米長米跨鋼屋架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

一、題目：設(shè)計(jì)某車間鋼屋架二、設(shè)計(jì)資料某地一機(jī)械加工車間，長90m，跨度L，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺40/10T中級工作制橋式吊車，軌頂標(biāo)高18.5m，柱頂標(biāo)高27m，地震設(shè)計(jì)烈度7度。采用梯形鋼屋架，封閉結(jié)合，1.5×6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上鋪100mm厚泡沫混凝土保溫層（容重為1KN/m3），三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層（0.4KN/m2），找平層2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度等級C20，上柱截面400×400mm。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7KN/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.6KN/m2，雪荷載0.3KN/m2及風(fēng)荷載0.35KN/m2。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Q235沸騰鋼，要求保證屈服強(qiáng)度fy、抗拉強(qiáng)度fu、伸長率δ和冷彎實(shí)驗(yàn)四項(xiàng)機(jī)械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）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屋面材料為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，平坡梯形鋼屋架。屋面坡度屋架計(jì)算跨度屋架端部高度取：。跨中高度：。屋架高跨比：。屋架跨中起拱取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。圖1：27米跨屋架幾何尺寸屋蓋支撐布置根據(jù)車間長度、跨度及荷載情況，在車間兩端5.5m開間內(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間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個屋架用系桿聯(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，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。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）荷載計(jì)算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計(jì)算時，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取屋面活荷載0.7kN/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)公式計(jì)算，跨度L單位為m,荷載計(jì)算結(jié)果見表1。表1荷載計(jì)算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kNN/）設(shè)計(jì)值（kNN/）預(yù)應(yīng)力混凝土土大型屋面面板1.41.4×1..2＝1.688三氈四油上鋪鋪小石子防防水層0.40.4×1..2＝0.488水泥砂漿找平平層0.30.4×1..2＝0.488厚泡沫混凝土土保溫層0.10.1×1..2＝0.122找平層0.50.5×1..2＝0.6屋架和支撐自自重0.12+00.0111×27==0.41170.417××1.2＝0.500永久荷載總和和3.2173.805屋面活荷載0.70.7×1..4＝0.988積灰荷載0.60.6×1..4＝0.844可變荷載總和和1.31.82設(shè)計(jì)屋架時應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況：6.1.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：6.2.全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：6.3.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：半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：6.1、6.2為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，6.3為施工階段荷載情況。內(nèi)力計(jì)算由圖解法或數(shù)解法解得F＝1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F＝1作用于全跨、左半跨和右半跨）。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)果見表2。表2屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)（FF=1）內(nèi)力組合值計(jì)算桿內(nèi)力((kN)全跨①左半跨②右半跨③第一種組合FF×①第二種組合第三種組合F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③上弦AB000000000.0BC-9.97-7.19-2.79-446.99-418.88-374.55-120.44-74.2-446.99CD-9.97-7.19-2.79-446.99-418.88-374.55-120.44-74.2-446.99DE-15.8-10.755-5.06-708.22-657.33-599.99-184.00-124.22-708.22EF-16.388-11.333-5.06-734.22-683.22-620.00-192.77-126.88-734.22FG-16.388-11.333-5.06-734.22-683.22-620.00-192.77-126.88-734.22GH-18.677-11.055-7.62-836.88-760.00-725.44-200.00-164.00-836.88HI-19.177-11.055-7.62-859.22-777.33-742.88-202.33-166.33-859.22IJ-19.177-11.544-7.62-859.22-782.33-742.88-207.44-166.33-859.22下弦ab5.363.961.41240.2226.1200.465.738.9240.2bc13.319