鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)---焊接梯形鋼屋架設(shè)計(jì)

1、<p>　　一、設(shè)計(jì)題目：焊接梯形鋼屋架設(shè)計(jì)</p><p>　　二、目的：通過課程設(shè)計(jì)掌握屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置方法。運(yùn)用有關(guān)力學(xué)和本課程所學(xué)的知識(shí)，對鋼屋架進(jìn)行內(nèi)力分析、桿件截面設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)資料：</b></p><p>　　某單層單跨工業(yè)廠房，跨度L(18 m，21

2、 m，24 m)，長度102 m。</p><p>　　廠房柱距6 m，鋼筋混凝土柱，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，上柱截面尺寸400400，鋼屋架支承在柱頂。</p><p>　　吊車一臺(tái)150 T，一臺(tái)30 T，吊車平臺(tái)標(biāo)高+12.000 m。</p><p>　　荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)）</p><p>　　屋架計(jì)算跨度，幾何尺寸及屋面坡度見

3、附圖1。</p><p>　　鋼材3號(hào)鋼、角鋼、鋼板各種規(guī)格齊全；有各種類型的焊條荷C級(jí)螺栓可供選用。</p><p>　　鋼屋架的制造、運(yùn)輸荷安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運(yùn)往工地安裝，最大運(yùn)輸長度16 m，運(yùn)輸高度3.85 m，工地有足夠的起重安裝條件。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)形式與布置</b></p><p&g

4、t;　　屋架幾何尺寸及屋架全跨上弦節(jié)點(diǎn)單位荷載作用下構(gòu)件內(nèi)力系數(shù)見圖1</p><p>　　圖1(a) 18米跨屋架幾何尺寸</p><p>　　圖1(b) 18米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值</p><p>　　圖1(c) 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值</p><p><b>　　屋蓋支撐布置&

5、lt;/b></p><p>　　根據(jù)支撐布置原則，有橋式吊車且吊車平臺(tái)較高時(shí)應(yīng)布置上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐以及垂直支撐。具體支撐位置如下頁圖2所示。</p><p><b>　　支撐代號(hào)：</b></p><p>　　屋架上弦橫向水平支撐 sc 屋架下弦橫向水平支撐 xc</p>&l

6、t;p>　　屋架下弦縱向水平支撐 zc 垂直支撐 cc</p><p>　　剛性系桿 LG1 柔性系桿 LG2</p><p><b>　　四、荷載和內(nèi)力計(jì)算</b></p><p><b>　　1、荷載計(jì)算</b></p

7、><p>　　按屋面做法，以知各荷載標(biāo)準(zhǔn)值算出永久荷載設(shè)計(jì)值：對于永久性荷載，按公式 設(shè)計(jì)值=1.2X荷載標(biāo)準(zhǔn)值；對于可變荷載，按公式 設(shè)計(jì)值=1.4X荷載標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)按屋面活載及雪荷載兩者中取大值的原則，算出可變荷載的設(shè)計(jì)值。計(jì)算可列表1進(jìn)行。 </p><p><b>　　表1 荷載匯集表</b></p><p&g

8、t;<b>　　2、荷載組合</b></p><p>　　設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮三種組合： </p><p>　　(1) 全跨永久荷載+全跨可變荷載；</p><p>　　P=(4.1016+2.8)×1.5×6=62.29KN</p><p>　　(2) 全跨永久荷載+半跨可變荷載；</p>

9、<p>　　P =4.1016×1.5×6=36.9144KN</p><p>　　P=2.8×1.5×6=25.2KN</p><p>　　(3) 全跨屋架支撐自重+半跨屋面板重+半跨可變荷載重；</p><p>　　P=0.3816×1.5×6=3.4344KN</p><

10、;p>　　P=（1.56+2.8）×1.5×6=39.24KN</p><p><b>　　3、內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　本實(shí)際采用程序計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表2。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對桿件計(jì)算主要起控制作用；組合二和組合三，可能引起跨中幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號(hào)。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均與鋪設(shè)面

