鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 梯形屋架設(shè)計(jì)

1、 梯形屋架設(shè)計(jì)任務(wù)1 設(shè)計(jì)資料梯形屋架，建筑跨度為18m，端部高度為1.99m，跨中高度為2.89m，屋架坡度i=1/10,屋架間距為6m，屋架兩端支撐在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土采用。屋架上、下弦布置有水平支撐和豎向支撐（如圖1-1所示）。屋面采用1.5×6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠巖（）的保溫層，三氈四油鋪綠豆沙防水層，20mm厚水泥砂漿找平層，屋面雪荷載為，鋼材采用3號(hào)鋼（q390）。2設(shè)計(jì)要求2.1 屋面雪荷載取值：按分組序號(hào)，取用設(shè)計(jì)資料屋面雪荷載+0.1×分組序號(hào)（第2組，屋面雪荷載取值為：+0.1

2、15;2=）。2.2 設(shè)計(jì)中，應(yīng)繪制出必要的節(jié)點(diǎn)詳圖等圖紙。2.3 其他條件與設(shè)計(jì)資料相同。3 荷載計(jì)算3.1 永久荷載預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板： 三氈四油防水層及及找平層（20mm）：120mm厚泡沫混凝土保溫層： 3.2 可變荷載屋面雪荷載： 3.3 荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載為：4 內(nèi)力計(jì)算桁架桿件的內(nèi)力，在單位力作用下用圖解法（圖2-1）求得表3-1。 如圖2-1 表3-1桿 件軸線長f荷載內(nèi)力（kn）上弦桿 135801507-219.3231508-219.3231507-317.0551508-317.0551507-320.896下弦桿2850+

3、127.6133000+280.5773000+326.711斜桿a2519-229.156b2602+161.628c2859-119.159d3118+66.399e3118-24.318f3118-16.317豎桿a-b1990-17.622c-d2290-35.244e-f2590-35.244g-h2890+28.618 桿件內(nèi)力圖5 截面選擇5.1 上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，以最大軸力桿來選擇：在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長度，屋架平面外的計(jì)算長度。選用兩個(gè)不等肢角鋼，長肢水平。截面幾何特性（長肢水平雙角鋼組成t形截面，節(jié)點(diǎn)板根據(jù)腹桿最大內(nèi)力選用板厚8mm）： 截面驗(yàn)算：大型屋面板與

4、上弦焊牢，起縱橫向水平支撐作用，上弦桿其他節(jié)間的長細(xì)比和穩(wěn)定驗(yàn)算均未超過上述值。5.2 下弦桿截面選擇下弦桿也采用相同截面，以最大軸力桿來選擇：在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長度：，屋架平面外的計(jì)算長度：。所需截面面積為：選擇兩個(gè)不等肢角鋼，長肢水平。截面幾何特點(diǎn)： 另兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的下弦桿內(nèi)力較小，但，故須驗(yàn)算其屋架平面外的長細(xì)比：5.3 支座豎桿ab截面選擇桿軸力：計(jì)算長度：，采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t型截面截面幾何特性：，截面驗(yàn)算：5.4 支座斜桿a截面選擇桿軸力： 計(jì)算長度：采用兩個(gè)不等肢角鋼，長肢相拼。截面幾何特性：截面驗(yàn)算：5.5 斜桿b截面選擇桿軸力： 計(jì)算長度：所需截面:選用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形

5、截面截面特性：5.6 豎桿cd截面選擇桿軸力：計(jì)算長度：采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形截面。截面幾何特性：截面驗(yàn)算：5.7 斜桿c截面選擇桿軸力： 計(jì)算長度： 采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形型截面截面幾何特性： 截面驗(yàn)算：5.8 斜桿d截面選擇桿軸力： 計(jì)算長度： 所需截面：采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形型截面截面幾何特性： 5.9 豎桿ef截面選擇桿軸力：計(jì)算長度： 采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形截面截面幾何特性： 截面驗(yàn)算：5.10 斜桿e截面選擇桿軸力： 計(jì)算長度： 采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形截面截面幾何特性： 截面驗(yàn)算：5.11 斜桿f截面選擇桿軸力：計(jì)算長度： 采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形截面截面幾何

6、特性： 截面驗(yàn)算：5.12 豎桿gh截面選擇桿軸力：計(jì)算長度： 采用兩個(gè)等肢角鋼，組成t形截面截面幾何特性： 截面驗(yàn)算：各桿件截面選擇結(jié)果列表如下表4-1屋架桿件截面選擇表?xiàng)U件 名稱計(jì)算內(nèi)力（kn）計(jì)算長度（cm）截面規(guī)格截面面積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力（n/mm2）l0xl0yixiyxy yz上弦 屋脊接點(diǎn)0150.8301.62100×80×621.2742.404.6162.865.41500.7780-219.323150.8301.62100×80×621.2742.404.6162.865.41500.77

7、8132.51-219.323150.8301.62100×80×621.2742.404.6162.865.41500.778132.51-317.055150.8301.62100×80×621.2742.404.6162.865.41500.778191.56-317.055150.8301.62100×80×621.2742.404.6162.865.41500.778191.56-320.896150.8301.62100×80×621.2742.404.6162.865.41500.778193.88下

8、弦+122.613300600290×56×617.1141.584.42189.9135.73500.567126.35+280.577300600290×56×617.1171.584.42189.9135.73500.567289.14+326.711300300290×56×617.1141.584.42189.9135.73500.567336.68斜桿a-229.1562532532100×63×722.2223.202.5879.198.11500.567181.8b+161.628209261.32

9、50×59.6061.532.38136.6109.83500.35948.86c-119.159229.1286.4275×59.6061.532.3898.385.21500.566142.01d+66.399229.1286.4250×59.6061.532.38149.7120.33500.30822.44e-24.318249.9312.4263×512.2861.942.89128.8108.11500.39350.36f-16.317249.9312.4263×512.2861.942.89128.8108.11500.39333

