钢屋架设计-论文

全跨：半跨：这次也采用截面法和节点法。再通过结构力学求解器进行验算。2.3杆件内力组合屋架杆件内力组合表杆件名称单位荷载（F=1）第一种组合P×①第二种组合杆件内力/kN全跨①左半跨②P1×①+P2×②上弦杆AB00000BC-6.25-4.68-279.53-281.45-281.45CD-6.25-4.68-279.53-281.45-281.45DE-9.01-6.20-402.96-402.29-402.96EF-9.58-6.79-428.46-428.99-428.99FG-9.58-6.79-428.46-428.99-428.99下弦杆ab3.492.69156.09157.64157.64bc7.995.77357.34358.46358.46cd9.065.29405.20398.57405.20斜腹杆aB-6.51-5.05-301.15-304.26-304.26bB4.733.43211.54212.29212.29bD-3.37-2.12-150.72149.21-150.72cD1.870.7783.6380.2483.63cH-0.151.22-6.711.64-6.71HG0.652.0229.0738.9338.93EH0.730.7332.6534.0334.03竖杆aA-0.50-0.50-22.36-23.31-23.31bC-1.00-1.00-44.72-46.61-46.61cE-1.50-1.50-67.09-69.92-69.92HF-1.00-1.00-44.72-46.61-46.61dG00000杆件截面选择与验算上弦杆设计整个上弦杆采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=－428.99kN上弦杆计算长度：屋架平面内：lox=1508mm，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，根据支撑布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离屋架平面外：l0y=2×1508=3016mm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。腹杆最大内力N=－304.26kN，查书表9.1得：中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设λ=70，查Q235钢的整体稳定性系数表得φ＝0.751（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要截面面积：A=N/(φf)=(428.99*1000)/(0.751*215)=2657mm²需要的回转半径:ix=lox/λ=1508/70=21.54mm=loy/λ=3016/70=43.09mm选用2∠100×80×10，a=10mm，A=3433.4mm2，ix=2.35cm，iy=4.78cm验算：λx=lox/ix=1508/23.5=64.2≦[λ]=150λy=loy/iy=3016/47.8=63.1≦[λ]=150根据λmax=λx=64.2，查得φx=0.785N/(A)=(428.99*1000)/(0.785*3433.4)=159.17<f=215N/mm²,满足要求。下弦杆设计整个下弦杆采用等截面，按cd杆件的最大设计内力设计，即N=405.20kN。下弦杆计算长度：l0x=3000mm，l0y=（18000-150×2）/2=8850mm根据屋架平面外下弦杆的计算长度，下弦截面采用两个不等边角钢，短边相连。所需要截面面积：A=N/f=405.20/215=1884.65mm²查表选用2∠100×80×7，A=2460.2mm2>1884.65mm2，i0x=2.39cm,i0y=4.72cm。λx=lox/ix=3000/23.9=125.5≦[λ]=350λy=loy/iy=8850/47.2=187.5≦[λ]=350,满足要求。腹杆设计压杆：腹杆采用等边角钢。现取腹杆aB作为计算杆件，N=－304.26kN计算长度：l0x=l0y=2534mm，经多次假设后最后假定λ=110，查Q235钢的整体稳定性系数表得φ＝0.493，则需要截面面积：A=N/(f)=(304.26*1000)/(0.493*215)=2870.51mm²需要的回转半径:ix=lox/λ=2534/110=21.4mmiy=loy/λ=2534/110=21.4mm选用2∠90×10，a=10mm，A=3433.4mm2，ix=2.74cm，iy=4.13cm验算：λx=lox/ix=2534/27.4=92.48≦[λ]=150λy=loy/iy=2534/41.3=61.36≦[λ]=150根据λmax=λx=92.48，查得φx=0.608N/(A)=(304.26*1000)/(0.608*2870.51）=174.33<f=215N/mm²,满足要求。拉杆：腹杆采用等边角钢。现取腹杆Bb作为计算杆件，N=212.29kN计算长度：l0x=l0y=2087mm，l0y=2609mm所需要截面面积：A=N/f=(212.29*1000)/215=987.40mm²查表选用2∠70×6，A=1232.0mm2>987.40mm2，i0x=2.15cm,i0y=3.26cm。λx=lox/ix=2087/21.5=97.07≦[λ]=350λy=loy/iy=2609/32.6=81.38≦[λ]=350,满足要求。节点板及其焊缝设计根据规范要求以及便于实际施工，杆件Ec改用截面规格为2∠56×4。Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。E43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值hfw＝160MPa。肢尖和肢背的分配系数为ɑ=0.7，β=0.3。