梯形鋼屋架鋼33米課程設(shè)計計算書

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、設(shè)計資料1、已知條件：梯形鋼屋架跨度 33m長度120m柱距6m屋架鉸接于混凝 土柱上，屋面采用單層彩色鋼板波形瓦，屋面坡度 i = 1/10。屋面活荷載標準值 為0.7 kN/m2，屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為 400 mnK400 mm混凝 土標號為C2Q鋼材采用Q345B級，焊條采用E50型。2、屋架計算跨度：Lo=33- 2X 0.15=32.7m,3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（軸線處），h=1915m（計算跨度處）。屋架的中間高度h=3400mm屋架跨中起拱按Lo/500考慮，取60mm、結(jié)構(gòu)形式與布置圖1屋架形式及幾何尺寸4Xi rL 4

2、L 藥L -jGOL( -： L：nn-.| | |nrrlKI L 7 7z 、X7 7LiXLr L丄MlI IciI I1 I.ui廠m. |uJ1ITT5J 1J、/丄2LM13n i1符號說明：GWJ-（鋼屋架）;SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）;CC-（垂直支撐）;GG-（剛性系桿）;LG-（柔性系桿）圖2屋架支撐布置圖三、荷載與內(nèi)力計算1荷載計算荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。 永久荷載標準值鋼屋架和支撐自重0.12+0.011 X 30=0.45kN/ m2單層彩色鋼板波形瓦0.12kN/卅總計 0.57kN/ m可變荷載標準值屋面活荷載0.70 kN

3、/m總計 0.7kN/ m永久荷載設(shè)計值1.2 X 0.57=0.684kN/m可變荷載設(shè)計值1.4 X 0.7=0.98kN/ m2.荷載組合F=(0.684+0.98) X 1.5X 6=14.97kNF1=0.684X 1.5X 6=6.156kNF2=0.98X 1.5X 6=8.82 kN設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合： 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載： 半跨節(jié)點可變荷載：全跨屋架及支撐自重+屋面板重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架及支撐自重：F3 =0.45X 1.2X 1.5X 6=4.86kN半跨大型屋面板重及活

4、荷載：F4=（1.4X 0.12+0.7X 1.4） X 1.5X 6= 10.33kN3.內(nèi)力計算本設(shè)計采用程序計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合F*第二種組合第三種組合計算桿 內(nèi)力（全跨左半跨右半跨F1*+F2*F1* +F2* F3*+F4*F3*+F4* 上弦AB00P-0.010.000.00-0.160.00-0.26-0.BCCD-11.35-8.49-3.45-631.39-584.54-501.99-281.38-151.20-631.DEEF-18.19-13.08-6.25-1011.89-928.19-816.31-

5、437.36-260.94-1011.FGGH-21.53-14.62-8.46-1197.69-1084.51-983.61-495.40-336.29-1197.HJ-22.36-13.98-10.25-1243.86-1106.60-1045.50-483.41-387.07-1243.IJJK-22.73-14.3910.2-1264.45-1127.84-725.05-496.03139.13-1264.下弦ab6.334.94P 1.83352.13 1329.36278.42162.2381.89352be15.3611.34.98854.46787.96684.44375.90

6、212.65854cd20.2114.147.431124.26 11024.84914.93475.78302.471124de22.1214.44P 9.391230.51 11104.721022.00493.98363.541230ef21.2311.6811.681181.00 1024.571024.57417.82417.821181斜腹 桿aB-11.34-8.66-3.27-630.83-586.93-498.65-285.72-146.49-630.Bb8.816.47P 2.87490.09 :451.76392.79215.31122.32490bD-7.55-5.23

7、-2.84-420.00-382.00-342.85-176.39-114.66-420.De5.393.392.44299.84267.08251.52117.0592.51299eF-4.23-2.25-2.43-235.31 1-202.88-205.83-81.26-85.91-235.Fd2.620.882.13145.75117.25137.7237.0669.35145dH-1.510.22-2.12-84.00-55.66-93.99-2.58-63.02-93.He0.29-1.251.8916.13-9.0942.34-30.7050.4150-27.eg1.533.4-2

