土木工程課程設(shè)計24m梯形鋼屋架設(shè)計

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"，、設(shè)計資料1\o"CurrentDocument":、屋架形式和幾何尺寸確定1\o"CurrentDocument"三、支撐布置1\o"CurrentDocument"四、屋架節(jié)點荷載計算3\o"CurrentDocument"五、屋架桿件內(nèi)力計算.4六、桿件截面選擇.6七、節(jié)點設(shè)計16八、課程設(shè)計小結(jié)24一、設(shè)計資料廠房的跨度為24m,長度為60m，柱距6m車間內(nèi)設(shè)有兩臺30/5噸中級工作制吊車梯形屋架，屋架端高為1.9m，屋面坡度i=1/12屋架支撐在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400X400mm，混凝土標號為C25計算溫度最低一20°C采用1.5X6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三氈四油綠豆砂防水層，20厚1：3水泥砂漿找平層，80厚泡沫混凝土保溫層。屋面活荷載標準值0.5kN/m2，雪荷載標準值0.5kN/m2，積灰荷載標準值0.5kN/m2。由于屋面坡度小、重型屋面，不考慮風(fēng)荷載。六、桿件截面選擇.6二、屋架形式和幾何尺寸確定屋面材料為大型屋面板，故采用無檁體系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/12屋架計算跨度L0=24000—300=23700mm；端部高度取H=1900mm，中部高度取H=2900mm，屋架跨中起拱，按Z0/500=23700/500=47mm。屋架幾何尺寸如圖1所示圖1：24米跨鋼屋架幾何尺寸三、支撐布置由于房屋長度有60米，故在房屋兩端設(shè)置上、下橫向水平支撐，廠房兩端的的橫向支撐設(shè)在第一柱間，在所有柱間的上弦平面內(nèi)設(shè)置剛性與柔性桿，以保證安裝時弦桿的穩(wěn)定，在各柱間的下弦平面的跨中和端部設(shè)置柔性系桿，以傳遞上墻風(fēng)荷載，屋架兩端及跨中設(shè)置垂直支撐。（如圖2所示）.r：o:o蒙nt』頸0KR：：..，三GG1-+xL應(yīng)33L三乂L能L蒞L能LG2xGG2GG2GG33二E><LG2L象LGj4L：￡xLL。L：L安L：.xGG1GG1■■.：(ltdV??桁架上弦支撐布置圖桁架下弦支撐布置圖垂直支撐1-1垂直支撐2-2圖2：梯形鋼屋架支撐布置SC：上弦支撐XC：下弦支撐CC：垂直支撐GG：剛性系桿LG：柔性系桿四、屋架節(jié)點荷載計算屋面荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時取較大荷載標準值計算；屋架沿水平投影面積分布的自重按經(jīng)驗公式g=（0.12+0.011Z）kN/m計算，跨度單位為（m）k屋面坡度較小，故對所有荷載均按水平投影面計算：荷載計算表荷載名稱標準值（kN/m2）設(shè)計值（kN/m2）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4x1.35=1.89三氈四油防水層0.40.4x1.35=0.5420mm厚找平層0.02x20=0.40.4x1.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保溫層0.08x6=0.480.48x1.35=0.648屋架和支撐自重0.12+0.011x24=0.380.38x1.35=0.513永久荷載總和3.064.131屋面活荷載0.50.5x1.4=0.7積灰何載0.50.5x1.4=0.7可變荷載總和11.4計算屋架時考慮下列三種荷載組合情況1）滿載（全跨永久荷載加全跨可變荷載）F=（4.131x+1.4）x1.5x6=49.779kN2）全跨永久荷載和半跨可變荷F1=4.131x1.5x6=37.179kN半垮節(jié)點可變荷載F2=1.4x1.5x6=12.6kN3）全跨屋架和支撐自重、半跨屋面板荷載、半跨活荷載全跨節(jié)點屋架自重：F3=0.513x1.5x6=4.617KN半跨屋面板自重及半跨活荷載F4=(1.89+0.7)x1.5x6=23.31kN屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖3所示(a)(b)(c)圖3：荷載計算簡圖五、屋架桿件內(nèi)力計算見下表2表2屋架桿件內(nèi)力組合表內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種第二種組合第二種組合桿件計桿件名稱全跨左半右半組合F1X①F1X①f3x①f3x①算內(nèi)力①②③FX①+f2x+f2x③+F4X+F4X③(kN)10000②0③0②0③002-9.28-6.98-2.96-461.92-432.95-382.35-205.55-111.94-461.92上弦桿3-9.28-6.98-2.96-461.92-432.95-382.35-205.55-111.94-461.924-14.59-10.36-5.45-726.10-672.84-610.99-308.81-194.41-726.105-14.59-10.36-5.45-726.10-672.84