本科毕业设计-荷载内力计算和杆件截面选择计算.doc

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（1） 设计资料
昆明地区某工厂金工车间，屋架跨度为24m，屋架端部高度2m，长度90m，柱距6m，车间内设有两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm，混凝土C20，屋面活荷载0.50 kN/m2，屋面积灰荷载0.75 kN/m2，保温层自重0.4kN/m2。
（2）钢材和焊条的选用
屋架钢材选用Q235，焊条选用E43型，手工焊。
（3）屋架形式，尺寸及支撑布置
采用无檩屋盖方案，屋面坡度，由于采用1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，故选用平坡型屋架，屋架尺寸如下：
屋架计算跨度：

屋架端部高度取：
2000mm
跨中高度：

屋架高跨比：

为使屋架节点受荷，配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦节间为3m的人字形式，仅在跨中考虑腹杆的适宜倾角，采用再分式杆系，屋架跨中起拱48mm，几何尺寸如图所示：

根据车间长度，跨度及荷载情况，设置三道上，下弦横向水平支撑，因车间两端为山墙，故横向水平支撑设在第二柱间；在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定，下弦平面的第一柱间也设置刚性系杆传递山墙的风荷载；在设置横向水平支撑的同一柱间，设置竖向支撑三道，分别设在屋架的两端和跨中，屋脊节点及屋架支座处沿厂房设置通长刚性系杆，屋架下弦跨中设置一道通长柔性系杆，凡与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-2，不与横向支撑连接的屋架编号为GWJ

屋架竖向支撑
（3）荷载和内力计算
1)荷载计算
永久荷载标准值：
预应力钢筋混凝土大型屋面板（包括灌缝）：
防水层（三毡四油，上铺小石子）：
找平层（20mm厚水泥砂浆）：
屋架和支撑自重（按经验公式估算）：

保温层：
可变荷载标准值：
屋面活荷载：
屋面积灰荷载：
2)节点荷载计算
（1）当基本组合由可变荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为：
（2）当基本组合由永久荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为：
由以上可知，本工程屋面荷载组合由永久荷载效应控制，节点集中力设计值取:

3）屋架节点荷载计算。计算屋架时应考虑下列三种荷载组合情况：
（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载；
（2）全跨永久荷载+（左）半跨可变荷载；
（3）屋架和支撑自重+（左）半跨屋面板重+（左）半跨施工荷载。
设：——由永久荷载换算得的节点集中荷载；
——由可变荷载换算得的节点集中荷载；
——由部分永久荷载换算得的节点集中荷载；
——由部分永久荷载和可变荷载换算得的节点集中荷载。
则：

4） 内力计算
用图解法或结构力学求解器先求出全跨和半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数，然后乘以实际的节点荷载，即得杆件内力。屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆，竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第二种和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算跨中的斜腹杆内力。计算结果如下表：
屋架杆件内力计算（kN）
名

称
杆
件
编
号
杆力系数
杆力
计
算
杆
力（KN）
P=1
第一组
组合
第二组
组合
第三组
组合
左
右
全
(P1+P2)③
P1③+P2①
P3③+P4①
①
②
③
④
⑤
⑥
上弦
AB
0
0
0
0
0
0
0
BD
-6.26
-2.48
-8.74
-431.41
-399.22
-174.46
-431.41
DF
-9.05
-4.49
-13.54
-668.33
-610.05
-256.41
-668.33
FG
-9.17
-6.09
-15.26
-753.23
-674.19
-266.95
-753.23
GI
-9.55
-5.59
-15.50
-765.08
-687.85
-276.19
-765.08
下弦
ab
+3.49
+1.25
+4.74
233.97
217.74
96.64
233.97
bc
+8.01
+3.53
+11.54
569.61
523.80
224.88
569.61
cd
+9.35
+5.31
+14.66
723.62
654.69
268.02
723.62
de
+7.47
+7.47
+14.93
736.94
640.11
229.06
736.94
斜
腹杆
aB
-6.53
-2.34
-8.87
-437.82
-407.45
-180.83
-437.82
Bb
+4.77
+2.12
+6.88
339.60
312.21
133.95
339.60
bD
-3.40
-2.03
-5.55
-268.02
-241.68
-97.92
-268.02
Dc
+1.90
+1.79
+3.79
182.14
158.90
57.76
182.14
cF
-0.71
-1.75
-2.34
-120.93
-98.35
-26.55
-120.93
Fd
-0.45
+1.56
+0.94
54.79
34.54
-4.48
54.79(-4.48)
df
+2.43
-2.05
+0.73
18.26
45.00
53.69
53.69
fI
+2.95
-2.21
+1.48
36.53
65.21
66.53
66.53
Gf
+0.52
-0.17
+0.68
16.78
19.12
12.70
19.12
竖腹杆
Aa
-0.50
0
-0.50
-24.68
-24.68
-13.02
-24.68
Cb
-1.00
0
-1.00
-49.36
-49.36
-26.03
-49.36
Ec
-0.98
+0.02
-1.00
-49.36
-49.36
-26.03
-49.36
Gd
-1.37
+0.13
-1.24
-61.21
-62.89
-35.06
-62.89
Hf
-0.68
+0.20
-0.49
-24.19
-26.65
-16.82
-26.65
Ie
0
0
0
0
0
0
0

