鋼結(jié)構(gòu)焊接鋼屋架設(shè)計(jì)書

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 0 鋼結(jié)構(gòu)焊接鋼屋架設(shè)計(jì)書 1 設(shè)計(jì)資料 根據(jù)下列資料選擇屋架桿件截面和設(shè)計(jì)屋架的節(jié)點(diǎn)： 屋架跨度 L=30m ,屋架間距 b=6m;屋架支座高度 m; 屋架坡度 i=1/12;屋架上弦間距長(zhǎng)度 d=3m. 屋面采用 應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板和卷材屋面 (由二氈三油防水層 、 2 水泥砂漿找平層及 8的泡沫混凝土保溫層組成 ),屋架選用梯形鋼屋架 ,跨中高度 H=架簡(jiǎn)支在鋼筋混凝土柱頂上 0=屋架上弦平面利用屋面板 (用埋固的小鋼板和上弦桿焊柱 )代替水平支撐 ,在屋架下弦平面的端部幾兩側(cè)面端面布置水平及豎直支撐 . 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 1 設(shè)計(jì)規(guī)范 :鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (2003);建筑結(jié)構(gòu)荷載(2001). 2 荷載計(jì)算 載標(biāo)準(zhǔn)值 : 防水層 (二氈三油上鋪小石子 )屋面坡向分布 . 找平層 (2泥砂漿 )屋面坡向分布 . 保溫層 (8沫混凝土 )屋面坡向分布 . 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 (包括灌縫 )屋面 坡向分布 . 屋架自重 (包括支撐 )按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 . q= 單位用 m)=30= 因屋面坡度很小 ,故以上各項(xiàng)可直接相加得 : 恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 :恒載設(shè)計(jì)值 :活載標(biāo)準(zhǔn)值 : 面均布活荷載 屋面均布荷載 (不上人的屋面 )N/ 雪載 :S=屋面與水平的傾角 a=150,故屋面積雪分布系數(shù) S=N/ 風(fēng)載 :因 a=150,風(fēng)載體型系數(shù) 屋面為吸力 (故可不考慮風(fēng)載影響 . 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 2 活載設(shè)計(jì)值 :載分項(xiàng)系數(shù) )=N/在屋架內(nèi)力計(jì)算時(shí) ,節(jié)點(diǎn)荷載由屋面恒載和均布活載組合而成 m,屋架間距為 6m. 計(jì)屋架荷載組合 : (1) 全跨恒載 +全跨活載 屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載 :P=( 3 6=(2) 屋架及支撐自重 +半跨屋面板 +半跨荷載 (作用在左半跨 ) P 左 =( 3 6=P 右 =3 6=(3) 全跨恒載 +半跨活載 (作用在左半跨 ) P 左 =( 3 6=P 右 =3 6=經(jīng)過計(jì)算 ,這種荷載組合所產(chǎn)生的桿件內(nèi)力對(duì)本屋架的桿件不起控制作用 ,故未列入。 3 內(nèi)力計(jì)算 圖 屋架計(jì)算簡(jiǎn)圖 ,桿件內(nèi)力用各桿件之間的三角關(guān)系求得 : 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 3 圖 屋架計(jì)算簡(jiǎn)圖 屋架上弦除了承受軸心壓力外 ,尚承受節(jié)間集中荷載而產(chǎn)生的彎矩 ,其值為 : 第一節(jié)間 M=4 2 . 3 30 . 8 2 5 . 3 84 k N m 中間節(jié)間 M=4 2 . 3 30 . 6 1 9 . 0 3 54 k N m 中間節(jié)間 M= 4 2 . 3 30 . 6 1 9 . 0 3 54 k N m 屋架在上述第一種和第二種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 示 屋架弦桿、豎桿和靠近支座斜桿鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 4 的內(nèi)力均較大 靠近跨中、的斜桿內(nèi)力可能發(fā)生變號(hào) ,故要注意 表中列入控制設(shè)計(jì)的桿件內(nèi)力 . 