21m跨廠房梯形鋼屋架設(shè)計(jì)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書題目：21m跨廠房梯形鋼屋架設(shè)計(jì)姓名：蒙立強(qiáng)學(xué)號(hào)：359409798班級(jí)：土木3班文案大全,、設(shè)計(jì)資料(2)1、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置(2)1. 屋架形式及幾何尺寸(2)2. 屋架支撐布置(3):、荷載計(jì)算(4)1. 荷載設(shè)計(jì)值(4)(6)2. 荷載組合(4)四、內(nèi)力計(jì)算五、桿件設(shè)計(jì)1. 上弦桿(7)2. 下弦桿(8)3. 斜腹桿“Ba”(9)4. 豎桿“Gg”(10)5. 各桿件的截面選擇計(jì)算(10)六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(12)1. 下弦節(jié)點(diǎn)“c”(12)2. 上弦節(jié)點(diǎn)“B”(13)3. 屋脊節(jié)點(diǎn)“H(15)4. 支座節(jié)點(diǎn)“a”(16)七、屋架施工圖(19)附節(jié)點(diǎn)詳圖1-

2、6(20)、設(shè)計(jì)資料某廠房總長度為90m,跨度為L=21m,屋蓋體系為無楝體系，縱向柱距為6m。1 .結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,屋面坡度i=L/10,L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C,無侵蝕性介質(zhì)，不考慮地震設(shè)防，屋架下弦標(biāo)高為18m,廠房?jī)?nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/30t（中級(jí)工作制），鍛錘為2臺(tái)5t。2 .屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q345鋼，焊條為E50型。3 .屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載：無楝體系：采用1.5m>6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用

3、）。荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L,L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2,雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35kN/m2,施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值，積灰荷載0.8kN/m2。屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0.65kN/m2一氈二油隔氣層0.05kN/m2水泥砂漿找平層0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45kN/m2二、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置1 .屋架形式及幾何尺寸如下圖1所示:Cegh150

4、07=10500圖1屋架形式及幾何尺寸2 .屋架支撐布置如下圖2所示:WLG5LG5/lLG5LG56000*15=90000AMUO12G5CCGGC2C(5C垂直支撐1-1CC3GG3GG3CC6GG3GG3CC3垂直支撐2-2符號(hào)說明：SC一上弦支撐XC一下弦支撐CC一垂直支撐GG剛性系桿LG柔性系桿圖2屋架支撐布置、荷載計(jì)算由于屋架的受荷水平投影面積為：A=21x6m2=126m2>60m2,故按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取屋面活荷載(按上人屋面)標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2,雪荷載為0.35kN/m2,取屋面活荷載與雪荷載中較大值0.7kN/m2。屋架沿水平投影面積分布的自重(包括支撐)按經(jīng)

5、驗(yàn)公式q=0.12+0.011L計(jì)算，L為屋架跨度，以m為單位。1.荷載設(shè)計(jì)值永久荷載設(shè)計(jì)值：2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板屋架及支撐自重1.451.35=1.957kN/m2一一一2(0.12-0.01121)1.35=0.474kN/m2三氈四油(上鋪綠豆砂)防水層0.41.35=0.54kN/m2水泥砂漿找平層0.41.35=0.54kN/m2保溫層0.651.35=0.8775kN/m2一氈二油隔汽層0.051.35=0.067kN/m2水泥砂漿找平層0.31.35:0.405kN/m2可變荷載設(shè)計(jì)值:屋面活荷載積灰荷載合計(jì)4.862kN/m20.71.4=0.98kN/m20.81.4=1.1

6、2kN/m合計(jì)2.1kN/m22.荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下3種荷載組合：使用階段荷載情況：(1)全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：F=(4.8622.1)1.56kN=62.66kN(2)全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：Fi=4.8621.56kN-43.76kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：F2=2.11.56kN=18.9kN施工階段荷載情況：(3)全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：F3=0.4741.56kN=4.266kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：F4=(1.95750.98)1.56kN=26.438kN屋架在上述3種荷載組