-610.99-308.81-194.41-726.106-16.62-10.83-7.47-827.31-754.32-712.00-329.12-250.82-827.317-16.62-10.83-7.47-827.31-754.32-712.00-329.12-250.82-827.318-16.23-9.14-9.14-807.68-718.38-718.38-287.92-287.92-807.68下弦桿95.003.851.486248.92234.41204.63112.7957.71248.921012.369.064.26615.40573.78513.31268.24156.38615.401115.8910.866.49791.05727.68672.53326.55224.54791.051216.6210.188.31827.41746.21722.68313.98270.43827.4127-9.03-6.95-2.68-449.52-423.30-369.53-203.69-104.22-449.52287.125.212.46354.22330.17295.57154.2390.23354.2230-5.68-3.83-2.38-282.53-259.29-240.98-115.51-81.64-282.53斜腹桿313.932.282.12195.75175.01172.9571.44567.63195.7533-2.67-1.06-2.07-132.77-112.56-125.23-37.09-60.53-132.77341.301-0.151.8764.7546.5171.882.5849.5271.8836-0.141.28-1.83-6.8211.07-28.1629.27-43.31-43.3129.2737-0.96-2.251.67-47.85-64.14-14.73-56.9934.43-64.1434.4326-0.5-0.50-24.89-24.89-18.59-13.96-2.31-24.89豎桿29-1-10-49.78-49.78-37.18-27.93-4.62-49.7832-1-10-49.78-49.78-37.18-27.93-4.62-49.7835-1-10-49.78-49.78-37.18-27.93-4.62-49.78381.820.590.5990.7675.2275.2222.1722.1790.76其中左半跨節(jié)點及桿件編號如下圖4所示圖4：節(jié)點及桿件編號六、桿件截面選擇按腹桿最大內(nèi)力N湖=-449.52KN,查表7.4,選中間節(jié)點板厚度為10mm,支座節(jié)點板厚度12mm。1）上弦桿整個上弦桿采用等截面，按最大內(nèi)力N6=-827.31KN計算在屋架平面內(nèi)：計算長度為節(jié)間軸線長度，即l廣1。=150.6cm,loy=300cm甲=0807A=N/甲f=827310/（0.807x215）=4768.22mm2假定人=6^——i=l/人=150.6/60=2.51cm=l/人=300/60=5.00cmyreqoy由附表7選2140x90x12，短肢相并，如下圖所示，A=2x26.4=52.8cm2、i=2.54cm、i=6.81cm截面驗算：人=l/i=150.6/2.54=59.29<［人］=150（滿足）X=l/i=300/6.81=44.05<［人］=150（滿足）人〉人查附表4.2得甲=0.813由N/甲A=827310/（0.0.813x5280）=192.73N/mm2<215（滿足）

故上弦桿采用2140x90x12截面形式圖5：上弦桿截面2）下弦桿整個下弦桿采用等截面，按最大內(nèi)力N12=827.41KN計算l=300cml=2370/2=1185cm,A=N/f=827.41x1000/（215x100）=38.48cm2由附表7選2140x90x12短肢相并A=2x26.4=52.8cm2，i=2.54cm，i=6.81cmQ=N/A=827.41x103/（52.8x102）=156.71N/mm2<215（滿足）n人=l/i=300/2.54=118.11<［人］=350（滿足）人=l/i=1185/6.81=174.01<［人］=350（140x90x12截面形式圖5：上弦桿截面故下弦桿采用2140x90x12短肢相并圖6：下弦桿截面3）腹桿aB（桿件27）N=-449.52KNl=l=2438mm選用第00x10的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=3852mmA=3852mm2i=3.05cm尤i=4.52cmy=L=^438=79.93<150i3.05X1243.8=皿==53<150i4.52y因人〉人，只需求中，查表得中=0.688xyxx…N449520則b=—==63.08MPa<215MPa中A0.688x3852滿足要求圖7圖7：斜腹桿aB截面4）腹桿bB（桿件28）N=354KNl=2012mm,l=2515mm選用2乙100x10的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=3852mm2i=3.05cmi=4.52cm人=L=臾12=65.95<350xi3.05x人=￡=皂5=55.64<350yi4.52yq=N=354000=91.90MPa<215MPaA3852滿足要求圖8：斜腹桿bB截面5）豎桿bC（桿件29）N=-49.78KNl圖8：斜腹桿bB截面5）豎桿bC（桿件29）N=-49.78KNl=1720mm,l=2150mm成用2乙50乂5的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=960mm2i=1.53cmxi=2.45cmyxi1.53x人=Ly=215=87.75<150yi2.45y因人〉人，只需求中，查表得中=0.475則。