21mi土木工程钢结构设计21m-总长90m梯形屋架.docx

5 钢结构课程设计21m跨钢屋架设计计算书1 设计资料某厂房总长度90m，跨度L=21m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距6m。1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦标高为18m； 2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：用Q345钢，焊条为E50型。3.屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载0.6kN/m2。屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2 水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 保温层 0.7kN/m2 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m22 结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图7.30所示。屋架支撑布置如图7.31所示。 图7.30 屋架形式及几何尺寸3 荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为m。荷载永久荷载：预应力混凝土屋面板 屋架及支撑自重 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 水泥砂浆找平层 保温层 一毡二油隔汽层 水泥砂浆找平层 总计 4.929 可变荷载：屋面活荷载 积灰荷载 总计 1.82 设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：(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： （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：（3）全跨屋架包括支撑+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：（1） 、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。4内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图见图7.32所示。由已知得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表7.6。（a） (b) (c) 屋架支撑布置如图7.31所示。 符号说明：SC上弦支撑 XC下弦支撑 CC垂直支撑GG刚性系杆 LG柔性系杆图7.31 屋架支撑布置杆件名称内力系数（F=1）第1种组合F第2种组合第3种组合计算杆件内力（kN）全跨左半跨右半跨+上弦AB000000000BC/CD-7.472-5.31-2.162-453.84928-418.43572-366.87148-172.272-89.0388-453.85DE、EF-11.262-7.339-3.923-684.05388-619.79514-563.84106-242.087-151.768-684.05FG/GH-12.18-6.861-5.319-739.8132-652.68798-627.43002-233.365-192.594-739.81下弦ab4.13.011.09249.034231.1798199.730297.07546.3102249.03bc9.7446.6633.081591.85056541.38378482.71062217.7376123.0295591.85cd11.9627.3264.636726.57188650.6342606.572244.7293173.6057726.57dd11.7685.8845.884714.78832618.4084618.4084205.7752205.7752714.79斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-466.72616-433.26182-374.32658-181.928-86.7969-466.73Bb5.8083.961.848352.77792322.50768287.91312129.479373.63805352.78bD-4.409-2.633-1.776-267.80266-238.71178-224.67412-88.4253-65.7662-267.8Dc2.7921.2221.57169.58608143.86948149.5697244.2203553.42147169.59cF-1.572-0.047-1.525-95.48328-70.50378-94.71342-7.94883-47.0272-95.48Fd0.328-1.0391.36719.92272-2.4687436.94154-26.071937.5427337.54dH0.7131.913-1.243.3076262.9636211.9726853.62138-28.686362.96竖直杆Aa-0.5-0.50-30.37-30.37-22.18-15.353-2.133-30.37Cb/Ec-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74Gd-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74注：=60.74kN；=44.36kN；=16.38kN；=4.26kN；=26.44kN。5 杆件设计（1） 上弦杆 整个上弦采用等截面，安FG、GH杆件之最大设计内力设计。N=-739.810kN= -739810N， 上弦杆计算长度 cm在屋架平面外： 根据支撑布置和内力变化情况。因为，故截面宜选用两个等肢角钢短肢相并（图7.35）。腹杆最大内力N= -486.09kN，查表7.5，节点板厚度选10mm支座节点板厚度用12mm。设，查附录中附表2.2得。需要截面积 ， （2） 下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的eg杆计算。 ，1035cm所需截面为选用，因为 ，故选用不等肢角钢短肢相并。A=36.07624.93，=2.59cm，=6.73cm， （3）端斜杆aB 杆件轴力 计算长度，因为，故采用不等肢角钢长肢相并，使。选用，则 ， ，因为，只求=0.645。 所需截面合适。