钢结构课程设计-5

工力09-2辛利伟小组钢结构课程设计2- 普通梯形钢桁架设计成员：普通梯形钢桁架设计1、设计资料某厂房跨度为30m，总长90m，柱距6m，采用普通梯形钢桁架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，20mm厚水泥砂浆找平，上铺60mm泡沫混凝土保温层，二毡三油防水层；屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面500×500，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为。地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台20t（中级工作制）。屋面活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载标准值为0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.75kN/m2桁架计算跨度：l0=30-2*0.15=29.7m跨中及端部高度：桁架的中间高度：h=3.490m在29.7m的两端高度：h0=2.005m在30m轴线处端部高度：h0=1.990m桁架跨中起拱60mm（≈L/500）。结构形式与布置桁架形式及几何尺寸如图（1-1）图1-1桁架支撑布置如图（1-2）图1-2载荷计算屋面活荷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。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影分布的荷载。桁架沿水平方向投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（Pw=0.12+0.011*跨度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载：预应力混凝土大型屋面板1.005*1.4kN/m2=1.407kN/m2二毡三油防水层1.005*0.35kN/m2=0.352kN/m2找平层（厚20mm）1.005*0.02m*20kN/m2=0.402kN/m280mm厚泡沫混凝土保温层1.005*0.06m*6kN/m2=0.362kN/m2桁架和支撑自重0.12kN/m2+0.011*30kN/m2=0.45kN/m2共2.973kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载0.8kN/m2积灰荷载0.6kN/m2设计桁架时，应考虑以下三种载荷组合：全跨永久载荷+全跨可变载荷（按永久载荷为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：F=（1.35*2.973kN/m2+1.4*0.7*0.8kN/m2+1.4*0.9*0.6kN/m2）*1.5m*6m=49.981kN全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时F1.1=1.35*2.973kN/m2*1.5m*6m=36.12kN（按永久荷载为主的组合）F1.2=1.2*2.937kN/m2*1.5m*6m=32.11kN（按可变荷载为主的组合）对结构有利时：F1.3=1.0*2.973kN/m2*1.5m*6m=26.76kN半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4*（0.7*0.8kN/m2+0.9*0.6kN/m2）*1.5m*6m=13.86kN（按永久荷载为主的组合）F2.2=1.4*（0.8+0.9*0.6）kN/m2*1.5m*6m=16.88KN（按可变荷载为主的组合）全跨桁架包括支撑+半跨屋面板面自重+半跨屋面活荷载（按可变为荷载为主的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时F3,1=1.2*0.45kN/m2*1.5m*6m=4.86kN对结构有利时F3,2=1.0*0.45kN/m2*1.5m*6m=4.05kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值F4=(1.2*1.4kN/m2+1.4*0.77kN/m2)*1.5m*6m=25.2kN（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。计算详图见图1-3图1-3内力计算由计算先解得F=1的桁架各杆件内力系数（F=1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。杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按IJ、JK杆件之最大设计内力设计。N=1567.0kN=1567000N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，l0x=150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化的情况，取L0y=3*150.8=452.4cm因为l0y=3l0x，故截面宜选两个不等肢角钢，短肢相并（见图1-3）图1-3需要的回转半径：腹杆最大内力N=-774.8kN，节点板厚度选用14mm，制作节点板厚度选用16mm。设λ=60，φ=0.807。需要截面积：，根据需要的A、ix、iy查角钢规格表，选2L200*125*14，A=75.824cm2，ix=3.57cm，iy=9.61cm、b1/t=200cm/12cm=16.67，按所选角钢进行演算：因为b1/t=16.67>0.56l0y/b1=0.56*4524cm/200cm=12.67所以截面在x和y平面皆属b类，由于λyz<λx，只需求φy。查表得φy=0.831。所需截面合适。（2）下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大设计值计算。»Nde=1452.9kN=1452900Nl0x=300cm，l0y=1485cm所需截面积为：选用2L180*110*12，因l0y»l0x，故用不等肢角钢，短肢相并（图1-4）图1-4A=67.424cm2>67.41cm2ix=3.10cm，iy=8.76cmλ0y=l0y/iy=1485cm/8.76cm=169.5<[λ]=350考虑下弦有2Φ21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：An=6742.4mm2-2*21.5*12mm2=6226.4mm2（3）端斜杆aB（图1-5）图1-5杆件轴力：N=-774.8kN=774800N计算长度l0x=l0y=253.5cm。因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix≈iy。选用2L140*90*10，A=44.522cm2，ix=4.47cm，iy=3.74cm，b2/t=90/10=9。因为b2/t=9<0.48l0y/b2=0.48*2535mm/90mm=13.52所以因λyz>λx，只求φy=0.718，所需截面合适。