杆件截面选择
1）上弦杆GI。整个上弦不改变截面，按最大内力计算，，，，截面宜选用两个不等边角钢，短肢相并。根据腹杆的最大内力，查表2.8节点板t=10mm，支座节点板厚t=12mm。
假定，对x轴和y轴均属于b类截面，查表得。
选用短肢相并；。
验算：
；；

则
满足刚度要求
由，查表得

满足强度和稳定性要求
2）下弦杆d e。整个下弦杆采用等截面，按下弦杆的最大内力计算，，
所需要面积，选用，短肢相并，，，
验算：
，

则，
满足刚度要求

满足强度要求
3）斜端杆Ba。
假定，对x轴和y轴均属于b类截面，查表得。

选用，长肢相并；。
验算：

则，
满足刚度要求
取，查表的

满足强度和稳定性要求
4） 斜腹杆。。
所需面积
选用。
验算：

则，
满足刚度要求

满足强度要求
5）斜腹杆。此杆是再分式桁架的斜腹杆，在f节点处不断开，两段杆内力不同：
最大拉力，在桁架平面内的计算长度，在桁架平面外的计算长度

选用
验算：

则，
满足刚度要求

满足强度要求
6） 端竖杆Aa。。
端部竖腹杆Aa与垂直支撑相连，选择其最小杆截面，查表得：
验算：

则，
满足刚度要求
取，查表得

满足强度和稳定性要求
7）竖腹杆。
假定，对x轴y轴均属于b类截面，查表得

选用，查表得
验算：

则，
满足刚度要求
取，查表的

满足强度和稳定性要求
其余个干截面选择见下表。连接垂直支撑的中央竖杆Ie采用十字形截面，起斜平面计算长度
名称
杆件
编号
内力
（ＫＮ）
计算长度（cm）
截面形式和规格
截面面积(cm2)
回转半径
(cm)
长细比
容许
长细比λ
稳定
系数
计算应力N/mm2
端部焊缝
Ｈf－Ｌω
Lox
Loy
ix
iy
λx
λy
(λyz)
肢背
肢尖
上弦
GI
-765.08
150.8
301.5
┛┗
140*90*10
44.522
2.56
6.77
58.9
44.5
(54.1)
150
0.814
171.84
_
_
下弦
de
736.94
300.0
1185.0
┛┗
100*80*10
34.334
2.35
4.78
127.7
247.9
(38.0)
350

214.64
_
_
斜
腹
杆
aB
-437.82
253.1
253.1
┛┗
100*80*10
34.334
3.12
3.53
80.1
71.7
(76.7)
150
0.680
127.52
9-170
6-140
Bb
339.60
208.4
260.5
┛┗
80*8
24.606
2.44
3.69
85.4
70.6
(73.76)
350

138.02
8-160
6-100
bD
-268.02
229.3
286.6
┛┗
80*8
24.606
2.44
3.69
94.0
77.7
(80.4)
150
0.594
108.92
8-140
6-90
Dc
182.14
228.6
285.7
┛┗
63*5
12.286
1.94
2.96
117.8
96.5
(100.0)
350

148.25
8-100
6-70
cF
-120.93
250.1
312.6
┛┗
80*8
24.606
2.44
3.69
102.5
84.7
(87.3)
150
0.545
49.15
8-80
6-50
Fd
54.79
249.4
311.8
┛┗
45*5
8.584
1.37
2.26
182.1
138.0
(139.1)
350

63.83
5-60
5-40
-4.48
150
0.220
5.23
dI
66.53
220.0
417.6
┛┗
45*5
8.584
1.37
2.26
160.6
184.8
(186.1)
350

77.50
6-50
5-40
Gf
19.12
158.3
197.9
┛┗
45*5
8.584
1.37
2.26
115.6
87.6
（89.3）
350