8、.2885.11115.7422.7096.19-50.25115-50.gK2.164.07-2.32120.16151.4446.78116.94-48.11151-48.gI0.490.54-0.0627.2628.0818.2516.631.1328豎桿Aa-0.55-0.540-30.60-30.43-21.59-16.96-3.01-30.CbEe-1-0.990-55.63-55.47-39.25-31.04-5.47-55.Gd-0.98-0.980-54.52-54.52-38.46-30.67-5.36-54.Jg-0.85-0.90-47.28-48.10-33.36-2

9、7.90-4.65-48.Ie-1.42-1.430-78.99 :-79.16-55.73-44.70-7.77-79.Kf0.02001.110.780.780.110.111四、桿件截面設(shè)計腹桿最大內(nèi)力，N=-630.83KN，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛 度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。1.上弦桿整個上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計算，N=-1264.45KN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度lox=1507mm屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：loy =4521mm根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，故截面宜選

10、用兩個不等肢角鋼，且短肢相并, 見圖3yI圖3上弦截面設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807需要截面積A=1246*10=7287需要回轉(zhuǎn)半徑iiy 丄=4524 = 75.4mm九 60* *I根據(jù)需要的A、lx、iy查角鋼型鋼表，初選2 L180 110 14,2A=7793mm，ix=308mm ，iy =88mm。按所選角鋼進行驗算:x_ lox _ 1507-48.96 V 入=150ix 308y = 4 = 4524 =51.41 V 入=150 iy 88由于x，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表， = 0.8473上A =需寫19159MPalOx，故用不等肢角鋼，短肢相并

11、，見圖4。3.端斜桿Ba圖42A=6742 mm ,lox 3000ixyloy=已知 N = -630.83kN ,下弦截面ix=31mm, iy=87.4mm。二 96.77 =35014850 =169.91 =35087.4所選截面滿足要求。Iox = lOy = 2456mm。因為Iox = lOy，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使J = iy,選用角鋼2 L 140 90 102 iiA = 4452.2mm , ix = 44.7mm, y = 87.4mm截面剛度和穩(wěn)定驗算：x=卄需=54.94=150y = loyiy245637.4=65.66 - =150因為y x只需求；

12、：y ,查表得y=0.764067S8344；0； =185.46MPa215 MPa 所選截面滿足要求。4. 再分腹桿eg-gK此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。拉力：Ngk =151.44KN , Neg =115.74kN壓力:Neg =-50.52kN,Ngk 二-48.11 KN計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點間軸線長度Iox =0.8X 2250=0.8X 2250=1800mm屋架平面外根據(jù)支撐布置取:=1(OS.2聲)=450X(0-75+0-25S2)=4446.3mm選用2 L 63 5,見圖5。12%Xo12I圖6中豎桿Kf圖5再分腹桿egK2A=1228.6mm ，ix=1

13、9.4mm.iy=30.4mm。x= lox=ix180019.4= 92.78=53.9 =150y =!or=iy44463 =146.25 =15030.4因為 x只需求；：y ,查表得y=0.32，則50.52 10128.5MPa215 MPa；A 0.32 1228.6M 454 aa x 1 n拉應(yīng)力：N = 151.44 10 /23.26MPa : 215MPa所選截面滿足要求 A 1228.65. 豎桿leN = -79.16KN ,l0x =0.8l = 0.83052= 2442mm,l0y = I 二 3052mm由于桿件內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)1 oxr

14、n244.21.63cm150ly1 oyn305.2150=2.03cm查型鋼表，選用2 L 63X 5,其幾何特性為2A=1228.6mmix =19.4mmiy =30.4mmoxix244.2125.88cm： 1 5 01.94 = 3052 = 100.39cm 15 0 iy 3.04因為 y只需求:x，查表得x=0.406,則79.16 1030.406 1228.6= 158.7MPa : 215MPa其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結(jié)果見表 2屋架桿件截面選擇表名稱桿件編 號內(nèi)力（KN計算長度（cm）截面規(guī)格截面面積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細比容許長細穩(wěn)定系數(shù)申計