（4）腹杆eg-gk（图1-6） 图1-6此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：Ngk=150.2kN，另一段Neg=137.4kN再分式桁架中得斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距：l0x=230.1cm选用2L70*5，得：A=13.75cm，ix=2.16cm，iy=3.31cm，b/t=70mm/5mm=14因为b/t=14<0.58l0y/b=0.58*4537.5cm/7cm=37.6所以φy=0.345拉应力：（5）竖杆Ie（图1-7）图1-7N=-89.3kN=-89300Nl0x=0.8l=0.8*319cm=255.2cml0y=l=319cm内力较小，按[λ]=150选择,需要的回转半径为:,查型钢表,选截面的ix和iy较上述计算的ix和iy略大些。选用2L63*5，截面几何特性：A=12.286cm2，ix=1.94cm，iy=3.04cm，b/t=63mm/5mm=12.6因为b/t=12.6<0.58l0y/b=0.58*3190/63=29.37所以因λx>λyz,只求φx=0.381，其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于杆件截面选择表中。（见表1）节点设计下弦节点“b”（t=16mm）（见图1-8）用43型焊条焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160N/mm2。设“Bb”杆的肢背和肢尖的焊缝，hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为肢背：加2hf取27cm肢尖：加2hf取16cm设“bD”杆的肢背和肢尖的焊缝，hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为肢背：加2hf取25cm肢尖：加2hf取15cm设“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm肢背：加2hf取6cm肢尖：加2hf取4cm考虑杆件之间应用间隙和装配等误差，应取节点板尺寸为450cm*500cm下弦节点板连接的焊缝尺寸长度为50cm，hf=6mm焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差△N=952.1—302.5=649.6KN受力较大的肢背处的焊缝应力为Τf=焊缝强度满足要求图1-8（2）下弦节点“c”（t=18mm）用43型焊条焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160N/mm2。设“cD”杆的肢背和肢尖的焊缝均取hf=5mm，则所需的焊缝长度为肢背：加2hf取27cm肢尖：加2hf取13cm设“cF”杆的肢背和肢尖的焊缝均取hf=5mm，则所需的焊缝长度为肢背：加2hf取24cm肢尖：加2hf取12cm设“cE”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm肢背：加2hf取5cm肢尖：加2hf取4cm考虑杆件之间应用间隙和装配等误差，应取节点板尺寸为450cm*500cm下弦节点板连接的焊缝尺寸长度为50cm，hf=6mm焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差△N=1311.2—952.1=359.1KN受力较大的肢背处的焊缝应力为Τf=焊缝强度满足要求（3）下弦节点“d”（t=18mm）用43型焊条焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160N/mm2。设“dF”杆的肢背和肢尖的焊缝均取hf=5mm，则所需的焊缝长度为肢背：加2hf取15cm肢尖：加2hf取8cm设“dH”杆的肢背和肢尖的焊缝均取hf=5mm，则所需的焊缝长度为肢背：加2hf取24cm肢尖：加2hf取7m设“dG”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm肢背：加2hf取5cm肢尖：加2hf取4cm考虑杆件之间应用间隙和装配等误差，应取节点板尺寸为330cm*380cm下弦节点板连接的焊缝尺寸长度为38cm，hf=6mm焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差△N=1442.9—1311.2=141.7KN受力较大的肢背处的焊缝应力为Τf=焊缝强度满足要求。（4）上弦节点“B”（t=14mm）（见图1-9）"Bb"杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”时相同则所需焊缝长度为：肢尖：27cm肢背：16cm“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算肢背：hf=10mm加2hf取26cm肢尖：hf=8mm加2hf取18cm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，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数，计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝的盈利计算如下：1/2*节点板厚度=1/2*14=7mm=10mm上弦节点的焊缝长度为550mm上弦肢尖角焊缝的剪应力为图1-9（5）屋脊节点“K”（见图1-10）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆肢尖能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截取垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm），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，设焊缝hf=10mm，则所需焊缝长度为（一条焊缝）拼接角钢长度取800mm>2*350.6=701.2mm上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点载荷，演算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为60cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力因桁架的跨度较大，需将行家分成两个运输单元，在屋背节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊接，而有半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊接，腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。图1-10支座节点“a”（图1-11）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底部与支座底板的净距取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为16mm。支座底板的计算支座反力：R=10F=507000N支座底板的平面尺寸