11、板，則可避免內(nèi)力變號(hào)而不用組合三。</p><p>　　表2 屋架桿件內(nèi)力組合表</p><p><b>　　五、桿件截面設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)板厚：</b></p><p>　　支座斜桿的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值，N=-403.868KN，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考可知：支座節(jié)點(diǎn)板厚t=

12、12mm;中間節(jié)點(diǎn)板厚t=10mm.</p><p><b>　　1、上弦桿</b></p><p>　　整個(gè)上弦桿采用相同截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。桿FG內(nèi)力最大：N=-565.365KN</p><p>　　計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=150.75㎝.屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面能起到一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度=

13、301.5㎝ 。由于2=，故選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢并聯(lián)。</p><p>　　設(shè)=80，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.688</p><p><b>　　需要截面面積A=</b></p><p><b>　　需要回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　根據(jù)需要的A、、 查角型鋼表，初選2∠100&#

14、215;80×7（短肢相并），見圖3</p><p><b>　　圖3上弦桿截面</b></p><p>　　A=49.204㎝ </p><p><b>　　按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算</b></p><p>　　由于b/t=140/10=14>0.56=0.56×

15、3015/140=12.06</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　由于>>,只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.791</p><p><b>　　所選截面合適</b></p><p><b>　　2、下弦桿</b></p>

16、<p>　　整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算.桿eg內(nèi)力最大，N=576.360 KN</p><p>　　計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=300㎝</p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐布置取=885㎝</p><p><b>　　計(jì)算需要凈截面面積</b></p><p>　　選用2∠100&#

17、215;80×7(短肢相并），見上圖3</p><p>　　A=49.024㎝ </p><p>　　按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取=A</p><p>　?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點(diǎn)板邊緣距離大于100mm，則可不計(jì)截面削弱影響）</p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p>

18、<p><b>　　3、端斜桿aB</b></p><p>　　已知N=-403.868KN</p><p>　　計(jì)算長度==253cm</p><p>　　由于=，故選用兩個(gè)不等肢角鋼，且長肢并聯(lián)。</p><p>　　設(shè)=80，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.688</p><p>

19、<b>　　需要截面面積A=</b></p><p><b>　　需要回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　根據(jù)需要的A、、 查角型鋼表，初選2∠100×80×70（長肢相并），見上圖3</p><p>　　A=34.334㎝ </p><p><b>　

20、　按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算</b></p><p>　　由于b/t=80/10=8<0.48/b=0.48×2530/80=15.2</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　由于>>,只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.517</p><p><b>　

21、　所選截面合適</b></p><p><b>　　4、斜腹桿Bc</b></p><p>　　已知N=294.360KN</p><p>　　計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度</p><p>　　=0.8l=0.8×261.3=209.04cm</p><p>　　屋架平

22、面外根據(jù)支撐布置取=l=261.3㎝</p><p><b>　　計(jì)算需要凈截面面積</b></p><p>　　選用2∠75×7 見圖4</p><p>　　圖4 斜腹桿Bc截面</p><p>　　A=20.32㎝ </p><p><b>　　截面驗(yàn)算&l

23、t;/b></p><p><b>　　5、豎桿Gg </b></p><p>　　已知N=50.437KN</p><p>　　計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度</p><p>　　=0.9l=0.9×289=260.1cm</p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐布置取=l=2

24、89㎝</p><p>　　選用2∠63×8 見圖5</p><p>　　圖5 豎桿Gg截面</p><p>　　A=19.03㎝ </p><p><b>　　所選截面合適</b></p><p>　　其余各桿截面選擇過程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見下表2</p

25、><p>　　表3 屋架桿件截面選擇表</p><p><b>　　六、桿件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　重點(diǎn)設(shè)計(jì)“a”、“c ”、“E”、“H”四個(gè)典型節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)類同。采用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=160N/mm,最小焊縫長度不應(yīng)小于8和40mm.</p><p>　　1、下弦節(jié)點(diǎn)“c

26、”（圖6）</p><p><b>　　圖6 下弦節(jié)點(diǎn)c</b></p><p>　?。?）斜桿Bc與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　N=294.360KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b>&l

