m跨梯形鋼屋架廠房結構設計計算書

PAGEPAGE28目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1、設計資料 1HYPERLINK2、支撐布置 2HYPERLINK3、荷載計算 44、內(nèi)力計算 55、桿件設計 7HYPERLINK6、節(jié)點設計 17HYPERLINK致謝 24參考文獻 24圖紙 241、設計資料1.1、結構形式某廠房跨度為21m，總長90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.5×6.0m預應力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土強度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設防烈度為7度，屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。1.2、屋架形式及選材屋架跨度為21m，屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：設計方案采用Q345鋼，焊條為E50型。1.3、荷載標準值（水平投影面計）永久荷載：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(按附表取)一氈二油隔氣層0.05KN/m2水泥砂漿找平層0.3KN/m2預應力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撐自重(按經(jīng)驗公式計算)0.351KN/m2懸掛管道：0.15KN/m2可變荷載：屋面活荷載標準值：雪荷載標準值：0.35KN/m2積灰荷載標準值：1.3KN/m2(按附表取)2、支撐布置2.1桁架形式及幾何尺寸布置如下圖2.1、2.2、2.3所示圖2.121米跨屋架幾何尺寸圖2.221米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖2.321米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2.2桁架支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設計任務書中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房內(nèi)有橋式吊車2臺150/30t(中級工作制)，鍛錘為2臺5t，布置下弦縱向水平支撐。符號說明：SC上——上弦支撐；XC——下弦支撐；CC——垂直支撐;GG——剛性系桿；LG——柔性系桿3、荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。沿屋面斜面分布的永久荷載應乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。標準永久荷載值：三氈四油防水層： 1.005×0.4=0.402kN/m2水泥砂漿找平層： 1.005×0.4=0.402kN/m2保溫層： 1.005×0.65=0.653kN/m2一氈二油隔氣層： 1.005×0.05=0.050kN/m2水泥砂漿找平層： 1.005×0.3=0.302kN/m2預應力混凝土大型屋面板： 1.005×1.4=1.407kN/m2屋架及支撐自重：0.12+0.011×21=0.351kN/m2懸掛管道： 0.15kN/m2共 3.717kN/m2可變荷載標準值：屋面活荷載標準值（大于雪荷載）： 0.7kN/m2積灰荷載標準值：1.3kN/m2共2.0kN/m2設計桁架時，應考慮以下三種荷載組合：3.1、全跨永久荷載+全跨可變荷載(按永久荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點永久荷載設計值：F=（1.35×3.717+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×1.3）×1.5×6=66.08kN3.2、全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設計值：對結構不利時：F1.1=1.35×3.717×1.5×6=45.16kN(按永久荷載為主的組合)F1.2=1.2×3.717×1.5×6=40.14kN/(按可變荷載為主的組合)對結構有利時：F1.3=1.0×3.717×1.5×6=33.45kN半跨節(jié)點可變荷載設計值：F2.1=1.4×（0.7×0.7+0.9×1.3）×1.5×6=20.92KN(按永久荷載為主的組合)F2.2=1.4×（0.7+0.9×1.3）×1.5×6=23.56KN(按可變荷載為主的組合)3.3、全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載(按可變荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點桁架自重設計值：對結構不利時：F3.1=1.2×0.351×1.5×6=3.79kN對結構有利時：F3.2=1.0×0.351×1.5×6=3.16kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值：F4=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94kN3.1、3.2為使用階段荷載情況，3.3為施工階段荷載情況。4、內(nèi)力計算F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已經(jīng)給出。求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結果見表4.1。