=^=49780=109.16MPa<215MPa中A0.475x960滿足要求圖9：豎桿bC截面6）斜腹桿bD（桿件30）N=-282.53KNl=2184mm，l=2730mm選用2乙90x6的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=2128mm2i=2.79cmi=4.05cm人=L=2184=78.27<150xi2.79xl273.0人=-°y==67.40<150yi4.05y因人〉人,只需求中,查表得中=0.701xyxx則b=史=282530=189.39MPa<215MPa中A0.701x2128滿足要求圖10：斜腹桿bD截面7）斜腹桿cF（桿件33）N=—133.77KNl=2353.6mm,l=2942mm選用2瑟0x5的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=1582mm2i=2.48cmi=3.63cm人=L=235.36=94.90<150TOC\o"1-5"\h\zxi2.48xcl294.2人=半=_^6_=81.04<150y因人〉人，只需求中，查表得中=0.588xyxx則b=史=133770=143.80MPa<215MPa中A0.588x1582滿足要求圖11：斜腹桿cF截面8）斜腹桿dF（桿件34）N=71.88KNl=2345.6mm,l=2932mm選用2L40x5的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=758mm2i=1.21cmi=2.06cm人=Lox=234.56=193.85<350xi1.21x人=Ly=2932=142.33<350yi2.06yq=N=71880=94.82MPa<215MPaA758滿足要求圖12：斜腹桿dF截面9）斜腹桿Hd（桿件36）N=—43.31KNl=2528mm,l=3160mm選用236x5的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=1084mmA=1084mm2i=1.72cmXi=2.69cmy人=■=2528=146.97<150xi1.72X1316.0人=-°y=——_=117.47<150y因人〉人，只需求中，查表得中=0.31xyxx則。=史=43310=125.64MPa<215MPa中A0.31x1084滿足要求當(dāng)N=29.27KN時驗算截面應(yīng)力q=N=29270=27.00MPa<215MPaA1084滿足要求圖13：斜腹桿Hd截面10）豎桿Ie（桿件38）桿Ie位于跨中采用十字型截面N=90.76KN1=1=2610mm選用二50x5的角鋼，查角鋼規(guī)格表得A=960mm2計算其回轉(zhuǎn)半徑i總i=0.3721=0.3W2x5=2.06cmX=X—tax="'，°=124.29<350yxi1.21xq=N=90760=94.54MPa<215MPaA960滿足要求圖14：跨中豎桿Ie截面其余各桿件的截面選擇計算過程不再一一列出，現(xiàn)將計算結(jié)果列于下表3

表3梯形鋼屋架桿件截面選擇表名稱桿件號內(nèi)力(KN)Lox(mm)Loy(mm)規(guī)格面枳(mm2)ixcmiycm力X力Y［人］9X甲Y應(yīng)力腹桿26-24.89191319132L50x59601.532.53125.0375.611500.411-63.0827-449.52243824382L100x1038523.054.5279.93531500.688-169.6128354201225152L100x1038523.054.5265.9655.64350191.9029-49.78172021502L50x59601.532.45112.4187.751500.475-109.1630-282.53218427302L90x621282.794.0578.2767.401500.701-189.3931195.75217627202L90x621282.794.0577.9967.16350191.9832-49.78192024002L50x59601.532.45125.4997.951500.411-126.1633-133.772353.629422L80x515822.483.6394.9081.041500.588-143.803471.882345.629322L40x57581.212.06193.85142.33350194.8235-49.78212026502L50x59601.532.45138.56108.161500.411-126.1636-43.31252831602L56x510841.722.69146.97117.471500.318-125.6429.27252831602L56x510841.722.69146.97117.47350127.0037-64.142519.231492L80