7、合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖3所示：F/2圖3荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖1.01.01.0四、內(nèi)力計(jì)算由以下圖4得F=1時(shí)屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）4.10074411.962+11.768-12.182.163.0106.6637.3263.8844.6363.0811.09021米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值aceg21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖4屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)由屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)求出各種組合荷載情況下的內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果見下表1:桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第1種組合第2種組合第3種組合計(jì)算桿件內(nèi)力（kN）全跨（1）左半跨（2）右半跨（

8、3）F父（1）F中跖12）E中標(biāo)巡）區(qū)中詼堂）F中股巡）上弦AB0.0000.0000.000000000BC,CD-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196DE,EF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FG,GH-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.1996下弦ac4.1003.0101.090256.906236.30520

9、0.01797.06946.308256.906ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383斜腹桿Ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc5.8083.9601.848363.930329

10、.002289.085129.47173.634363.930Dc-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47.024-98.502Fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070Hg0.7131.913-1.20044.67

11、767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684豎桿Aa-0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88-15.352-2.133-31.33Cc,Ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66Gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表1屋架桿件內(nèi)力組合表注：F=62.66kN,F1=43.76kN,F2=18.9kN,F3=4.266kN,F4=26.438kN五、桿件設(shè)計(jì)腹桿最大內(nèi)力N=-481.479kN,查表7.4,中間節(jié)點(diǎn)板厚度

12、選用10mm,支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。1.上弦桿（圖5）整個(gè)上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。N=-763.199kN=-763199N,上弦桿平面內(nèi)計(jì)算長度h=150.75cm;在屋架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，平面外計(jì)算長度10y=3黑150.75cm=452.25cm。因?yàn)?0y=31°x,故截面直選用兩個(gè)不等肢角鋼短肢相并，選用2L140M90M8,如下圖5所示：圖5上弦桿截面圖設(shè)九=70,查附表4.2得邛=0.751需要截面面積為:763199mm2.3278.2mm2f0.751310需要的回轉(zhuǎn)半徑為:l0x150.75一ix=cm=2.154c

13、m70iy£cm=6.461cm70根據(jù)需要的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表，選用2L125M80x10,截面特征為:A=39.4cm2,ix=2.26cm,iy=6.11cm,按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算:ix翳=66.70：小5010yiy452.25=74.01：二i'I-1506.11滿足長細(xì)比要求。由于九y,只需求巴,查表得平y(tǒng)=0.725,于是76319922.2N/mm2=267.2N/mm2:二f=310N/mm2,yA0.7253940所選桿件滿足要求。2.下弦桿（圖6）Nmax=749.539kN=749539N,10x=300cm,10y=1035cm所需截面面積為：

14、A=Nf749539mm2=24.18cm2310選用2L110x70x7,因?yàn)閘Ox«lOy,故選用不等肢角鋼短肢相并。22A=24.6cm>24,18cm,ix=2.00cm,1y=5.39cm殳=竺°=150：1-350y=國二衛(wèi)”二192.02；!）-350ix2.00iy5.39滿足長細(xì)比要求，故所選桿件滿足要求。3,斜腹桿“Ba”（圖7）戶21400*63*10Y圖7斜腹桿“Ba”截面圖桿件軸力N=-481.479kN=-481479N計(jì)算長度l0x=l0y=253cm,因?yàn)閘°x=l0y,故采用不等肢角鋼長肢相并，使ixiy選用2L100M63

15、M10,貝UA=31,0cm2,ix=3.15cm,iy=2.72cm0x2533.15=80.32,-y0y2532.72=93.01因?yàn)?#39;y故只需求y=0.601,4814790.6013100.22N/mm=258.43N/mm:二-2=310N/mm,所選桿件滿足要求4.豎桿“Gg”（圖8）JO由于內(nèi)力較小，故按lk】=150選擇，所需的回轉(zhuǎn)半徑為:ix過c2m=1.54cm15010y289I-I150cm=1.93cm查型鋼表，選擇截面的回轉(zhuǎn)半徑較計(jì)算的要略大些，故選用2L56M32A=668mm,ix=1.75cmi,1y=2.64cm二位二2312as2：.i，150l