表4.1桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=11）內(nèi)力組合計算桿件內(nèi)力/kkN全跨左半跨荷載第一種組合F×①①第二種組合第三種組合左半跨右半跨F1.i×①+F22.i×②F1.i×①+F22.i×③F3.i×①+F44×②F3.i×①+F44×③上弦桿AB000000000BC,CD-7.472-5.310-2.162-493.750-493.7500DE,EF-11.262-7.339-3.923-744.193-744.1933FG，GH-12.180-6.861-5.319-804.854-804.8544下弦桿ac4.1003.0101.090270.928270.928ce9.7443.6633.081643.884643.884eg11.9627.3264.636790.449790.449gh11.7685.8845.884777.629777.629斜腹桿aB-7.684-5.641-1.748-507.759-507.7599Bc5.8083.9601.581383.793383.793cD-4.409-2.633-1.520-291.347-291.3477De2.7921.2221.344184.495184.495eF-1.572-0.047-1.505-102.556-102.5566Fg0.328-1.0391.36721.674-7.53（F11.1,F2.1）43.41（F11.1,F2.2）-25.13（FF3.2,F4）34.17（F33.1,F4）43.41,-225.13gH0.7131.913-1.20047.11577.269（FF1.2,F2.2）3.516（F11.2,F2.1）48.499（FF3.1,F4）-26.48（FF3.2,F4）77.269,--26.488豎桿Aa-0.500-0.5000.000-33.04-33.04Cc-1.000-1.0000.000-66.08-66.08Ee-1.000-1.0000.000-66.08-66.08Gg-1.000-1.0000.000-66.08-66.08Hh000005、桿件設計5.1上弦桿整個上弦架采用等截面，按FG、GH桿件之最大設計內(nèi)力設計。上弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，取：因為，故截面宜采用兩個不等肢角鋼，短肢相并（圖5.1）腹桿最大內(nèi)力N=553.248kN，查表9.6.4，節(jié)點版厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度用12mm。設λ=60查附錄4得。需要截面積：需要的回轉半徑：，根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用，，，，，按所選角鋼進行驗算：滿足長細比的要求。截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于，只要求，查表得。所需截面合適5.2下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按eg桿最大設計值計算。，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得所需截面積：根據(jù)所需截面積查表選用，不等肢角鋼，短肢相并（圖5.2）。，，考慮下弦有有2φ21.5mm的栓孔削弱，下弦凈截面面積：所需截面適合。5.3端斜桿aB桿件軸力：計算長度lox=loy=253cm。因為lox=loy，故采用不等邊角鋼，長肢相并，使ix=iy。設λ=70，查附錄4得，需要的回轉半徑：根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表，選用2L140×90×8A=36.08cm2iy=3.63cmix=4.50cm，滿足長細比要求，截面在x和y平面內(nèi)皆屬b類，由于，只求，查附錄4，得，所選截面合適。5.4腹桿5.4.1Bc桿（圖5.4.1）桿件軸力：所需截面積：桿件計算長度：，選用2L75×6等邊角鋼，，，滿足長細比的要求。5.4.2cD桿（圖5.4.2）桿件軸力：計算長度：，設λ=100查附錄4得,選用2L75×8，，，由于，只求，查附錄4，得所選截面滿足。5.4.3De桿（圖5.4.3）桿件軸力：所需截面積：桿件計算長度：，選用2L50×5等邊角鋼，，，滿足長細比的要求。所選截面滿足。5.4.4eF桿（見圖5.4.4）軸力：設λ=100查附錄4得選用2L70×55等邊角鋼，，，，由于，只求，查附附錄4，得，所選截面滿足。5.4.5Fgg桿（見圖5.4.5）設λ=100查附錄44得選用2L70×55等邊角鋼（見見圖4.7，與eF桿一樣，為為了使角鋼型型號不要太多多，偏于安全全選擇已有型型號相近的角角鋼，以下有有很多這種情情況，并非不不懂得選擇經(jīng)經(jīng)濟截面），，，由于，只求，查附附錄4，得，拉應力：所選截面滿足。5.4.6gHH桿，設λ=100查附錄44得選用2L70×55等邊角鋼，，，，由于，只求，查附附錄4，得，拉應力：所選截面滿足。5.5豎桿（圖圖5.5）各個豎桿采用同類類截面，按Gg桿件的最大大設計內(nèi)力設設計。，內(nèi)力較小，按選擇擇，需要的回回轉半徑為：：，查型鋼表，選截面面和較上述計算算的和略大些。選用2L63×55（見圖5.5），，，由于，只求，查附附錄4，得，所選截面滿足。