10、.79豎桿ab-17.622199199263×512.2861.942.8910268.91500.54226.463cd-35.244183.2229250×59.6061.532.38119.796.21500.43883.76ef-35.244207.2259250×59.6061.532.38135.4108.81500.364100.79gh+28.618231.2289263×512.2861.942.89119.21003500.78629.636 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)板厚一律取8mm，各桿內(nèi)力如圖5-1所示。5.1 下弦節(jié)點(diǎn)i設(shè)計(jì)首先，

11、計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸，最后驗(yàn)算下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：設(shè)桿b的肢背和肢尖焊縫分別是和，則所需焊縫長度為：肢背： 取110mm肢尖： 取80mm設(shè)桿c的肢背和肢尖焊縫分別是和，則所需焊縫長度為肢背： 取100mm肢尖： 取80mm設(shè)桿cd的肢背和肢尖焊縫均為，則所需焊縫長度為肢背： 取165mm肢尖： 取165mm根據(jù)上述腹桿焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)留有間隙，按比例繪出節(jié)點(diǎn)大樣圖。 下弦桿6.1 從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為385mm，焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差 所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力

12、為：6.2 下弦節(jié)點(diǎn)j的設(shè)計(jì)（圖5-2）設(shè)節(jié)點(diǎn)所有焊縫為，所需焊縫長度如下：桿d肢背： 肢尖： 桿ef肢背： 肢尖：桿e肢背： 肢尖：所有焊縫均按構(gòu)造（節(jié)點(diǎn)板尺寸）確定，焊縫長度均需大于60mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為320mm，焊縫所受的力為左右兩下弦 桿內(nèi)力差所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.3 下弦節(jié)點(diǎn)k的設(shè)計(jì)下弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般），拼接角鋼這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫，則所需一條焊縫計(jì)算長度為:拼接角鋼的長度取

13、400mm>121.5×2=243mm屋架分成兩個(gè)運(yùn)輸單元，設(shè)置工地焊縫長度拼接，左半邊的弦桿和腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的弦桿與腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工地焊縫。中間豎桿跟左半邊在工廠焊牢再出廠，為便于工地拼接，在拼接的角鋼與右半邊斜桿上，設(shè)置螺栓孔。作為安裝施焊前的定位之用。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間用焊縫滿焊。斜桿f和豎桿gh的內(nèi)力均很小，肢背與肢尖焊縫，施焊長度均可按構(gòu)造采用，至少60mm，采用390×290×8mm，所有焊縫均滿焊，焊縫長度均大于所需長度。6.4 支座節(jié)點(diǎn)h設(shè)計(jì)為了便于施焊，下弦焊與支座底板的距離取130mm，在節(jié)點(diǎn)中心設(shè)置加勁肋，加勁

14、肋高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等。6.4.1 支座底板計(jì)算支座反力：支座底板的平面尺寸取，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則實(shí)承面積為：驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：式中鋼筋混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成4塊。每塊板是兩相鄰為固定支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度最大彎矩為：式中 q底板所受的均布反力，兩支承之間的對(duì)角線長度，系數(shù)，由查課本表5-6確定，為兩支承邊的相交點(diǎn)到對(duì)角線的垂線距離，由相似三角形的關(guān)系得：查表5-5得底板厚度： 取20mm6.4.2 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的鏈接焊縫計(jì)算與牛腿焊縫相似，假定

15、一個(gè)加勁肋的受力為屋架支座反力的四分之一，即：焊縫受剪力，彎矩：，設(shè)焊縫，焊縫計(jì)算長度焊縫應(yīng)力為： 6.4.3 節(jié)點(diǎn)板，加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力r=211.4kn，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點(diǎn)板傳節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫，所需焊腳尺寸為 采用每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為：，所需焊腳尺寸為 取6.4.4 下弦桿與支座斜桿和豎桿焊縫計(jì)算下弦桿 肢背和肢尖焊縫均為，則所需焊縫長度為：肢背： 肢尖：支座斜桿 肢背焊縫長度為，肢尖焊縫長度為，則所需焊縫長度為：肢背： 肢尖：支座豎桿 肢背和肢尖焊縫均為，則所需焊縫長度為：肢背： 肢尖：根據(jù)節(jié)點(diǎn)板尺寸所確定的焊縫長度均大于所需焊縫長度

16、，全部焊縫滿焊。6.4.5 上弦節(jié)點(diǎn)b設(shè)計(jì)為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽鋼作為兩條焊縫計(jì)算，這時(shí)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，且假定集中荷載f與上弦垂直（圖）上弦桿上弦肢背槽鋼焊縫的，節(jié)點(diǎn)板的長度為435mm，其應(yīng)力為：上弦肢間角焊縫的應(yīng)力為：腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫已在下弦節(jié)點(diǎn)中計(jì)算，可不必再計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板尺寸就是根據(jù)腹桿焊縫長度按比例繪制確定。上弦為了便于擱置屋面板，在角鋼再肢間設(shè)置肋板。6.4.6上弦節(jié)點(diǎn)d、f的設(shè)計(jì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的弦桿內(nèi)力差值較小，腹桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接已在下弦節(jié)點(diǎn)計(jì)算中解決，根據(jù)腹桿焊縫長度決定節(jié)點(diǎn)板尺寸（圖），假定節(jié)點(diǎn)荷載由槽鋼焊縫承受，可不必計(jì)算，僅驗(yàn)算肢尖焊縫。d節(jié)點(diǎn)： f節(jié)點(diǎn)：6.4.7 上弦節(jié)點(diǎn)a、c、e設(shè)計(jì)這三個(gè)