27M鋼屋架課程設(shè)計(jì)

1、錄、設(shè)計(jì)資料1、鋼材和焊條的選用1三、屋架形式和幾何尺寸 1四、屋蓋支撐布置2五、荷載計(jì)算4、亠八、內(nèi)力計(jì)算5七、桿件設(shè)計(jì)71、上弦桿72、下弦桿83、斜桿9.4、腹桿9.5、豎桿Hd10八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)131、下弦節(jié)點(diǎn)“b ”132、上弦節(jié)點(diǎn)“B”143、屋脊節(jié)點(diǎn)“J”154、下弦跨中節(jié)點(diǎn)a”e175、端部支座節(jié)點(diǎn)a”a18九、附圖20梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)-一一 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)-一一 梯形鋼屋架設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)資料北京地區(qū)某金工車(chē)間，采用無(wú)檁屋蓋體系，梯形鋼屋架?？缍葹?7m,長(zhǎng)度84米，柱距6m,廠房高度為15.70。車(chē)間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50kN中級(jí)工作制吊車(chē)，計(jì)算溫度高于-20C。采用三氈四油，

2、上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找平層，厚泡沫混凝土保溫層,1.5mX 6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載為0.35kN/ rf,屋面活荷載為0.45kN/ rf,雪荷載為0.4kN/叭 風(fēng)荷載為0.45 kN/ rf。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，柱截面為400mmX 400mm,混凝土標(biāo)號(hào)為C20。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表1 （單位：kN/ rf）。防水層找平層保溫層找平層混凝土屋面板0.40.40.10.51.4表1鋼材和焊條的選用根據(jù)北京地區(qū)的計(jì)算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用Q235BF鋼，要求保證屈服強(qiáng)度f(wàn)y、抗拉強(qiáng)度f(wàn)u、伸長(zhǎng)率S和冷彎實(shí)驗(yàn)四項(xiàng)機(jī)械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C

3、）三項(xiàng)化學(xué)成分的合格含量。焊條采用E43型，手工焊。屋架形式和幾何尺寸由于采用1.5m*6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無(wú)檁屋蓋體系,故選用平坡梯形鋼屋架。屋面坡度i =1/10。-一一一_梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) 7-梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) #7-屋架計(jì)算跨度丨0 =丨-2x150 =27000 -2x150 = 26700mm。屋架端部高度取：H 0 = 2000mm。跨中高度：H =H0+ m.i=2000 + 26700/2x0.1 = 3335 上 3350mm。2屋架高跨比蠱=80屋架跨中起拱f =丨/500 =54mm,取50mm。為了使屋架節(jié)點(diǎn)受荷，配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采

4、用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為1.5m,屋架幾何尺寸如圖1所示。Cat?1350LT*F5066-o58 p-rL315013500Fee圖1： 27米跨屋架幾何尺寸四、屋蓋支撐布置根據(jù)車(chē)間長(zhǎng)度、跨度及荷載情況，在車(chē)間兩端5.5m開(kāi)間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐,在設(shè)置橫向水平支撐的同一開(kāi)間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個(gè)屋架用系 桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設(shè)三道通長(zhǎng)系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點(diǎn)處及屋架支 座出的系桿為剛性系桿（圖 2），安裝螺栓采用 C級(jí)，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑: d0=21.5mm。梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)2feo

5、oaCClCC2LG2003GG3cce1 r1m1 oLGE3L3住竝GCeLG2LGXXGGICCS GGI600陶gGGI CC3GGICCl GGIGGIffl2：關(guān)上蕨支魅16000CClcc?GG3CClksI 5cIfiTIT匚匚1GGIGGI CC3GG3GG3LGBLG2&63&3GGIX述XGGICClGGICClas.GGICC3 GGICClGGlr77GGlGG2CC2LGEGClC匚3GGI1l/1 1GOlGGI圖4：垂直嬸1-1GGCC4GG2XX超3：飜用麴梶LG2LG3GGICCl因5：垂直支律2-2INNK7V1GGIGG2LGEucz梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)

6、7-梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) 符號(hào)說(shuō)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）五、荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取活 荷載0.45kN/m2進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式 g =（0.12 +0.011 kN/m 2計(jì)算，跨度L單位為m,荷載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/ m2）設(shè)計(jì)值（kN/ m2）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4X 1.2= 1.68三氈四油上鋪小石子防水層0.40.4X 1.2= 0.48水泥砂漿找平層0.40.