4 桿件截面選擇 弦桿截面選擇 按受力最大的弦桿設(shè)計(jì) ,沿跨度全長(zhǎng)截面保持不變 . 上弦桿 N=m. 0050;(由于上弦桿和屋面板埋設(shè)小鋼板并牢固焊接 ,可代替水平支撐 ,故上弦桿平面外的計(jì)算 長(zhǎng)度 50 假設(shè) 的步驟作用不大 ,可直接估計(jì)選出截面進(jìn)行驗(yàn)算 . 選用 2 160 14 ,A=2= 2= 2= 節(jié)點(diǎn)板厚選用 t=12 (1) 按公式驗(yàn)算彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性 由第 5 章表 1x= 2x=300 6 1 1 5 04 . 9 2xx 由附錄 4查得壓桿穩(wěn)定系數(shù) : ; 2 2 5 22 2 32 . 0 6 1 0 8 6 . 6 1 0 4 7 3 1 . 86 1 1 0Ex k N . 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 5 此處節(jié)間弦桿相當(dāng)于兩端支撐有端彎矩和橫向荷載同時(shí)作用 ,且使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率的情況 ,根 據(jù)規(guī)范等效彎矩系數(shù) . 將以上數(shù)據(jù)代入下式 ,驗(yàn)算彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性 : 1 (1 0 . 8 )m x xx 34233221 0 1 8 . 7 2 1 0 0 . 8 5 1 9 0 3 . 5 1 010187200 . 8 0 1 8 6 . 6 1 0 1 . 0 5 4 6 8 . 8 1 0 (1 0 . 8 )4 7 3 1 . 8 1 01 8 6 . 5 7 / 2 1 5 /N m m f N m m 對(duì)于這種 T 形截面壓彎桿件 ,還應(yīng)驗(yàn)算 截面另一側(cè) ,即 2 ( 1 1 . 2 5 )m x 343233221 0 1 8 . 7 2 1 0 0 . 8 5 1 9 0 3 . 5 1 01 0 1 8 . 7 2 1 08 6 . 6 1 01 . 0 5 1 8 1 . 9 1 0 ( 1 1 . 2 5 )4 7 3 1 . 8 1 01 . 7 4 / 2 1 5 /N m m f N m m 所以可保證弦桿彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性 . (2) 按下式驗(yàn)算彎矩作用平面外的穩(wěn)定性 150 2 1 . 2 1 5 07 . 0 7 由附錄 4 查得y=對(duì)于雙角鋼 T 形截面的整體穩(wěn)定性系數(shù)b: 1 0 . 0 0 1 7 235f 2351 0 . 0 0 1 7 2 1 . 2 0 . 9 6235 將以上數(shù)據(jù)代入下式 ,驗(yàn)算彎矩作用平面外的穩(wěn)定性 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 6 11b 3423221 0 1 8 . 7 2 1 0 0 . 8 5 1 9 0 3 . 5 1 00 . 9 6 6 8 6 . 6 1 0 0 . 9 6 4 6 8 . 8 1 01 2 1 . 7 8 3 5 . 9 5 1 5 7 . 7 3 / 2 1 5 /N m m f N m m 所以可保證弦桿彎矩作用平面外的穩(wěn)定性 . (3) 強(qiáng)度驗(yàn)算 由于上弦桿兩端的彎矩比較大 ,同時(shí)2 小 尚需按下式驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩截面無(wú)翼緣一邊的強(qiáng)度 : 22r W 34231 0 1 8 . 7 2 1 0 1 9 0 3 . 5 1 08 6 . 6 1 0 1 . 2 1 8 1 . 9 1 0 221 1 7 . 6 4 8 7 . 2 2 0 4 . 8 4 / 2 1 5 /N m m f N m m 因 D 的彎矩值和 相同 ,而軸心力均小于 了簡(jiǎn)化制造工作 ,故可采用與 同的截面尺寸而 不必驗(yàn)算 . 上弦桿 =0,M=m; 224 2232 5 3 8 1 0 1 1 6 . 3 / 2 1 5 /1 . 2 1 8 1 . 9 1 0 N m m f N m m 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 7 圖 弦桿截面 圖 弦桿截面 弦桿截面選擇 按軸心拉桿設(shè)計(jì) ,沿全長(zhǎng)截面不變 ,截面采用等肢角鋼拼合 (圖 最大設(shè)計(jì)拉力 : N= L=600 200要 3 229 7 6 . 