15、算應(yīng)力Mpal 0xl0yixiy九y容許長細比人xy上弦IJ JK-1264.45150.8452.42L180X 110 X 1477.933.088.848.9651.411500.847191.59下弦de1230.5130014852L180X 110 X 1267.423.18.7496.77169.91350182.51腹桿Aa-30.61991992L63X 512.2861.943.04102.665.51500.53846.29aB-630.83253.4253.42L140X 90 X 1044.5224.473.7456.7167.781500.764185.46Bb4

16、90.09208.6260.82L100X 623.8643.14.5167.2957.83350205.37Cb-55.63183.22292L50X 59.6061.532.53119.790.51500.493131.92bD-420229.52872L100X 727.5923.094.5374.363.31500.724210.25De299.84228.7285.82L70X 616.322.153.33106.3785.83350183.73Ec-55.63207.22592L50X 59.6061.532.53135.4102.41500.363159.54eF-235.312

17、50.8312.62L90X 621.2742.794.1389.8975.693500.621178.12Fd145.75249.5311.82L50X 59.6061.532.53167123.3350151.73Gd-54.52231.22892L50X 59.6061.532.53151.1114.21500.304186.67dH-93.99271.6339.52L70X 616.322.153.33151.1101.951500.304189.45He50.41-27.55270.8338.42L63X 512.2861.943.04139.59111.321500.34764.6

18、2le-79.16255.2319.12L63X 512.2861.943.04131.5104.91500.381169.11eg115.74-44.78230.1453.732L63X 512.2861.943.04118.6149.251500.31117.54gk151.44-42.26230.1453.732L63X 512.2861.943.04118.6149.251500.31110.96Kf1.12314.1314.12L63X 512.2862.452.45128.2128.22000gI28.08165.9207.42L50X 59.6061.532.53108.782.

19、235029.23Jg-48.1127.6158.92L50X 59.6061.532.5383.4631500.66575.3五、節(jié)點設(shè)計用E50焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值=160MPa各桿件內(nèi)力由表1查得1.下弦節(jié)點b(1) 斜桿Bb與節(jié)點的連接焊縫計算：設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為 8mm和6mm。所需焊縫長度為:肢背：0.7N0.7匯490090 心“怖 “clww182.33 16 _ 198.33 mm，取 lw = 200mm2hefT 2 0.7 8 160肢尖：,.0.3N0.3 490090-lW = =109.4+12 = 121.4mm，取 IW = 1

20、20mm2heffw 2 0.7 6 160(2)斜桿Db與節(jié)點的連接焊縫計算：設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為 8mm和6mm。所需焊縫長度為：肢背：0.7 x420000才lw164.06 16 =180.06mm，取 lw = 180mm2 0.7 8 160肢尖：0.3 420000lw=93.75+12=105.75mm,取 I w = 110mm2 0.7 6 160(3) 豎桿Cb與節(jié)點板連接焊縫計算：因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸hf=5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤 差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為457mmX

21、340mm(4) 下弦桿與節(jié)點板連接焊縫驗算：焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 N=854.16-352.13=502.33KN,設(shè)肢尖與 肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為457mm,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：0.75 502.33 103 100.79MPa160MPa2 0.7 6 (457-12)(5)節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖7所示圖7節(jié)點板b尺寸2 .上弦節(jié)點B(1) 斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點 b中Bb桿計算相同。(2) 斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算設(shè)肢背與與肢尖的焊腳

22、尺寸分別為 10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背：0.7Nw0.7 630830 183 20 = 203mm，取 lw = 210mm2heffw2 0.7 10 160肢尖：10.3N0.3 630830廿w NeffW N0.7160 =164.28+12648mm，取 lw= 180mm(3) 上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背 8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算 時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫 內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得1 、 1hf節(jié)點板厚度12 = 6