16、x1.75也=289=109.5|.|_150yly2.64因?yàn)?>%,故只需求中y=0.378,62660222N/mm=2482N/mm<f=310J/mm,桿件滿足要求。0.3786685.其余各桿件的截面選擇計(jì)算過程不一一列出，其計(jì)算結(jié)果見表2（在下一頁）10表2桿件截面選擇表?xiàng)U件計(jì)算內(nèi)力/kN"Vv-截面規(guī)格截面面積/cn:計(jì)算長度/回轉(zhuǎn)半徑/5長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力仃名稱編號(hào)Qq444%)%上弦FG,GH-763.1992L125«80x1039,40150.75452252.266.1166.774,011500.725-26Z1ST弦然74

17、95392L110x70x724.6300.01035.02.005.39150192.02350304.69斜腹桿Ba-481.4792L100x63x103LOO253.0253.03.152.7280.3293,011500,601-258.43Be3635302L90x827.89209.04261.302.764.0975.7463.89350130.49De-276.2682L9Qx827.8922942286.402.764.0983.0170.021500.552-17945De174.9472L5O*59.61229.12286.401.532.45149.75116.903

18、50182.05Fe-98.5022L63X512.29249.92312.401542.96128.82105541500.2S8-278.29愿40,1902L63x512.2924992312401.942.96128.82105.541500.2SS-73.65-26.070Hg673572L63xS12.29271.2339.001.942.96139.79114.531500.250-9336-28.684豎桿Aa-31.332L50x5961199.00199.001.532.45130.0781.2215002s3-115.20Cc-62,662L56x36.6S183,202

19、29.001.752.64104.387,221500.414-22658Ee-62.662L56X36.6S207.20259.001.752.64118.0296311500.402-233.34-62.662L56x36.6S231.22S9.001.752.64132.1109.51500.378-248.15六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.下弦節(jié)點(diǎn)“（圖9）_力c圖9下弦節(jié)點(diǎn)“c”詳圖(1)腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計(jì)算用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為wff2=200N/mm。則所需的焊縫長度為:肢背：lw1kiN20.7hfffw0.7363930一rmm=113.7mm20.

20、78200Bc桿：設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫hf=8mm和hf=6mm2hf,取為14cm肢尖;lw2k2N20.7hfffw0.3363930mm=64.99mm20.76200考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長度為計(jì)算長度加實(shí)際焊縫長度為計(jì)算長度加2hf,取為8cm則所需的焊縫長度為:Dc桿：設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫hf=8mm和hf=6mm肢背：lw1k1N20.7hfffw0.7276268“cmm=86.3mm20.782002hf,取為10cm考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長度為計(jì)算長度加肢尖:lw2k2N20.7hfffw0.3276268mm=493mm

21、20.7620012實(shí)際焊縫長度為計(jì)算長度加2hf,取為6cmCc桿：由于“Cc”桿內(nèi)力很小，故焊縫尺寸可按構(gòu)造要求確定，取hf=5mm(2)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸根據(jù)上面求得的焊縫長度，按構(gòu)造要求留出桿件間應(yīng)有的間隙并考慮制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為260mmx350mm。(3)下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為250mm,取hf=6mm,焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差A(yù)N=(610.559-256.906)kN=353.653kN，對(duì)受力較大的肢背處焊縫進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算:0.7535365320.76(350-12)2N/mm=93.42

22、N/mm2:二ffw_2=200N/mm,焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖10)圖10上弦節(jié)點(diǎn)“B”詳圖(1)腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計(jì)算Bc桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c”相同Ba桿：肢背和肢尖焊縫分別采用hf=10mm和hf=8mm,則所需的焊縫長度為:13肢背：lw1k1N20.7hfffw0.7481479mm20.710200=120.4mm,取14cm肢尖：lw2k2N20.7hfffw0.3481479mm20.78200=64.5mm,取8cm確定節(jié)點(diǎn)板尺寸(方法同下弦節(jié)點(diǎn)”c)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為250mmx400mm。(3)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算