（4） 竖杆Gd，l0x =2890.8=231.2cm, l0y =289cm内力较小，按=150选择，需要的回转半径为： ix=l0x/=231.2/150=1.54cm iy=l0y/=289/150=1.93cm查型钢表，选截面的回转半径较计算的要略大些，选用2565ix=1.72cm ，iy=2.69cm，A=1083mm2x= l0x/ ix=231.2/1.72=134.42150y= l0y/ iy=289/2.28=107.43150xy，只求x=0.368=N/xA=60740/(0.3681083)=152.4 N/ mm2310 N/ mm2其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于表2中。应力（N/ mm2)267.0201.481.69259.5126.5108.9127.9138.0136.2197.839.08152.4148.1稳定系数y0.7680.645x0.3870.5140.7510.4110.3930.3680.346容许长细比150350150150350150150350150150350150150长细比y67.2153.878.786.0463.985.170.074.296.3102.8127107.4111.5x58.2115.8130.172.0875.7106.5103.8118.1120.5128.9163.3134.4139.8回转半径（cm）iy6.736.732.462.824.092.694.093.042.693.042.462.693.04ix2.592.591.533.512.761.722.761.941.721.941.531.722.94计算长度（cm）l0y452.31035199253261.3229286.4286.4259312.4312.4289339 l0x150.8300159.2253209.0183.2229.1229.1207.2249.9249.9231.2271.2截面面积36.07636.0769.60627.88827.88810.8527.88812.28610.8512.2869.60610.8512.286截面规格140908140908505110708908565908635565635505565635计算内力（kN）-739.81726.57-30.37-466.73352.78-60.74-267.8169.6-60.74-95.5-26.0737.54-60.74-28.7 62.96杆件编号FG、GHdeAaaBBbCbbDDcEccFFdGddH名称上弦下弦腹杆 杆件截面选择表杆件截面选择表 6节点设计（1） 下弦节点“b” (图7.37)用焊条为E50型的抗拉，抗压，抗剪强度为fwf=200 N/ mm2。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：肢背:lw=0.7N/2hefwf=0.7325780/（20.78200）=102mm 取12cm肢尖:lw=0.3N/2hefwf=0.3325780/（20.76200）=58.2mm 取 7 cm设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：肢背: lw =0.7N/2hefwf=0.7267800/（20.78200）=83.7mm取10cm肢尖: lw=0.3N/2hefwf=0.3267800/（20.76200）=47.8mm取6cm“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm.。根据上面的计算结果及相应的构件之间应有的制作和装配误差，确定节点板的尺寸为260 mm350 mm.下弦与节点板的焊缝长度为250 mm，hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=591.85-249.03=342.82KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为f=0.75342820/(20.76(350-12)=90.6 N/ mm2200 N/ mm2(2)上弦节点“B”(图 7.38)“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆的肢背和肢尖焊缝hf=10mm和8mm，则所需的焊缝长度为：肢背:lw=0.7N/2hefwf=0.65466730/（20.710200）=108.3mm 取13cm肢尖:lw=0.3N/2hefwf=0.35466730/（20.78200）=72.9mm 取 10cm为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。曹焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值剩以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载p与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝的内应力为hf=1/2节点板厚度=1/210=5mm, hf=10mm上弦与节点板间焊缝长度为480mm.=125.02N/ mm2 0.8 fwf=0.8200=160 N/ mm2上弦肢尖角焊缝的剪应力为=21.83N/ mm22132.11mm=264.22mm.上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板的连接焊缝，按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf=10，节点板长度为 45cm ，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=45/2-1-2=19.5cm ，焊缝应力为： 40.65N/ mm2= 100.06N/ mm2=91.54N/ mm27.10N/ mm2底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成4块，每块板为两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为M=0.05487.10167.22=10877.06mm/mm两支撑边之间的对角线长度，=167.2mm为系数，查第四章表4.6.其中查表得=0.0548底板厚度：=14.51mm,取t=16mm. 加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即则焊缝内力为：V=425180/4=106295NM=10629555=5846225N.mm设焊缝hf=6mm,焊缝计算长度lw=500-12-20=468cm,则焊缝应力为：=31.23N/ mm2200N/ mm2 节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R=425180N,其中每块加劲肋的传力为442820/4=106295N，节点板传力425180/2=212590N.节点板与底板的连接焊缝长度mm，所需焊脚尺寸：取=6每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：所需焊缝尺寸：取=8