.343.97596.6556.5502.4158.0101.6596.6cd18.2411.426.82817.5748.8702.4202.0153.7817.5de17.818.98.9798.2708.4708.4173.6173.6798.2斜腹桿aB-10.055-7.42-2.63-450.44-423.99-375.66-123.11-72.8-450.44Bb7.955.572.38356.3332.3300.294.360.8356.3bD-6.47-4.18-2.29-290.00-266.99-247.99-73.0-53.2-290Dc4.612.592.02206.6186.3180.547.942.0206.6cf-3.5-1.01-2.49-156.99-131.88-146.77-26.4-41.9-156.99fG-2.69-0.21-2.49-120.66-95.6-118.55-14.3-38.3-120.66Ef0.730.73032.732.725.411.03.332.7Gd0.72-0.931.6632.315.641.7-6.520.7-6.541.7dg1.153.13-1.9751.571.520.138.0-15.5-15.571.5gJ1.893.87-1.9784.7104.745.849.1-12.2-12.2104.7Hg0.670.67030.030.023.310.13.030豎桿Aa-0.5-0.50-22.4-22.4-17.4-7.5-2.3-22.4Cb-1-10-44.8-44.8-34.7-15.0-4.5-44.8Ec-1.5-1.50-67.2-67.2-52.1-22.5-6.8-67.2Ff-1-10-44.8-44.8-34.7-15.0-4.5-44.8Hd-1.5-1.50-67.2-67.2-52.1-22.5-6.8-67.2Ig-1-10-44.8-44.8-34.7-15.0-4.5-44.8Je000000000桿件設(shè)計(jì)8.1上弦桿整個上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。N＝-859.2kN上弦桿計(jì)算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度在屋架平面外：本屋架為無檁體系，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，取為支撐點(diǎn)間的距離，即根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，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)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（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：根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L160×100×10，肢背間距a＝12mm，則A＝36，，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：，滿足長細(xì)比的要求。由于，只需求，查表＝0.763，則所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖7：上弦截面8.2下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計(jì)算。N=817.5kN，所需截面積為（因跨中有通長系桿）:選用2L160×100×10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。A＝36，，，，所以滿足要求。下弦截面如圖：圖8.下弦截面8.3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)算長度：因?yàn)?，故采用等肢角鋼，使。選用2L100×10。則:A＝38.52，，，由于，只需求。查表＝0.668，則:，故所選截面合適。端斜桿截面如圖：圖9.端斜桿截面8.4腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長桿件。,再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長度取節(jié)點(diǎn)中心間距，在桁架平面外的計(jì)算長度：選用2L110×10，查角鋼規(guī)格表得A＝16.32，，，由于，只需求。查表＝0.458，則:再分腹桿截面如圖：圖9：再分腹桿截面8.5豎桿Hd，，由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為，查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L63×5，其幾何特性為：A＝12.29，，，由于，只需求。查表＝0.406，則:豎桿截面如圖：圖10：豎桿截面其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表3。表3屋架桿件截面選擇表名稱桿件編號內(nèi)力/kN計(jì)算長度/ccm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/ccm長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力上弦HI、IJ-859.22150.8452.2140×900×8362.576.6758.266.61500.818207.6下弦cd817.54501335140×900×8362.576.67157.9171.63500.246161.6腹桿aB-450.44253253100×10038.523.054.6083.055.01500.668175.0Bb356.3262.2262.2100×10038.523.054.6085.957.01500.648142.7bD-290287.3287.3100×10038.523.054.6094.262.51500.594126.7Dc206.6287.3287.3100×10038.523.054.6094.262.51500.59490.3cf-156.99208.7393.3110×10045.523.385.00115.978.651500.45872.3fG-120.66208.7393.3110×10045.523.385.00115.978.651500.45857.85Ef32.718918963×512.291.943.0497.462.21500.57546.3Gd-6.541.7326.5326.563×512.291.943.04168.3107.41500.254133.6dg-15.571.5224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.34185.2gJ-12.2104.7224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