1 5 1 0 4 5 . 4 02 1 5 1 0 選用 2 100 12 ,A=2 可滿足要求 , = 600 1 9 8 3 5 03 . 0 3 由于 此屋架不受動(dòng)力作用 ,故可僅驗(yàn)算在豎直平面內(nèi)的長(zhǎng)細(xì)比 . 腹桿截面選擇 各腹桿截面選擇過程從略 ,其結(jié)果列于表 表 件內(nèi)力及截面選擇表 桿件 計(jì)算長(zhǎng)度 設(shè)計(jì)內(nèi)力 截面形式與尺寸 截面面積 截面抵抗矩W(回轉(zhuǎn)半徑(長(zhǎng)細(xì)比 穩(wěn)定系數(shù) 計(jì)算應(yīng)力值 名稱 編號(hào) M (m) y上弦 300 150 0 + 160 14 1 +C 300 150 61 +D 300 150 61 +結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 8 E 300 150 61 +300 150 61 弦 00 600 2 100 12 198 111.3 00 1200 198 212.5 00 1200 198 桿 375 375 2 140 10 300 375 2 80 8 328 410 2 80 10 328 410 + 2 80 8 36 420 + 2 63 8 49.4 36 420 + 2 63 8 豎桿 200 200 2 63 8 6 200 250 2 63 8 6 240 300 2 63 8 25 0 2 63 8 0 腹桿 大設(shè)計(jì)壓力 :N=間節(jié)點(diǎn)板厚采用 t=12支撐節(jié)點(diǎn)板厚度采用 t=43 型 ,角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)160 2/N 件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 斜桿 N=2 140 10 每個(gè)角鋼需要的焊縫面積 : 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 9 2w 3 226 3 4 . 5 1 0 1 9 . 8 32 1 6 0 1 0 角鋼為等肢，則角鋼肢背和肢尖所 需的焊縫面積各為 : 焊縫布置如下 : 肢背焊縫取 81 3 . 8 8 2 4 . 80 . 7 0 . 8 ,采用 25 肢尖焊縫取 65 . 9 5 1 4 . 20 . 7 0 . 6 , 采用 15桿件均為等肢角鋼 ,肢背和肢尖的焊縫面積各按 計(jì)算結(jié)果綜合如表 表 件端部焊縫計(jì)算表 桿件 設(shè)計(jì)內(nèi)力 角鋼尺寸 每個(gè)角鋼所需的焊縫面積 采用的焊縫尺寸 名稱 編號(hào) AAAfhlfhl斜桿 140 10 8 250 6 150 2 80 8 6 200 6 85 2 80 10 6 111 6 48 2 80 8 48 6 48 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 10 63 8 49 6 48 豎桿 2 63 8 6 70 6 70 2 63 8 6 70 6 70 2 63 8 6 70 6 70 上弦 2 160 14 6 150 6 150 下弦 2 100 12 8 199 6 114 桿與節(jié)點(diǎn)的連接焊接 (1) 節(jié)點(diǎn) B 弦桿肢背為塞焊接 ,節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)角鋼背 7 點(diǎn)板厚度t=12塞焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 : 設(shè)焊角尺寸 2f 12 62 mm102 0 .7 = 3 228 4 . 6 1 0 1 4 . 2 / 0 . 8 1 6 0 1 2 8 /2 0 . 7 6 7 1 0 N m m N m m 弦桿肢尖角焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 : 設(shè)焊角尺寸 710 M= N e=100=81498 2 0 = 3 28 1 4 . 9 8 1 0 1 0 2 . 5 /2 0 . 7 8 7 1 0 N m m 262 0 = 3 226 8 1 4 9 8 1 0 8 6 . 6 /2 0 . 