x515822.483.63101.5886.741500.542-74.8034.432519.231492L80x515822.483.63101.586.74350121.763890.76261026102L50x59602.12.1124.29124.29350194.54下弦桿9……827.413000118502L140x90x1252802.546.81118.11174.013501156.70上弦桿1……-827.31150630002L140x90x1252802.546.8159.2944.051500.813-192.72七、節(jié)點設(shè)計在確定節(jié)點板的形狀和尺寸時，需要斜腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度。先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計算公式為：角鋼肢背所需焊縫長度l:1角鋼肢尖所需焊縫長度12:i2_^K-—222x°?7今2ff如腹桿28,設(shè)計桿力N=354.22kN,設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸各為hf1=8mm,hf2=6mm。因28桿系等肢角鋼，故K1=0.7,K2=0.3。則：=(0.7x354.22x103)/(2x0.7x8x160)=138.37mm取l1=150mm=(0.3x354.22x103)/(2x0.7x6x160)=79.07取l2=80mm腹桿所需焊縫長度的計算結(jié)果見下表4表4腹桿焊縫長度計算表節(jié)點名稱桿件名稱角焊縫內(nèi)力系數(shù)設(shè)計內(nèi)力（KN）肢背焊縫（mm）肢尖焊縫（mm）肢背肢尖計算l調(diào)整后l計算l調(diào)整后lb280.70.3354.22l138.37150—t—8l79.0780—t—6290.70.3-49.7825.9340613.33205300.70.3-282.53147.15150675.68805c310.70.3195.7576.4680843.69506320.70.3-49.7825.9340613.33205330.70.3-133.7769.1580635.56405d340.70.371.8837.4440619.25205350.70.3-49.7825.9340613.33205360.70.3-43.3122.5640611.60205e260.70.3-26.8912.962066.67105270.70.3-449.52175.591808100.341206a370.70.3-64.1433.4140617.18205380.70.390.7642.2750620.26305B270.70.3-449.52175.591808100.341206280.70.3354.22138.37150879.07806ACEG290.70.3-49.7925.9340513.33205

根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點板尺寸，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺為400mmx300mm。驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，內(nèi)力差△N=615.40-248.92=366.48KN，實際焊縫長度為400mm，肢背及肢尖焊腳尺寸均取為8mm，則計算長度lw=400-16=384mm。肢背焊縫應(yīng)力為:0.75x366480t=^_-^7~8~^^^=63.91MPa<160MPa焊縫長度滿足要求，節(jié)點詳圖如圖所示圖15圖15：下弦節(jié)點“b”②、上弦“B”節(jié)點為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板上的上邊緣可縮進上弦肢背8mm，用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)，計算時可忽略屋架上弦坡度影響，而假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫的應(yīng)力由下面計算得到h、=2x10=5mm,h"=10mm上弦與節(jié)點板間焊縫長度為350mm2x0.7xh'l'J(0.65x461920)2x0.7xh'l'V"2x1.22)2x0.7x5x(460-10)=95.24MPa<0.8fw=128MPa

12x1.22；2x0.7xhl"fw=41.27MPa<fw=160MPa[M]"2x1.22)2x12x1.22；2x0.7xhl"fw=41.27MPa<fw=160MPa[M]"2x1.22)2x0.7x10x(460-10)2」(0.35x461920)+都滿足要求。圖:16：上節(jié)點“B”則所7807680l==180.29mmW4x0.7x10x160拼接角鋼長度〈=2(lw+2hf)+弦桿桿端空隙，取拼接角鋼長度為440mm。上弦與節(jié)點板之間采用槽焊縫。

