钢屋架专业课程设计二十七米综合项目施工图改完.doc

一、题目：设计某车间钢屋架二、设计资料某地一机械加工车间，长90m，跨度L，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度级别C20，上柱截面400400mm。屋面活荷载原则值0.7KN/m2，积灰荷载原则值0.6KN/m2，雪荷载0.3 KN/m2及风荷载0.35KN/m2。钢材和焊条选用依照北京地区计算温度、荷载性质和连接办法，屋架刚材采用 Q235沸腾钢，规定保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率和冷弯实验四项机械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分合格含量。焊条采用 E43型，手工焊。一、 屋架形式和几何尺寸屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，平坡梯形钢屋架。屋面坡度屋架计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50 mm。为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大某些采用下弦节间水平尺寸为3.0m人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，屋架几何尺寸如图 1 所示。图1：27米跨屋架几何尺寸二、 屋盖支撑布置依照车间长度、跨度及荷载状况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设立横向水平支撑同一开间屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。符号阐明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）三、 荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同步浮现，计算时，取较大荷载原则值进行计算。故取屋面活荷载0.7kN/进行计算。屋架沿水平投影面积分布自重（涉及支撑）按经验公式计算，跨度L单位为m,荷载计算成果见表1。表 1 荷 载 计 算 表荷载名称原则值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.21.68三毡四油上铺小石子防水层0.40.41.20.48水泥砂浆找平层0.30.41.20.48厚泡沫混凝土保温层0.10.11.20.12找平层0.50.51.20.6屋架和支撑自重0.12+0.01127=0.4170.4171.20.50永久荷载总和3.2173.805屋面活荷载0.70.71.40.98积灰荷载0.60.61.40.84可变荷载总和1.31.82设计屋架时应考虑如下三种荷载组合状况：6.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：6.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：6.3.全跨屋架（涉及支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：6.1、6.2为使用节点荷载状况，6.3为施工阶段荷载状况。四、 内力计算由图解法或数解法解得F1屋架各杆件内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载状况下内力进行组合，计算成果见表2。表2 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力(kN)全跨左半跨右半跨第一种组合F第二种组合第三种组合F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦AB000000000.0 BC-9.97-7.19-2.79-446.9 -418.8 -374.5 -120.4 -74.2 -446.9 CD-9.97-7.19-2.79-446.9 -418.8 -374.5 -120.4 -74.2 -446.9 DE-15.8-10.75-5.06-708.2 -657.3 -599.9 -184.0 -124.2 -708.2 EF-16.38-11.33-5.06-734.2 -683.2 -620.0 -192.7 -126.8 -734.2 FG-16.38-11.33-5.06-734.2 -683.2 -620.0 -192.7 -126.8 -734.2 GH-18.67-11.05-7.62-836.8 -760.0 -725.4 -200.0 -164.0 -836.8 HI-19.17-11.05-7.62-859.2 -777.3 -742.8 -202.3 -166.3 -859.2 IJ-19.17-11.54-7.62-859.2 -782.3 -742.8 -207.4 -166.3 -859.2 下弦ab5.363.961.41240.2 226.1 200.4 65.7 38.9 240.2 bc13.319.343.97596.6 556.5 502.4 158.0 101.6 596.6 cd18.2411.426.82817.5 748.8 702.4 202.0 153.7 817.5de17.818.98.9798.2 708.4 708.4 173.6 173.6 798.2斜腹杆aB-10.05-7.42-2.63-450.4 -423.9 -375.6 -123.1 -72.8 -450.4Bb7.955.572.38356.3 332.3 300.2 94.3 60.8 356.3bD-6.47-4.18-2.29-290.0 -266.9 -247.9 -73.0 -53.2 -290Dc4.612.592.02206.6 186.3 180.5 47.9 42.0 206.6cf-3.5-1.01-2.49-156.9 -131.8 -146.7 -26.4 -41.9 -156.9fG-2.69-0.21-2.49-120.6 -95.6 -118.5 -14.3 -38.3 -120.6Ef0.730.73032.7 32.7 25.4 11.0 3.3 32.7Gd0.72-0.931.6632.3 15.6 41.7 -6.5 20.7 -6.541.7dg1.153.13-1.9751.5 71.5 20.1 38.0 -15.5 -15.571.5gJ1.893.87-1.9784.7 104.7 45.8 49.1 -12.2 -12.2104.7Hg0.670.67030.0 30.0 23.3 10.1 3.0 30竖杆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 -44.8Je000000000五、 杆件设计8.1上弦杆整个上弦采用等截面，按HI、IJ杆件最大设计内力设计。N-859.2kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且以为大型屋面板只起到刚性系杆作用，依照支撑布置和内力变化状况，取为支撑点间距离，即依照屋架平面外上弦杆计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N-450.4kN，查表得，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设，查Q235钢稳定系数表，可得（由双角钢构成T型和十字形截面均属于b类），则需要截面积：需要回转半径： 依照需要A、查角钢规格表，选用2L16010010，肢背间距a12mm，则A36，按所选角钢进行验算： ， 满足长细比规定。由于，只需求，查表0.763，则所选截面适当，上弦截面如图所示： 图7：上弦截面8.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在cd杆计算。N=817.5kN，所需截面积为（因跨中有通长系杆）:选用2L16010010，因故用不等肢角钢，短肢相并。A36， ，因此满足规定。下弦截面如图：图8.下弦截面8.3斜杆按端斜杆aB最大设计内力设计。杆件轴力： 计算长度： 由于，故采用等肢角钢，使。选用2L10010。则:A38.52， 由于，只需求。查表0.668，则:，故所选截面适当。端斜杆截面如图：图9.端斜杆截面8.4腹杆腹杆cf-fG在f节点处不断开，采用通长杆件。,再分式桁架中斜腹杆，在桁架平面内计算长度取节点中心间距，在桁架平面外计算长度：选用2L11010，查角钢规格表得A16.32， 由于，只需求。