5.6其余各桿件件的截面表5.1桿件截截面選擇表桿件計算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm22計算長度/cm回轉半徑/cm長細比容許長細比[λ]]穩(wěn)定系數(shù)應力σ/(N/mm2))名稱編號上弦FG，GH-876.962L160×1000×1050.63150.75452.254.977.7030.3362.711500.815179.02下弦eg861.2642L125×800×1039.42300.00750.003.986.1175.38122.75350205.42斜腹桿aB-553.24882L140×900×836.080253.0253.04.503.6356.2269.701500.753Bc418.1762L75×617.59209.04261.302.313.4590.4975.74350215.00cD-317.44882L75×823.01229.12286.402.283.50100.4984.171500.552209.35De201.0242L50×59.61229.12286.401.352.45169.72116.90350115.22eF-111.74442L70×513.75249.92312.402.163.24115.70100.931500.460149.89Fg44.2832L70×513.75249.92312.402.163.24115.70100.931500.46037.69-23.837gH77.3242L70×513.75271.2339.002.163.24125.56108.781500.40847.19-26.475豎桿Aa-36.0002L63×512.286159.2199.001.943.0481.9765.461500.68136.04Cc-72.0002L63×512.286183.20229.001.943.0494.4375.321500.59183.06Ee-72.0002L63×512.286207.20259.001.943.04106.8085.201500.51295.88Gg-72.0002L63×512.286231.2289.001.943.04119.1898.471500.441119.296、節(jié)點設計6.1下弦節(jié)點“c”（圖6.1）各類桿件的內(nèi)力由由表4.1查得。這類節(jié)點的設計步步驟是：先根根據(jù)復桿的內(nèi)內(nèi)力計算與復復桿與節(jié)點版版連接焊縫的的尺寸，即和和，然后根據(jù)據(jù)的大小按比比例繪出節(jié)點點版的形狀與與尺寸，最后后驗算下弦桿桿與節(jié)點版的的連接焊縫。用E43型焊條角焊焊縫的抗拉、抗抗壓和抗剪強強度設計值。設“Bc”桿的肢背和和肢尖焊縫和和，則所需的的焊縫長度為為：設“cD”桿的肢背和肢尖焊焊縫和，則所需的的焊縫長度為為：“Cc”桿內(nèi)力很小小，焊縫尺寸寸可按構造要要求取根據(jù)上面求得的焊焊縫長度，并并考慮桿件之之間有間隙以以及制作和裝裝配等誤差，按按比例繪出節(jié)節(jié)點詳圖，從從而確定節(jié)點點板的尺寸為為。下弦與節(jié)點板連接接的焊縫長度度為34cm，。焊縫所受受的力為左右右兩下弦桿的的內(nèi)力差，，受受力較大的肢肢背處焊縫應應力為：焊縫強度滿足要求求。6.2上弦節(jié)點“B”(圖6.2)Bc桿（2L775×5）與節(jié)點板板的焊縫尺寸寸和節(jié)點“c”相同。即肢肢背，肢尖aB（2L1000×80×10）桿與節(jié)點點板的焊縫尺尺寸按上述同同樣方法計算算,設aB桿的肢背背和肢尖的焊焊縫和，則所需的的焊縫長度為為：為了便于在上弦上上擱置屋面板板，節(jié)點板的的上邊緣可縮縮進上弦肢背背8mm。用槽槽焊縫把上弦弦角鋼和節(jié)點點板連接起來來，槽焊縫作作為兩條角焊焊縫計算，焊焊縫強度設計計值應乘以00.8的折減減系數(shù)。計算算時可略去上上弦坡度的影影響，而假定定集中荷載FF與上弦垂直直。上弦肢背背槽焊縫內(nèi)的的應力為：上弦與節(jié)點板間焊焊縫長度為4400mm。節(jié)點荷載由槽焊縫縫承受，上弦弦兩相鄰節(jié)間間內(nèi)力差由角角鋼肢尖焊縫縫承受，這時時槽肯定是安安全，可不必必驗算。肢尖尖焊縫驗算如如下：滿足要求。6.3屋脊節(jié)點“H”（圖6.3）弦桿一般都采用同同號角鋼進行行拼接，為使使拼接角鋼與與弦桿之間能能夠密合，并并便于施焊，需需將拼接角鋼鋼的尖角削除除，且截去垂垂直肢的一部部分寬度。拼拼接角鋼的這這部分削弱，可可以靠節(jié)點板板來補償。接接頭一邊的焊焊縫長度按弦弦桿內(nèi)力計算算。設焊縫，則所需焊焊縫計算長度度（一條焊縫縫）：拼接角鋼的長度取取。上弦與節(jié)點板之間間的槽焊，假假定承受節(jié)點點荷載，驗算算略。上弦肢肢尖與節(jié)點板板的連接焊縫縫，應按上弦弦內(nèi)力的15%計算。設肢肢尖焊縫，節(jié)節(jié)點板長度為為40cm，則則節(jié)點一側弦弦桿焊縫的計計算長度為，焊焊縫應力為：：因桁架的跨度較大大，需將桁架架分成兩個運運輸單元，在在屋脊節(jié)點和和下弦跨中節(jié)節(jié)點設置工地地拼接，左半半邊的上弦、斜斜桿和豎桿與與節(jié)點板連接接用工廠焊縫縫，而右半邊邊的上弦、斜斜桿與節(jié)點板板的連接用工工地焊縫。腹桿Hg與節(jié)點板板的連接焊縫縫的計算長度度與以上幾個個節(jié)點相同。6.4支座節(jié)點“a”（圖6.4）為了便于施焊，下下弦桿角鋼水水平肢的底面面與支座底板板的凈距取1160mm。在在節(jié)點中心線線上設置加勁勁肋，加勁肋肋的高度與節(jié)節(jié)點板的高度度相等，厚度度為12mmm。6.4.1支座底底板的計算支座反力：支座底板的平面支支座底板的平平面尺寸采用用280mmm×350mmm，如僅考慮慮有加勁肋部部分的底板承承受支座反力力，則承壓面面積為2800×180mm2=50400mmm2。驗算柱頂混凝土的的抗壓強度：：式中，為混凝土強強度設計值，對對C30混凝土土，底板的厚度按桁架架反力作用下下的彎矩計算算，節(jié)點板和和加勁肋將底底板分成四塊塊，每塊板為為兩相鄰邊支支承而另兩相相鄰邊自由的的板，每塊板板的單位寬度度的最大彎矩矩為：式中，為底板下的的平均應力：：為兩支承邊之間的的對角線長度度：β為系數(shù)，由b1//a1查表8.4..1而定，b1為兩