22.27
5-30
5-20
竖
腹
杆
Aa
-24.68
200.0
200.0
┛┗
63*5
12.286
1.94
2.96
103.1
67.6
（72.7）
150
0.535
20.09
8-40
6-30
Cb
-49.36
182.9
228.6
┛┗
63*5
12.286
1.94
2.96
94.3
77.2
（81.6）
150
0.592
40.18
5-50
5-40
Ec
-49.36
207.0
258.7
┛┗
63*5
12.286
1.94
2.96
106.7
87.4
（91.3）
150
0.513
40.18
5-50
5-40
Gd
-62.89
231.0
288.8
┛┗
63*5
12.286
1.94
2.96
119.1
97.6
(101.1）
150
0.442
51.19
8-60
6-40
Hf
-26.65
115.8
144.8
┛┗
45*5
8.584
1.37
2.26
84.6
64.1
(66.5)
150
0.657
31.05
5-40
5-30
Ie
0
287.1
287.1
┗
┛63*5
12.286

_
_
_
_
_
屋架杆件截面选择
（6） 节点设计
1）下弦节点“b”
先计算腹杆与节点板的连接焊缝。
（1）Bb杆焊缝
Bb杆肢背及肢尖的焊缝尺寸
，取肢背肢尖的焊缝尺寸分别为，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：
肢背：，取160mm
肢尖：，取100mm
（2） Db杆焊缝
同Bb，腹杆Db的肢背肢尖的焊缝尺寸分别为，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：
肢背：，取140mm
肢尖：，取90mm
（3） Cb杆焊缝
Cb杆内力较小，焊缝按构造要求采用。根据上面求得的焊缝长度，并按构造要求留出间隙及制作和装配误差，按比例绘出节点大样图，确定节点板尺寸。
下弦杆与节点板连接的焊缝长度为365mm，取，焊缝所受的力为左右两个弦杆的内力差，则肢背的应力为：

肢尖应力为：

满足强度要求。
2） 上弦节点“B”。Bb杆与节点板的连接焊缝尺寸和b节点相同。
（1）Ba杆连接焊缝
Ba杆与节点板的连接焊缝尺寸按同样方法计算，，肢背和肢尖焊缝分别采用，则所需焊缝长度为（考虑起灭弧缺陷）：
肢背：，取170mm
肢尖：，取140mm
（2）上弦与节点板焊缝连接
为便于在上弦搁置大型屋面板，节点板的上边缘课缩进肢背8mm，用塞焊缝连接，这时。承受集中力P=49.35kN，则

肢尖焊缝承担内力差，偏心距，偏心弯矩，，则

满足强度要求
3）屋脊节点“I”
（1）If杆焊缝
If杆焊缝的肢背肢尖分别采用和，则所需焊缝长度为：
肢背：，取50mm
肢尖：，取40mm
（2）拼接角钢
弦杆与节点板连接焊缝受力不大，可按构造要求决定焊缝尺寸，一般不需要计算。这里
只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截面以除肢背处割棱外，竖直肢需切去（取），取，并按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝按被连接弦杆的最大内力计算,每条焊缝长度为：
，取240mm
拼接角钢总长度，取550mm
（3）屋脊与弦杆的连接焊缝
计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取，需要焊缝长度为：

由斜腹杆计算的节点板尺寸满足要求，弦杆与节点板的连接不起控制作用。
4） 下弦节点“e”
（1）拼接计算
拼接角钢采用与下弦杆相同截面以除肢背处切割棱外，竖直肢需切去（取焊缝），取。
拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接弦杆的最大内力计算，,每条焊缝长度：
，取210mm
拼接角钢总长，取470mm
（2）弦杆与节点板的焊缝连接
计算弦杆与节点板的连接焊缝，取，需要焊缝长度按肢背焊缝计算：
，取100mm
可按构造要求决定节点板的长度。

5） 支座节点“a”
（1）底板计算
支座反力：，混凝土等级为C20，。
所需底板净面积：
取锚栓直径d=22mm，锚栓孔直径取为50mm，则所需底板毛面积：

按构造要求取用底板面积为。小垫板采用，孔径。实际底板净面积为：

底板实际应力：

，查表得，则：

所需底板厚度：
，取t=20mm
则底板尺寸为：
（2）Aa杆焊缝
Aa杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸分别取，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：
肢背：，取40mm
肢尖：，取30mm
（3） ab杆焊缝
ab杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸分别取，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：
肢背：，取130mm
肢尖：，取70mm

（4）Ba杆的与节点板的连接焊缝尺寸和“B”节点相同
根据求得的焊缝长度，并按构造要求流出间隙及制作和装配误差，按比例绘出节点大样图，确定加劲肋尺寸为

（5）加劲肋与节点板连接焊缝计算
加劲肋下端切口宽度和切口高度均取15mm，焊脚尺寸取为。
一个加劲肋的连接焊缝所受的内力取为：
,偏心距

验算焊缝强度：

（5） 加劲肋、节点板和底板的连接焊缝计算：
采用，实际焊缝总长度：

焊缝强度验算：

满足要求