材料为压型钢板复合板,楝条间距1.5m,屋面坡度i =1/10 ,屋面活荷载标准值为0.5kN/m 2 ,当地雪荷载0.65kN/m 2 ,根本风压0.55kN/m 2 ,屋架简支于钢筋混凝土柱上,上柱截面 400mmM 400mm ,混凝土标 号为C30o2 .屋架形式,尺寸,材料选择及支撑布置屋架的计算跨度 L0 =2

6、1000 - 2 150= 20700mm端部高度h0 =1990mm ,中部高度H =3025mm,屋架形式如图1所示.根据建造地区的计算温度和荷载性质,刚材采用 Q235B.焊条采用E43型,手工焊.根据车间长度、屋架跨度和荷载情况,设置上、下玄 横向水平支撑,垂直支撑和系杆,见图 2和图3.图1屋架尺寸及内力3.荷载和内力计算3. 1荷载计算屋架及支撑自重_ 一一 一_ 一一一一 2 一 一0.1 20. 0 1=1L 0.1 20.041 210. 35 1 k N / m屋面永久荷载标准值-20. 30 k N /m恒荷载总和0. 65 1 k N / m雪荷载0. 65 k N2/

7、 m积灰荷载活荷载总和1. 6 5k N2/ m风荷载：风压高度变化系数为 1.0,迎风面的体形系数为-0.6 ,背风面的体形系数为-0.5 ,所以负风的设计值垂直屋面为迎风面： 3 = 1.4 M 0.6 M1.0 M 0.55 = 0.462kN/m 2背封面：必=1.4 X 0.5 X 1.0M 0.55 = 0.385kN/m 2g和它垂直于水平面的分力未超过荷载分项系数取1.时的永久荷载,故将拉杆的长细比依然限制在350以内.3.2 荷载组合节点荷载设计值按可变荷载效应限制的组合Fd=(1.2 0.651 1.4 0.65 1.4 0.9 1.0) 1.5 6 = 26.56kN其中

8、,永久荷载荷载分项系数3=1.2 ;屋面活荷载或雪荷载荷载分项系数值=1.4 ;组合值系数,雪荷载G =0.7 ;积灰荷载 n2 =1.4, =0.9.按永久荷载效应限制的组合Fd=(1.35 0.651 1.4 0.65 0.7 1.4 0.9 1.0) 1.5 6 =24.99kN其中,永久荷载荷载分项系数兀=1.35;活荷载分项系数 侬=1.4.故节点荷载取为26.5kN,支座反力为Rd =7Fd =185.92kN .其内力设计值见图1.图3下弦横向水平支撑布置图3.3 .内力计算屋架在上述荷载组合下作用的计算简图如图 4.有图解法得F = 26.56kN时屋架各杆 的内力系数F =

9、26.56kN作用于全跨,然后求出各种杆件的内力.计算结果如图 1所 示.4.杆件截面选择腹杆最大内力204.6kN 压由屋架节点板厚度参考表可知支座支节点板厚度取 8mm ,节点板取10mm4.1 上弦整个上弦不改变截面,按最大内力计算Nmax = -325.2kN,l ox =150.8cm.10y = 300.0cm选用 2L100X7 短肢相并,A =27.6cm2 , ix = 3.09cm , iy = 4.39cm150.83.09iy3004.39= 69< 入= 150,脑=0.757b类双角钢T型截面绕对称轴y轴应按弯扭屈曲计算长细比入yz1007= 14.29 :二

10、0.5810y0.58 300=17.4,故应按式下计算 Aoy100.475b4l2 t21 oy i)=69 (10.475 1422302 0.72故由% = %=73,按b类截面查附表4.2得,小=0.732No=悄3252000.732 2760_2_2= 161.0N/mm :二 f =215N/mm填板每个节间放一块,1a = 75.4cm ；40i =40 3.09 = 123.6cm4.2下弦整个下弦杆采用同一截面,按最大内力计算.Nmax =319.5kN,l 0x =300cm,l 0y = 1050cm ,连接支撑的螺栓孔中央至节点边缘的距离约为100mm de节问,可

11、不考虑螺栓孔削弱.选用 2L90M56父6 短肢相并,A =17.12cm2,ix =1.58cm , iy = 4.42cmlo= 300 =189.4 < 入=350ix 1.5810504.42-237.6 二入1 = 350N 3195002 r2产186.6N/mm 二 f =215N/mmA 1712填板每个节间放一块,1a 150cm ： 40i =40 2.9 232cm4.3 斜腹杆B-aNmax =204.5kN,l 0y =251.8cm,l °x =0.8l°y -201.44cm ,选用 2L90M56M6 (长肢相并),A=17.12cm2

12、, ix = 2.88cm , iy=2.31cm0xixl0yiy誓" 87<$150满足截面要求,号*=9.33<0詈=呸沪臼.58,故根据下式计算1.09b4 l2 t2 ) loy l=87 (11.09 5.64251.82 0.6288故由z按b类表附表4.2得3 = 0.614N 2045002.2o=194.5N/mm 二 f = 215N/mm业 0.6141712填板放三块,1a = 50.36cm ；40i =40 1.58 = 63.2cm4.4 斜腹杆B-bN =154.5kN.内力不大,接受压杆长细比限制截面(跨中腹杆在半跨和在半跨荷载作 用下

13、,内力变号)10y =260.1cm,l 0x =0.86=208.08cm ,选用 2L56M4,查表得 A =8.78cm2 , ix=1.73cm, iy = 2.59cm=208.08 =120.3 :二入= 3501.73= lo = 260.1 =100.4 j j=350y iy 2.59截面验算：=1154500 =176N/mm2 < f =215N/mm2 A 878填板每个节间放一块 la -104cm ：80i =40 1.73 -138.4cm4.5斜腹杆G-dN =26.56kN .内力不大,10y =227.5cm,l °x = 0.8% = 18