23、應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)荷載P和上弦相鄰節(jié)間內(nèi)力差A(yù)N的共同作用，并假定角鋼肢背槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載P的作用，肢尖角焊縫承受相鄰節(jié)間內(nèi)力差A(yù)N及其產(chǎn)生的力矩作用。肢背槽焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算：hf=0.5t=(0.510)mm=5mm,lw1=lw2=(40010)mm=390mm,節(jié)點(diǎn)荷載，P=62.66kNP6266022=N/mm=22.95N/mm:二20.7hflw120.75390w2ff=200N/mm肢尖角焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算：弦桿內(nèi)力差為AN=(468.196-0)kN=468.196kN,軸力作用線至肢尖焊縫的偏心距為e=90-25mm=65mm,偏心力矩為M=Ne=(468.4960.065)kNm=30

24、.452kNm,貝N=-=468496n/mm2=171.61N/mm2:二ffw=200N/mm220.7hflw220.75390MWw6M630.452106T_"=-_220.7hflw220.710390.,22N/mm=85.80N/mmoc885.80oocio2n(M)2=171.61()2N/mm2=185.46N/mm2:二ffw=200N/mm2N1.22-1.22f滿足強(qiáng)度要求。143.屋脊節(jié)點(diǎn)“H'(圖11)7632N763.2kN1-1圖11屋脊節(jié)點(diǎn)“H”詳圖(1)腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計(jì)算方法與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同，計(jì)算過程略，結(jié)果見圖11。(

25、2)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：250mm450mm(3)計(jì)算拼接角鋼長度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，且截去垂直直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，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。拼接角鋼規(guī)格與上弦桿相同，長度取決于其與上弦桿連接焊縫要求，設(shè)焊縫hf=10mm,則所需焊縫計(jì)算長度為(一條焊縫)L二763199mm=136.3mm40.7hfffw40.71020015拼接角鋼總長度，L=(2x136.3+10+20)mm=302.6mm,取300mm。豎肢需切去=(10+8+5)mm=23mm,取=25mm

26、,并按上弦坡度熱彎。(4)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算上弦角鋼肢背與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載P,焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算同上弦節(jié)點(diǎn)“B”，計(jì)算過程略。上弦角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫強(qiáng)度按上弦內(nèi)力的15%驗(yàn)算。設(shè)hf=10mm,節(jié)點(diǎn)板長度為450mm,節(jié)點(diǎn)一側(cè)焊縫的計(jì)算長度為lw=(250-25-10-10)mm=205mm則.f0.15N20.7hflw0.1576319920.710205N/mm2=39.89N/mm2二f6M20.7hflw260.1576319965220.7102052N/mm2=75.89N/mm2.2(-f)2=39.892(75.89)2N/mm2=73.90N

27、/mm2:二ffw=200N/mm21.22.1.22焊縫強(qiáng)度滿足要求。因屋架的跨度較大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半跨的上弦桿、斜腹桿和豎腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半跨的上弦桿、斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工地焊縫。4.支座節(jié)點(diǎn)“a”(、圖12)1631.481.48kN圖12支座節(jié)點(diǎn)“a”詳圖為了便于施焊，下弦桿軸線至支座底板的距離取160mm,在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等，厚度為12mm(1)支座底板的計(jì)算支座底板尺寸按采用280mmM360mm,承受支座反力R=7F=7M62.66kN=438.62kN,若僅考慮有加勁肋部

28、分的底板承受支座反力作用，則承壓面積為An=280父212mm2=59360mm2,則柱頂混凝土的抗43862059360壓強(qiáng)度按下式驗(yàn)算:22_2N/mm=7.39N/mm:：fc=14.3N/mm式中，fc為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)C30混凝土，fc=14.3N/mm2。底板的厚度按桁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四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，見圖12。板的厚度由均布荷載作用下板的抗彎強(qiáng)度確定：底板下的平均應(yīng)力q為：2q=二=7.39N/mm17兩支承邊之間的對(duì)角線長度a1為:ai由相似三角形關(guān)系得：-2110mm=173.4mm134110匕88.2bl=mm=88.2mm,=0.509167.2a1173.4n為兩支承邊的相交點(diǎn)到對(duì)角線4的垂直距離，P由h/a1查表確定，查表得0=0.057。