7、4X 1.2= 0.48厚泡沫混凝土保溫層0.10.1X 1.2= 0.12找平層0.50.5X 1.2= 0.6屋架和支撐自重0.12+0.011X 27=0.4170.417X 1.2= 0.50永久荷載總和3.2173.86屋面活荷載0.20.2X 1.4= 0.28積灰荷載0.60.6X 1.4= 0.84可變荷載總和0.81.12荷載計(jì)算表表2設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況: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:卩全=(3.86+1.12)咒1.5咒6 = 44.82kN2.全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載:卩全=3.86x2.5x6 =34.74kN

8、半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載:P 半=1.12x1.5x6 =10.08kN3.全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載：全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重:卩全=0.50 x1.5x6 = 4.5kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載:P 半=1.68 +0.56x1.5x6 =10.5kN1、2為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，3為施工階段荷載情況。八、內(nèi)力計(jì)算3。由圖解法或數(shù)解法解得 P= 1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（P= 1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（P=1）內(nèi)力組合值計(jì)算桿內(nèi)力（kN）在左半跨（1）在右半跨（2）全跨（3）組合（1）組

9、合（2）組合（3）N=P X(3)N左=卩全X( 3) +P 半X( 1 )N右=卩全X( 3) +P 半X( 2)N左=卩全X( 3)+P 半X( 1)N右=卩全X( 3)+P 半 X( 2)上弦AB00000 1 0000BC-7.19-2.79-9.98-447.30-419.18-374.83-120.41-74.21-447.3CD-7.19-2.79-9.98-447.30-419.18-374.83-120.41-74.21-447.3DE-10.75-5.06-15.81-708.60-657.60-600.24-184.02-124.28-708.6EF-11.33-5.06

10、-16.39-734.60-683.60-620.39-192.72-126.89-734.6FG-11.33-5.06-16.39-734.60-683.60-620.39-192.72-126.89-734.6GH-11.05-7.62-18.67-836.79-759.98-725.41-200.04-164.03-836.8HI-11.05-7.62-18.67-836.79-759.98-725.41-200.04-164.03-836.8IJ-11.54-7.62-19.16-858.75-781.94-742.43-207.39-166.23-858.8下弦ab3.961.415

11、.37240.68226.47200.7765.7538.97240.7be9.343.9713.31596.55556.54502.41157.97101.58596.6cd11.426.8218.24817.52748.77702.40201.99153.69817.5de8.98.917.8797.80708.08708.08173.55173.55797.8斜腹桿aB-7.42-2.63-10.05-450.44-423.93-375.65-123.14-72.84-450.4Bb5.572.387.95356.32332.33300.1794.2660.77356.3bD-4.18-

12、2.29-6.47-289.99-266.90-247.85-73.01-53.16-290.0De2.592.024.61206.62186.26180.5147.9441.96206.6ef-1.01-2.49-3.5-156.87-131.77-146.69-26.36-41.90-156.9fG-0.21-2.49-2.7-121.01-95.91-118.90-14.36-38.30-121.0Ef0.7300.7332.7232.7225.3610.953.2932.7Gd-0.931.660.7332.7215.9942.09-6.4820.72-6.542.1dg3.13-1.

13、971.1651.9971.8520.4438.09-15.4738.120.4gJ3.87-1.971.985.16105.0246.1549.19-12.1449.246.1Hg0.6700.6730.0330.0323.2810.053.0230.0豎桿Aa-0.50-0.5-22.40-22.41-17.37-7.50-2.25-22.4Cb-10-1-44.80-44.82-34.74-15.00-4.50-44.8Ee-1.50-1.5-67.20-67.23-52.11-22.50-6.75-67.2Ff-10-1-44.80-44.82-34.74-15.00-4.50-44.

14、8Hd-1.50-1.5-67.20-67.23-52.11-22.50-6.75-67.2Ig-10-1-44.80-44.82-34.74-15.00-4.50-44.8Je000000000梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)1508i 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)1508i 七、桿件設(shè)計(jì)1、上弦桿整個(gè)上弦米用等截面，按 HI、IJ桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。N = -858.8kN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度:在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度IOX=l0=1508mm在屋架平面外：本屋架為無(wú)檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取loy為支撐點(diǎn)間的距離，即l oy= 1509x2 +1508 = 4

15、526mm根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N = -450.4kN，查表得，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm,支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用 14mm。設(shè)幾=60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得W =0.807 （由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積:需要的回轉(zhuǎn)半徑:ixl ox150860858.8X1030.807X215=25.1mm,i=49.5cm2loy4950060=82.5mm根據(jù)需要A、ix、iy查角鋼規(guī)格表，選用2L160X 100X 10,肢背間距 a= 12mm,則 A =50.63cm，ix =2.85cm，iy=