J%(N「N2)]2+12x1.22；(J4779]"2x1.22)2x0.7x5x(400-10)""2」(0.75x461920)+2xJ%(N「N2)]2+12x1.22；(J4779]"2x1.22)2x0.7x5x(400-10)""2」(0.75x461920)+2x0.7xh'l'=126.74MPa<0.8fw=128MPa2x0.7xhl"fw(49779、2x1.22(0.25x461920》+2x0.7x10x(400-10)、20.15x807680tn==50.90MPaf2x0.7x10x1706x0.15x807680x(90-21.9)2x0.7x10x1702x0.7x10x1702f件N)件N)2+(三)2=丫f1.22■50.902+()2=112.46MPa<160MPa\1.22滿足要求圖18：屋脊節(jié)點“I”④、支座節(jié)點a為便于施焊，下弦桿水平肢的底面與支座底板的凈距取，160mm。且在節(jié)點中心線處設(shè)加勁肋，高度與節(jié)點板高度相同，厚度取14mm

底板計算支座反力R=8P=8x49779=398232N設(shè)節(jié)點板平面尺寸采用280x400,圖18：屋脊節(jié)點“I”④、支座節(jié)點a為便于施焊，下弦桿水平肢的底面與支座底板的凈距取，160mm。且在節(jié)點中心線處設(shè)加勁肋，高度與節(jié)點板高度相同，厚度取14mm398232280x234=6.07N/mm2<f=11.9N/mm2(滿足)C底板被節(jié)點板和加勁肋分成4塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，故應(yīng)計算底板單位寬度上的最大彎矩：:14/"140——)2+110=172.6mmb=110^=84.82172.9848..一—=0.49查表得p=0.0586a172.62則單位寬度的最大彎矩為M=P2Qa2=0.0586x6.07x172.62=10596.63N?mm需要的底板厚度:[6M需要的底板厚度:[6M=/6x10596.63f215=17.20mm取t=22mm加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算偏于安全的假定一個加勁肋的受力為屋架支座反力的1/4，即7=7=竺詈="558N則M=Ve=99558x65=6471270N?mm設(shè)七=6mm,焊縫計算長度l=528-20-12=496mm6Mpfx26Mpfx2x0.7hI2+[2x0.7hl+(9955812+"+(9955812+"2x0.7x6x496)[6x647127012"1.22x2x0.7x6x4962)=24.22N/mm2<fw=160N/mm2f

圖19：加勁肋尺寸加勁肋、節(jié)點板與底板的連接焊縫計算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力R=398232N，其中每塊板的加勁肋各傳R/4,節(jié)點板傳遞R/2節(jié)點板與底板的連接焊縫長度為Sl=2(280-12)=536mmw所需焊腳尺寸為R2398232/hf—0.7Slxfwx1.22—0.7x536x160x1.22=，72mm,取6mm。wf每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為Sl=2x(110-20-12)=156mmw所需焊縫尺寸為3982324hf-0.7x156x160x1.22=4.67mm取hf=8mmb==.=62.16N/mm2<fw=160N/mm2（滿足）圖19：加勁肋尺寸fpx0.7h￡l1.22x0.7x8x768f圖20：支座節(jié)點“a”⑤、節(jié)點e下弦桿采用同號角鋼拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的部分寬度一般為t+hf+5mm設(shè)拼接角鋼與下弦桿之間的角焊縫七二I0mm，則需要的焊縫長度為82741048274104x0.7x10x160=184.69mm拼接角鋼的長度\=2（七+2h）+弦桿桿端空隙拼接角鋼的長度取420扁下弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫按下弦內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩，設(shè)肢尖焊縫%=10mm節(jié)點板長度為550mm，則節(jié)點一側(cè)的弦桿計算長度為七=550/2-5-20=250mm焊縫應(yīng)力為0.15x827410tn==35.46MPaf2x0.7x10x2506x0.15x827410x(90-21.9)2x0.7x10x25022x0.7x10x2502f0.65N2hl=153.66MPa0.65N2hl=153.66MPa<160MPaew滿足要求圖21：節(jié)點“e”.bm：6.43…頓心+(-^)2=.35.462+(—)2=35.84MPa<160MPa\f1.221.220.65x8274102x10x0.7x250上弦與節(jié)點板間焊縫長度為350mm2x0.7xh'l'fw⑥上弦節(jié)點A、C、E、G豎桿Aa、Cb、Ec、Gd都采用2L50x5的等肢角鋼，且所受內(nèi)力幾乎相等故該節(jié)點板采用同一型號節(jié)點板上的上邊緣縮進上弦肢背8mm,用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)，計算