23、mm，hf = 10mm2 2上弦與節(jié)點板間焊縫長度為470mm，則P2 0.7 hf lw114MPa0.8 1 f ffw =156MPa2 0.7 6 470上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 N=631.39-0.26=631.13KN偏心距e =110-25.9= 84.1mm設(shè)需焊縫長度為470mm，貝U N2hlw6311302 0.7 10 (470-20)= 100.18MPa6 ：M2 0.7hfl：2= 112.33MPa6 631130 84.12 0.7 10 (470-20)221 12 33 22.()2 +e)2=J( )2 +100.182 =140.62M

24、Pa c160MPa 1.22V 1.22(4) 節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖 8所示圖8節(jié)點板B尺寸3 .屋脊節(jié)點K(1) 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密 合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠 節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10m m,則需焊縫長度為N4 0.7 hffwf282.2420 = 302.24 mm4 0.7 10 160取 lw=300mm拼接角鋼長度取2 (300+20)+24= 664mm(2 )斜桿與節(jié)點板連接焊縫的計算：設(shè)肢背與肢尖的

25、焊角尺寸分別為 6mm和5mm，所需焊縫長度為:肢背：lw0.7 15144012 = 90.88mm，取 lw=100 mm2 0.7 6 160肢尖：l： = 0.3汽151440+10 =50mm，取焊縫長度 lw=60mm2 0.7 5 160根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤 差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為500mmX 240mm(3 )弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：取節(jié)點板的長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為 500/2 -10 -20 =220 mm。上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載P2 0.7 hflw55629

26、18.06M Pa： 0.8 一： f ffw =156.16M Pa2 0.7 10 220上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩 設(shè)焊腳尺寸為10mm。0.15N2helw1264450 0.152 0.7 10 220= 61.58MPa2helw6 0.15 1264450 84.122 0.7 10 220=141.24MPaa f 22 j 141 24 22（左 5）F（在）+6158 =131.13MPa16MPa(4)中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸hf=5mm(5)節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖 9所示

27、-f 護-圖9節(jié)點板K尺寸4 .下弦跨中節(jié)點f（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算拼接角鋼與下弦桿截面相同，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm,則需焊縫長度為f -二 67.42 100 21= 404mm，取 lw=404+16=420mm4 0.7 hf f；4 0.7 8 160拼接角鋼長度2 420+20=860mm（2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算按下弦桿內(nèi)力的15%計算，設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm,弦桿一側(cè)需焊 縫長度為肢背：lw 二07 1181000 0.15 12 =104.27mm，取 lw=110mm 2X0.7X6X1600.3 1181000 0.15肢尖 h12= 51.54m

28、m，取 iw =60mm2漢0.7漢6漢160（3）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖10所示圖10節(jié)點板f尺寸5 .端部支座節(jié)點a圖11支座節(jié)點a為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出 肢的寬度，故可取為180m m。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié) 點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為 14mm。(1)支座底板計算支座反力 R =55629 10 =556290N取加勁肋的寬度為110mm，考慮底板上開孔，錨栓直徑取 d=25mm，錨栓孔直 徑 為 60mm ， 則 所 需 底 板 面 積： R55629022二 一 錨栓孔缺口面積 二3.14 60 /4 = 47329.2mm 按構(gòu)造要求取底fc12.5板尺寸為280mm400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力，貝U承壓面積：代=280 (2 110 14) -65520mm2R 556290驗算柱頂混凝土的抗壓強度：R - 556290 =8.49MPa ： fc =12.5MPa滿足An65520底板的厚度按支座反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每 塊板為兩邊支承而另兩塊相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為M - -2式中匚底板下的平均應(yīng)力，c =8.49MPa：2兩邊支承對角線長，：2 = ,(140 -14/2)2 1102 = 172.6mm