14、2cm ,可按 以选择截面.iylo =182入1 150=1.22cm10y _ 227.5 5 150=1.57cm选用 2L56 M4,查表得 A =10.16cm2, ix = 1.36cm , iy=2.20cm.填板放三块,l a = 45.5cm <40i = 54.4cm ,其余杆件截面选择见表 15节点设计用E43焊条时,角焊缝的抗拉抗压和抗剪强度设计值f： =160N/mm 2,各杆件最小焊缝长度不应小于8hf o5.1下弦节点b,如图5先算腹杆与节点板的连接焊缝：B-b杆肢背与肢尖的焊脚尺寸分别取为 hfi =5mm, hf2 =4mm ,所需焊缝长度为考虑起灭弧缺

15、陷：肢背lwi =出05四+2M5 = 102mm,用 110mm2 0.7 5 1601/ 3 154.5 103中肢夫lw2 = 2 4 = 66mm,用 70mm2 0.7 4 160腹杆D-b和C-b的杆端焊缝同理计算,其中C-b杆内力较小,焊缝按构造采用.其次验算下弦杆与节点板连接焊缝,内力差AN=N bc-Nab= 260.4 -109.7 = 150.7kN ,由斜腹干焊缝决定的节点板尺寸量得实际节点板长度是28cm o角焊缝计算长度 lw =28 -1.2 = 26.8cm ,采用hf =6mm ,肢背焊缝应力为：2/3 ©I 103 =44.7N/mm2£

16、=160N/mm22 0.7 6 2685.2上弦节点B,如图6图5下弦节点b倒图6上弦节点B腹杆B-b,B-a的杆端焊缝计算从略.验算上弦与节点板的连接焊缝,节点板缩进,8mm肢背采用塞焊缝,承受节点荷载 Q =26.56kN, hf = t/2 =4mm,l w1=l w2 =30 - 0.8 = 29.2cm3g=一部一0一=16.3N/mm 2 < &ffw = 1.22 父160 = 195.2N/mm 22 0.7 4 292肢尖焊缝承当弦杆内力差AN =199.8-0 = 199.8kN ,偏心距e=10-3 = 7cm.,偏心力矩m=ANe=199.8M0.07=

17、13.99kN?n ,采用 hf2=7mm,那么对AN :一一一 一 3199.8 103下二二 69.8N/mm2 0.7 7 292对M:_ 6M6=22helw6 13.99 10622 0.7 7 29222= 100.5N/mm2/100.5：1,1.22那么焊缝强度为:22= 108.0N/mm2 ：160N/mm2节点板尺寸方法同前,在施工图上确定表1屋架杆件截面选用表杆件名称杆件号内力设计值KN计算长度(m)所用截回截回计算应力(N/mm2)杆件端部填板数l oxl oy面积A2(cm )容许长细比E的角钢肢背和肢间焊缝上弦杆GF-325.21.5083.0002L100 x7

18、27.6161.0150一1下弦杆cd319.53.00010.502L90 父 56父617.12186.6350一1Ba-204.52.0142.5182L90 父 56父617.12194.51506-1206-703Bb154.52.0812.6012L56 父 48.781763505-1104-701腹Dc74.12.2822.8522L40 x 34.72157.03504-704-302Db-117.22.2822.8522L63 父 512.28178.11506-705-502Fd-8.62.4893.1112L40 父 34.7218.23504-404-402Fc-41

19、.62.4893.1112L56 父 36.68155.71504-404-403Hd21.32.7023.3772L40 x 34.7245.133504-404-402杆Aa-13.281.5921.9902L45 * 610.1621.51505-405-402Cb-26.561.8202.2752L45 x 610.1649.71505-405-403Ec-26.562.0602.5752L45 父 610.1658.51505-405-403Gd-26.562.3002.8752L45 父 610.1669.21505-405-4035.3 屋脊节点K,如图7ipfi图7屋脊节点k腹

20、杆杆端焊缝计算从略.弦杆与节点板连接焊缝受力不大,按构造要求决定焊缝尺寸, 可不计算.只进行拼接计算,拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L100M 7,除倒棱处,竖肢需切去A = t + hf +5mm =7+7+5 =19mm ,取A = 20mm ,并按上弦坡度热弯,拼接角钢与二.lw 二N0.7hfffw上弦连接焊缝在接头一侧的总长度hf =7mm 325.2 103 =415mm0.7 7 160共四条焊缝,认为平均受力,每条焊缝实际长度：415lw14 = 118mm4拼接角钢总长度为：l =2lw 14 =2 118 14 =250取拼接角钢总长度为300mm.5.4 支座节点,如图8

21、图8支座节点a底板计算支反力Rd =185.92kN ,混凝土强度C30, fc =14.3N/mm2,所需底板净面积:185.92 103A=14.3一 一 2 一 一 2-13002mm -130.02cm锚栓直径取d = 20mm,锚栓孔直径为50mm,那么所需底板毛面积:-,_23.14 52A =An +A0 =130.02 +2M4M5 +=190cm ,4按构造要求采用底板面积为：aM b = 28M 28 = 784cm2 > 190cm2 ,垫板采用-100100X20 ,孔径22mm.实际底板净面积为：23.14 5oAn=784 -2 4 5 = 724cm24底板实际应力:3185.92 102q =2- 2 2.57N/mm724 102a1 =q14-g2 +14-；2 = 19.1cm13.5b1 =13.5 = 9.54cm19.1b 9 54, 一"=924=0.5 表 4.8 得,b = 0.056那么：a119.1222p