.34185.2Hg30203.5203.563×512.291.943.04104.966.91500.52346.67豎桿Aa-22.4161.2201.563×512.291.943.0483.166.31500.66827.3Cb-44.818423063×512.291.943.0494.875.71500.58862.0Ec-67.220826063×512.291.943.04107.285.51500.511107.0Ff-44.810413063×512.291.943.0453.642.81500.83843.5Hd-67.224430563×512.291.943.04125.8100.31500.406134.7Ig-44.8122152.563×512.291.943.0462.950.21500.79146.1節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為200mpa9.1下弦節(jié)點(diǎn)“b”設(shè)bB桿的肢背和肢尖焊縫，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。設(shè)bD桿的肢背和肢尖焊縫，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)以上求得的焊縫長度，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（見圖11），從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長度為340mm，，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差△N＝Nbc-Nab＝596.6-240.2＝356.4kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度：圖11：下弦節(jié)點(diǎn)“b”9.2上弦節(jié)節(jié)點(diǎn)“B”斜桿Bb與節(jié)節(jié)點(diǎn)板連接接焊縫計(jì)算算，與下弦弦節(jié)點(diǎn)b中Bb桿計(jì)算相相同。斜桿桿Ba與節(jié)點(diǎn)板板連接焊縫縫計(jì)算：N=-4450.44kN。設(shè)“aB”桿的肢背背與肢尖的的焊腳尺寸寸分別為110mm和和6mm。所所需焊縫長長度為肢背：肢尖：取，。為了便于在上上弦上擱置置大型屋面面板，上弦弦節(jié)點(diǎn)板的的上邊緣可可縮進(jìn)上弦弦肢背8mmm。用槽槽焊縫將上上弦角鋼和和節(jié)點(diǎn)板連連接起來。槽槽焊縫作為為兩條角焊焊縫計(jì)算，槽槽焊縫強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值乘乘以0.8的折減系系數(shù)。計(jì)算算時可略去去屋架上弦弦坡度的影影響，而假假定集中荷荷載P與上弦垂垂直。上弦弦肢背槽焊焊縫內(nèi)的應(yīng)應(yīng)力由下面面計(jì)算得到到：肢尖焊縫承擔(dān)擔(dān)弦桿內(nèi)力力，肢背采采用塞焊縫縫，承受節(jié)節(jié)點(diǎn)荷載。上上弦與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板間焊縫縫長度為4460mmm，則節(jié)點(diǎn)如圖:圖12：上弦弦節(jié)點(diǎn)“B”9.3屋脊節(jié)節(jié)點(diǎn)“J”弦桿一般用與與上弦桿同同號角鋼進(jìn)進(jìn)行拼接，為為使拼接角角鋼與弦桿桿之間能夠夠密合，并并便于施焊焊，需將拼拼接角鋼進(jìn)進(jìn)行切肢、切切棱。拼接接角鋼的這這部分削弱弱可以靠節(jié)節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)補(bǔ)償。拼接接一側(cè)的焊焊縫長度可可按弦桿內(nèi)內(nèi)力計(jì)算。N=-8599.2kNN。設(shè)肢尖尖、肢背焊焊腳尺寸為為10mmm。則需焊焊縫長度為為,取拼接角鋼長度度取6000>2×2220=4440mmm上弦與節(jié)點(diǎn)板板間的槽焊焊，假定承承受節(jié)點(diǎn)荷荷載，驗(yàn)算算略。上弦弦肢尖與節(jié)節(jié)點(diǎn)板的連連接焊縫,應(yīng)按上弦弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)設(shè)肢尖焊縫縫,節(jié)點(diǎn)板長長度為5000mm，節(jié)節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦弦桿焊縫的的計(jì)算長度度為。焊縫應(yīng)力為：：節(jié)點(diǎn)形式如圖圖:圖12：屋脊脊節(jié)點(diǎn)“J”9.4下弦跨跨中節(jié)點(diǎn)“e”跨中起拱550mm，下下弦接頭設(shè)設(shè)于跨中節(jié)節(jié)點(diǎn)處，連連接角鋼取取與下弦桿桿相同截面面2L160××100××10，，焊縫長長度：，取=3000mm。拼接角鋼長度度。弦桿與節(jié)點(diǎn)板板連接焊縫縫計(jì)算：按按下弦桿內(nèi)內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢背、肢尖尖焊腳尺寸寸為8mmm，弦桿一一側(cè)需焊縫縫長度為肢背：，取==90mmm肢尖，按構(gòu)造造要求，取取焊縫長度度50mmm，取=60mmm節(jié)點(diǎn)板寬度是是由連接豎豎桿的構(gòu)造造要求所決決定的，按按比例繪出出節(jié)點(diǎn)詳圖圖，從而確確定節(jié)點(diǎn)板板尺寸。焊縫強(qiáng)度滿足足要求。節(jié)點(diǎn)形式如圖圖:圖13：下弦弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”9.5端部支支座節(jié)點(diǎn)“a”為了便于施焊焊，下弦桿桿角鋼水平平肢的底面面與支座底底板的凈距距離取1660mm。在在節(jié)點(diǎn)中心心線上設(shè)置置加勁肋，加加勁肋的高高度與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板的高度度相等，厚厚度14mmm。（1）支座底底板的計(jì)算算支座反力：設(shè)支座底板的的平面尺寸寸采用，如如僅考慮有有加勁肋部部分的底板板承受支座座反力，則則承壓面積積為。驗(yàn)算算柱頂混凝凝土的抗壓壓強(qiáng)度：式中：－混凝凝土強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值，對對C20混凝土，。支座底板的厚厚度按屋架架反力作用用下的彎矩矩計(jì)算，節(jié)節(jié)點(diǎn)板和加加勁肋將底底板分為四四塊，每塊塊板為兩相相鄰邊支承承而另兩相相鄰邊自由由的板，每每塊板的單單位寬度的的最大彎矩矩為：式中：－底板板下的平均均應(yīng)力，即即=8.449。－兩邊支支承之間的的對角線長長度，