7 8 7 1 0 N m m 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 11 22()1 . 2 2 = 2 2 2 28 6 . 61 0 2 . 5 ( ) 1 2 4 . 7 / 1 6 0 /1 . 2 2 N m m N m m 滿足強(qiáng)度要求 . (2) 節(jié)點(diǎn) F (屋 脊節(jié)點(diǎn) ) 拼接角鋼采用與上弦相同截面 140 16,需將拼接角鋼略為彎折并切去肢背的棱角 ,再將豎直斜切 ,使其傳力平順 條角縫均勻受力 ,當(dāng) ,則拼接角鋼一側(cè)每條焊縫長(zhǎng)度為 : 321 0 1 8 . 7 2 1 0 2 8 . 44 0 . 7 0 . 8 1 6 0 1 0 連接角鋼全長(zhǎng)取 60 上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 ,按上弦內(nèi)力 15%與半個(gè)節(jié)點(diǎn)荷載 合力計(jì)算 ,但數(shù)值較小 ,故按構(gòu)造布置 . 豎桿 節(jié)點(diǎn)板的連接構(gòu)造 ,實(shí) 有焊縫長(zhǎng)度比需要長(zhǎng)度大很多 . 跨中屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦中央節(jié)點(diǎn)處是否需要工地拼裝焊縫 ,還是整跨制造運(yùn)到工地安裝 ,需視運(yùn)輸和吊裝設(shè)備而定 ,在此未考慮工地焊縫問題 . (3) 節(jié)點(diǎn) c N 3 224 6 1 . 4 5 1 0 1 4 . 4 22 1 6 0 1 0 肢背焊縫 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 12 取 1 0 40 .6 . 肢尖焊縫 取 4 . 3 2 1 0 . 30 . 6 0 . 7wl c m(4)節(jié)點(diǎn) f(下弦中央節(jié)點(diǎn) ) 下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 ,按弦桿內(nèi)力 15%計(jì)算 ,但數(shù)值不大 ,實(shí)際焊縫尺寸由節(jié)點(diǎn)構(gòu)造尺寸決定 . 下弦中央節(jié)點(diǎn)的拼接采用 2 150 10 連接角鋼 ,接縫一側(cè)每條焊縫長(zhǎng)度 (取 3 229 6 9 . 0 5 1 0 3 6 . 14 0 . 7 0 . 6 1 6 0 1 0 ,拼接角鋼全長(zhǎng)采用 68肢削去 =8+6+5=19將角鋼棱角削除 ,如圖所示 : 支座節(jié)點(diǎn) 屋架支承在鋼筋混凝土柱上 ,支座反力 R=423混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,避免柱頂面被壓壞 ,屋架支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造除要有節(jié)點(diǎn)板外 ,還要有平板式支座底板和加勁肋 支座節(jié)點(diǎn)處端斜桿 下弦桿 軸線應(yīng)交于通過支座中心的豎線上 ,加勁肋對(duì) 稱地布置在節(jié)點(diǎn)板兩側(cè) ,而豎桿 力很小 ,布置時(shí)對(duì)支座中心豎線略有偏心 ,影響不大 下弦桿與支座底板之間的距離不應(yīng)小于下弦角鋼伸出肢的寬度 ,也不小于 100 150用 120鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 13 需要的支座底板面積 : f = 3 224 2 3 1 0 4 4 5 . 39 . 5 1 0 . 考慮構(gòu)造要求 ,采用底板平面尺寸 2828固螺栓直徑采用 d= 20 板上錨孔直徑用 50 則底板凈面積 : 2252 8 2 8 2 7 4 5 4 4 5 . 34 c m c m 底板的厚度按屋架反力作用下產(chǎn)生的彎矩計(jì)算 ,一般不小于16 20選用 t= 20加勁肋尺寸 ,加勁肋和節(jié)點(diǎn)板連接焊縫均應(yīng)按計(jì)算及構(gòu)造要求決定 ,現(xiàn)采用如圖所示 . 最后 ,繪制屋架的施工圖 (只繪出主要部分 ),如圖及所附材料表 . 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 050610382 劉洋 14 參考文獻(xiàn) 1 趙占彪。鋼結(jié)構(gòu)。北京：中國(guó)鐵道出版社。 2006。 2 魏明鐘。鋼結(jié)構(gòu)。武漢：武漢理工大