查表0.458，则:再分腹杆截面如图：图9：再分腹杆截面8.5竖杆Hd，由于杆件内力较小，按选取，需要回转半径为，查型钢表，选截面和较上述计算和略大些。选用2L635，其几何特性为：A12.29， 由于，只需求。查表0.406，则:竖杆截面如图：图10：竖杆截面别的各杆件截面选取成果见表3。表3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦HI、IJ-859.2150.8452.2140908362.576.6758.266.61500.818207.6下弦cd817.54501335140908362.576.67157.9171.63500.246161.6腹杆aB-450.42532531001038.523.054.6083.055.01500.668175.0Bb356.3262.2262.21001038.523.054.6085.957.01500.648142.7bD-290287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.594126.7Dc206.6287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.59490.3cf-156.9208.7393.31101045.523.385.00115.978.651500.45872.3fG-120.6208.7393.31101045.523.385.00115.978.651500.45857.85Ef32.718918963512.291.943.0497.462.21500.57546.3Gd-6.541.7326.5326.563512.291.943.04168.3107.41500.254133.6dg-15.571.5224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.34185.2gJ-12.2104.7224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.34185.2Hg30203.5203.563512.291.943.04104.966.91500.52346.67竖杆Aa-22.4161.2201.563512.291.943.0483.166.31500.66827.3Cb-44.818423063512.291.943.0494.875.71500.58862.0Ec-67.220826063512.291.943.04107.285.51500.511107.0Ff-44.810413063512.291.943.0453.642.81500.83843.5Hd-67.224430563512.291.943.04125.8100.31500.406134.7Ig-44.8122152.563512.291.943.0462.950.21500.79146.1六、 节点设计采用E43 焊条时，角焊缝抗拉、抗压和抗剪强度设计值为200mpa9.1下弦节点“b”设 bB 杆肢背和肢尖焊缝 ，所需焊缝长度为：肢背：肢尖：取，。设 bD杆肢背和肢尖焊缝 ，所需焊缝长度为：肢背：肢尖：取，。bC杆内力很小，焊缝尺寸可按构造拟定，取。依照以上求得焊缝长度，并考虑杆件之间间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（见图11），从而拟定节点板尺寸为280340mm。下弦与节点板连接到焊缝长度为340mm，焊缝承受节点左、右弦杆内力差NNbc-Nab596.6-240.2356.4kN。验算肢背焊缝强度：图11：下弦节点“b”9.2上弦节点“B”斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相似。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算：N=-450.4kN。设 “aB”杆肢背与肢尖焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背：肢尖：取，。为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板上边沿可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则节点如图：图12：上弦节点“B”9.3屋脊节点“J”弦杆普通用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间可以密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢这某些削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧焊缝长度可按弦杆内力计算。N=-859.2kN。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm。则需焊缝长度为,取拼接角钢长度取 6002220=440mm上弦与节点板间槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板连接焊缝,应按上弦内力15%计算。设肢尖焊缝,节点板长度为500mm，节点一侧弦杆焊缝计算长度为。焊缝应力为：节点形式如图:图12：屋脊节点“J”9.4下弦跨中节点“e”跨中起拱 50mm，下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相似截面2L16010010，焊缝长度：，取=300mm。拼接角钢长度。弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力15%计算。设肢背、肢尖焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背：，取=90mm肢尖，按构造规定，取焊缝长度50mm，取=60mm节点板宽度是由连接竖杆构造规定所决定，按比例绘出节点详图，从而拟定节点板尺寸。焊缝强度满足规定。节点形式如图:图13：下弦跨中节点“e”9.5端部支座节点“a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢底面与支座底板净距离取160mm。在节点中心线上设立加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等，厚度14mm。（1）支座底板计算 支座反力： 设支座底板平面尺寸采用，如仅考虑有加劲肋某些底板承受支座反力，则承压面积为。验算柱顶混凝土抗压强度：式中：混凝土强度设计值，对C20混凝土，。支座底板厚度按屋架反力作用下弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由板，每块板单位宽度最大弯矩为：式中：底板下平均应力，即=8.49。 两边支承之间对角线长度，即 系数，由查表拟定。为两边支承相交点到对角线垂直距离。由此得：查表得0.0546。则单位宽度最大弯矩为：底板厚度：，取t22mm因此底板尺寸为mm。（2）加劲肋与节点板连接焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图得焊缝长度为440mm，计算长度lw440-12-15413（mm）（设焊脚尺寸hf8mm），每块加劲肋近似按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝距离为e（140-8）/266 mm。则焊缝所受剪力V及弯矩M为：焊缝强度验算 7.99N/mm2满足规定。（3）节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算设焊缝传递所有支座反力，其中每块加劲肋各传，节点板传递。 节点板与底板连接焊缝长度，所需焊脚尺寸为，取。 每块加劲肋与底板连接焊缝长度为所需焊缝尺寸因此取。节点形式如图:图14：端部支座节点“a”9.6节点板计算（1）节点板在受压腹杆压力作用下计算 所有无竖杆相连节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆净距离c与节点板厚度t之比，均不大于或等于10。所有与竖杆相连节点板，c/t均不大于或等于15，因而节点板稳定均能保证。（2）所有节点板在拉杆拉力作用下，也都满足规定，因而节点板强度均能保证。此外，节点板边沿与腹杆轴线间夹角均不不大于15，斜腹杆与弦夹角均在3060之间，节点板自由边长度与厚度之比均不大于60，都满足构造规定，节点板均安全可靠。七、 附图屋架施工图绘制