16、7.78cm按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算:OX28.5= 52.9，l oy4950077.8= 63.6滿足長(zhǎng)細(xì)比蘭k = 150的要求。梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì).梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì).858.8 燈03由于b i，只需求Wy，查表Wy = 0.791,則恥 0.791 倔63 MPX214.4MP心15MPa所選截面合適，上弦截面如圖所示:圖6:上弦截面2、下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計(jì)算。N=817.5kNlox = 4500mm，loy = l0 = 26700 / 2 = 13350mmN 817.5X103A = 一 =所需截面積為（因跨中有通長(zhǎng)系桿）2 2=3802.3mm

17、 = 38.02cm215選用2L140*90*10,因lOyl0 x,故用不等肢角鋼，短肢相并。2A = 44.522cm ， ix = 2.56cm， iy=6.85cmoxix貉175.8350，対l oyiy下弦截面如圖:1409010梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)- 7-梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)- 7-圖7.下弦截面3、斜桿按端斜桿aB最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。桿件軸力:計(jì)算長(zhǎng)度:N = -450.4kNlox =loy = 2535mm因?yàn)閘ox=loy，故采用等肢角鋼，使ixy。選用2L100X 10。則:2A = 38.5223m , ix=3.05cm , iy = 4.60cm丘=竺=83.1,ix

18、 30.5rA. =G 2535 =55.146.0iy450.4 X103由于Ay吒Zx，只需求W x。查表W x = 0.668則:= 175.0MPa 215MPa ,故所選截面合適。0.668x3852.2端斜桿截面如圖:圖8.端斜桿截面4、腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點(diǎn)處不斷開(kāi)，采用通長(zhǎng)桿件。Ncf =T56.9kN,NfG =T21.0kNlox = 2087mm，在再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度:梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) 0y= 1,0.75 +0.25N1)=4174x(0.75 +0.25x121.0156.9)=39

19、35.2mm選用2L110X 10，查角鋼規(guī)格表得2A = 45.522cm , ix=3.38cm，iy=5.00cm由于幾yr1 oxfx =一ix208733.8=61.7 150,1 oy3935.250.0=78.7 c 150,只需求x。查表X = 0.701,則:156.9 X103再分腹桿截面如圖:5、豎桿HdN = -67.2 kN，lOX0.701x4552.2= 49.2 MP a 215 MPa圖9:再分腹桿截面= 0.81 =0.8X3040 = 2432mm , g=3040 mm由于桿件內(nèi)力較小，按幾=可=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為OX2432查型鋼表,勾150

20、=16.2mm， ioy3040可150=20.3mm選截面的ix和iy較上述計(jì)算的ix和iy略大些。選用2L63X 5,其幾何特性為:A = 12.286cm2, ix=1.94cm ,=3.04cmox243219.4只需求= 125.4 150 ,。查表I oy304030.4=100150=0.411,則:梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì),梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì),豎桿截面如圖:WxA67.2 X1030.411x1228.6= 133.08MP ac215 MPa4。其余各桿件的截面選擇結(jié)果見(jiàn)表一-一一一.J梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)屋架桿件截面選擇表號(hào)計(jì)其民*上m鷲爸菽Off耳轉(zhuǎn)出駆rmJL

21、0ii.4q上HT. 11-S59215 as452.6-incox 100 x1050-652-S5-J85Z9162-60150.791*214.5下K匚dSIP4501335IL140X90X1044.5222.566居517 5.SO194.903500J9T1*6aB-450.4253.5253.5ILIOOX 103S.5223.054-683.1155.111500.66S-15.0Bb3阪3260.S260. Si廠lOOX 103S.522yOD4.6Sd.5156.701刃0.655141.2bD-2902S6.9286.9r IOO X 103S.5223.054.694

22、.062.371500.594-126 De206.62S5.9285.9nr100X1038,5223.054,693462,151500,594Ct-156.920 S.-393.52nrBOX 1045.5225-3Sn61.s.-o1500.701-492tG-12120S.-393.52nrnox w45.5225dS561.-078.70150a-Qi-37.9Ef32-1S53183.3-ir65X51Z2S61.943.C494.4a60.30150a 59444.S桿Gd-6-5325.1525.1nr65X512.2S61.945.04S3.1155.111500.6685

23、1.342.1電3S.1224.9425.963X512.2S61.945.0483.1155.111501.6681S.620A-ir492224.9425.9nr65X51Z2S61.943.04S3.1155411502.66815.046.1Hg30202.7202.7nr63X512.2S61.945.04104.4855.111500.52946.2Aa-22.4159-2199nr63X512.286L945-0482.0665.46150OQo-27.0Cb-44.8isyz229i廠63X512.2S61.94jM94.4375.331500.594-61.4Ec-67.22