上弦节点B连接焊缝BC杆杆件轴力N=-281.45kN，截面为2∠1008010，节点板厚度为10mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=6mm①≧hf，min=1.5（tmax）½=1.2（10）½=4.74mm②≦hf，max=1.2tmin=12mm③≦t=10mm所需焊缝长度：L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*281450)/(2*0.7*6*160)+2*6=158.60mm取L1=160mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度：L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*281450)/(2*0.7*6*160)+2*6=74.82mm取L2=80mm（b）Ba杆杆件轴力N=-304.26kN，截面为2∠9010，节点板厚度为10mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=6mm所需焊缝长度L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*304260)/(2*0.7*6*160)+2*6=170.46mm取L1=180mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*304.26)/(2*0.7*6*160)+2*6=79.92mm取L2=80mm（b）Bb杆杆件轴力N=212.29kN，截面为2∠8010，节点板厚度为8mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=6mm所需焊缝长度L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*212290)/(2*0.7*6*160)+2*6=122.57mm取L1=130mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*212290)/(2*0.7*6*160)+2*6=59.39mm取L2=60mm节点详图根据上述焊缝长度及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、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360mm*230mm。下弦节点（1）连接焊缝（a）Bb杆已经设计过了。（b）bD杆杆件轴力N=-150.72kN，截面为2∠708，节点板厚度为8mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=6mm①≧hf，min=1.5*（tmax）½=1.2*（8）½=4.24mm②≦hf，max=1.2tmin=9.6mm③≦t=8mm所需焊缝长度：L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*150720)/(2*0.7*6*160)+2*6=90.5mm取L1=100mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度：L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*150720)/(2*0.7*6*160)+2*6=45.64mm取L2=50mm（c）Cb杆杆件轴力N=-46.61kN，力较小故满足构造要求即可。（d）bc杆杆件轴力N=358460kN，截面为2∠100*80*7，节点板厚度为10mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=6mm所需焊缝长度L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*358460)/(2*0.7*6*160)+2*6=198.70mm取L1=200mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*358460)/(2*0.7*6*160)+2*6=92.01mm取L2=100mm（b）ab杆杆件轴力N=157.64kN，截面为2∠100*80*7，节点板厚度为8mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=6mm所需焊缝长度L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*157640)/(2*0.7*6*160)+2*6=94.104mm取L1=100mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*157640)/(2*0.7*6*160)+2*6=47.19mm取L2=50mm节点详图根据上述焊缝长度及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、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345mm*250mm。工地拼接节点cd杆内力为N2=405.20kN，故拼接角钢总长度为Ls=2（N2/(4*0.7hfhfw)+2hf）+10=2*（405.20*1000/(4*0.7*6*160)+2*6）+10=335.49mm0.15N1=0.15*405.20=60.78kN故取N=60.78kN计算内力较大侧与节点板间焊缝。杆件轴力N=60.78kN，截面为2∠100*80*7，节点板厚度为6mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1=4mm①≧hf，min=1.5*（tmax）½=1.2*（7）½=3.97mm②≦hf，max=1.2tmin=7.2mm③≦t=6mm所需焊缝长度：L1=(ɑN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.7*60780)/(2*0.7*6*160)+2*4=39.65mm取L1=40mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=hf，1=6mm所需焊缝长度：L2=(βN)/(2*0.7hf，1hfw)+2hf，1=(0.3*60780)/(2*0.7*6*160)+2*4=21.57mm取L2=30mm支座节点R=6*46.61=279660N设支座地板的平面尺寸采用280×220mm，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为An=280×220-40×40×2-3.14×20×20=57144mm²。验算柱顶混凝土强度：R/An=279660/57144=4.9Mpa<112.5MPA支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块，块板为两相邻边自由板，每块板的单位宽度的最大弯矩为其中a1为两支撑边之间的对角线，mmβ为系数，由b1/a1查表，b1为两支撑边的相交点到对角线a1的垂直距离。由相似三角形的关系，得b1＝83.6mm，b1/a1＝0.48查表得β＝0.055M=βqa1²=0.555*4.9*172.4²=8082.83N·m底板厚度t≧(6M/f)½=(6*8082.83/215)½=15.02，取t＝20mm。节点板与底板的连接焊缝长度＝2×（280－12）＝536mm，所需焊脚尺寸为hf=（R/2)/(1.22*0.7hfw)=1.91mm，故取＝6mm。每块加劲肋于底板的连