24、07.2259nr63X512.2S61.945.C4106 808501500上廣-lOoi.S桿Ft-44. S104130nr65X512.2S61.94jM53.6142-61500.S42-433H且-67.2245-2504nr63X512.2S61.943.04125.56loaoo150.+11-135.1Ig-44.8121.6152-ir63X512.2861.943.0462.6850.001500.仔-45.8梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)一 一 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)一 一 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) 八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw= 160Mpa。1

25、下弦節(jié)點(diǎn)“ b”設(shè)bB桿的肢背和肢尖焊縫 hf =8mm和6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為:KiN肢背 l1 : l0.7hf1ffw+ 2hf。.砂35如 103o8 = 145.23mm2x 0.7x8x160K2N肢尖 l2: l2=fW+2hf0.35X 356.3X1032x0.7x6x160+ 2x6=104.79mm取 h =160mm I2 =120mm設(shè)bD桿的肢背和肢尖焊縫 hf=8mm和6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為:K1N肢背 h : I10.7hf1ffW+ 2hf0.65 X 290 心032X0.7X8X160+ 2咒8 =121.19mmK2N肢尖l2: l20f2hf0.35X

26、290X103 丄 c ccrLc+26 = 87.52 mm 2X0.7X6X160取 h =130mm I2 =90mmbC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf = 5mm。根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點(diǎn)詳圖（見(jiàn)圖11），從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為280X 340mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長(zhǎng)度為340mm, hf =5mm，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差 N = Nbc-Nab= 596.6-240.70.65 X 355.9 X103=355.9kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度: 2 2Tf =1=_ 1 = 100.1N /mm 2X 26

27、0=520mm上弦與節(jié)點(diǎn)板間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫hf -10mm,節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm,節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊 縫的計(jì)算長(zhǎng)度為 Iw =(500/2 -10 -20) = 220mm。焊縫應(yīng)力為:N 0.15x858800仁=41.8M Pa2x0.7x10咒 2206x0.15x858800 x78.1” 廠“亠仆2X0.7X10X2202= 89.1MPa 160MPaf 11 9 22g 十 418=84.1M ZWPa節(jié)點(diǎn)形式如圖：SCO3no圖12:屋脊節(jié)點(diǎn)“ J”一一二二梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) 梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)

28、#2L140X4、下弦跨中節(jié)點(diǎn)“ e”跨中起拱50mm,下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角鋼取與下弦桿相同截面90X 10, hf =8mm，焊縫長(zhǎng)度:4 77 汁存 f fW +16 = 4薦豊他+心 254.4mm，取 Iw=300mm拼接角鋼長(zhǎng)度I =2x300 + 10 = 610mm。弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。N =797.8x15% = 119.7kN設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm,弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背:Iw130.65X119.7X103277140 +12=78.2mm，取 Iw1=90mm肢尖I w230.35X119.7X10297心140 +12=

29、47.63mm，按構(gòu)造要求，取焊縫長(zhǎng)度Iw50mm，取Iw2=60mm節(jié)點(diǎn)板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)0.65x797800板尺寸。2x0.7冥6(600 12) _105MPa 吒 ff _160Pa焊縫強(qiáng)度滿足要求。節(jié)點(diǎn)形式如圖：圖13:下弦跨中節(jié)點(diǎn)“ e”梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) r-梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì) r-5、端部支座節(jié)點(diǎn)“ a”為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取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)板的高度相等，厚度14mm。(1)支座底板的計(jì)算支座反力：P= 44820N設(shè)支座底板的平面尺寸采用280mmx

30、 400mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280 x234 = 65520mm2。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度:CT = = 477810 =7.29MPa V 仁=9.6MPa An65520式中：fc 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì) C20混凝土， fc=9.6MPa。支座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為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板， 每塊板的單位寬度的最大彎矩為：M式中：b底板下的平均應(yīng)力，即b=8.49MPa。a2 兩邊支承之間的對(duì)角線長(zhǎng)度，即 a2 = J(140 -14)2 +1102 =172.6mm02 系數(shù)，由/比查表確定。b2為兩邊支承的相交點(diǎn)到對(duì)角線a2的垂直距離。由此得:110133b2b2=2F=84.8mm =84.8 =0.49 a2172.6查表得”2 = 0.0546則單位寬度的最大彎矩為:=0.05468.49咒