27、t;/p><p>　　取實(shí)際焊縫長度200mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度100mm </p><p>　?。?）斜桿cD與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　N=-210.071KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=

28、5mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度150mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度80mm </p><p>　?。?）豎桿Cc與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p&

29、gt;<p>　　N=-62.114KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：<</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度60mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　

30、取實(shí)際焊縫長度60mm</p><p>　　(4)節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的</p><p>　　間隙和制作配裝等誤差，按比例作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸410×320 mm。如圖6所示</p><p>　　(5)下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算：焊縫受力為左右下弦桿內(nèi)力差</p><p>　　△N=495

31、.555-215.337=280.218KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=5mm,</p><p><b>　　肢背焊縫驗(yàn)算：</b></p><p>　　滿足要求，故所選節(jié)點(diǎn)板符合。</p><p><b>　　上弦節(jié)點(diǎn)B</b></p><p><b>　

32、　圖7 上弦節(jié)點(diǎn)B</b></p><p>　　(1)斜桿Bc與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　與下弦節(jié)點(diǎn)c中Bc桿計(jì)算相同。焊縫尺寸為5mm,肢背實(shí)際焊縫長度150mm,肢尖實(shí)際焊縫長度80mm。</p><p>　　(2)斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　N=-403.868KN</p>

33、;<p>　　設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度270mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度150mm</p><p>　　(3)

34、節(jié)點(diǎn)板尺寸：由腹板焊縫長度及構(gòu)造要求暫定尺寸360×260mm(如圖7)</p><p>　　(4)上弦桿CDE與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫驗(yàn)算</p><p>　　為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm,用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，計(jì)算時(shí)略去屋架上弦坡度的影響，假定集中荷載P=62.1144弦垂直。</p>&

35、lt;p>　　肢背焊縫驗(yàn)算：=0.5t=5mm</p><p>　　肢尖焊縫驗(yàn)算：設(shè)=8mm l-2=450-12=438mm</p><p>　　N=386.414KN</p><p>　　滿足要求，故所選節(jié)點(diǎn)板符合</p><p><b>　　屋脊節(jié)點(diǎn)G</b></p><p>　?。?/p>

36、1）中豎桿Gg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫驗(yàn)算</p><p>　　N=50.437KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度50mm </p><p>　　肢尖：

37、 </p><p>　　取實(shí)際焊縫長度50mm </p><p>　?。?）上弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算</p><p>　　上弦桿一般用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的棱角削圓并切去垂直肢的一部分寬度△=t

38、++5=10+6+5=21mm。角鋼這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。</p><p>　　N=-565.365KN</p><p>　　設(shè)肢背、肢尖焊縫尺寸=6mm，則所需焊縫長度為</p><p><b>　　取250mm</b></p><p>　　拼接角鋼長度取2×250

39、+50=550mm</p><p>　　（3）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　肢背焊縫驗(yàn)算：按槽焊縫計(jì)算 =0.5t=5mm P=62.29KN</p><p><b>　　由得</b></p><p>　　故弦桿一側(cè)角鋼背部取實(shí)際焊縫長度130mm</p><p>　　肢尖

40、焊縫驗(yàn)算：設(shè)=6mm △N=0.15N=0.15×565365=84.80475KN</p><p><b>　　由及 代入</b></p><p><b>　　解得，=180mm</b></p><p>　　故弦桿一側(cè)角鋼趾部取實(shí)際焊縫長度200mm</p><p>　　(4) 節(jié)點(diǎn)板

41、尺寸：由腹板及上弦板焊縫長度及構(gòu)造要求定尺寸 (如下圖)</p><p><b>　　圖8 屋脊節(jié)點(diǎn)G</b></p><p><b>　　4、端部支座節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　(1)下弦桿、腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　①豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=-31.057KN

42、，設(shè)焊縫=6mm</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度50mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度50mm </p><p>　　②斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算，N=478.636KN

43、設(shè)焊縫=6mm</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度270mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度120mm</p><p>　　③下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算，N=255.389KN 設(shè)

44、焊縫=8mm</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度130mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度60mm。</p><p><b>　?。?）節(jié)點(diǎn)板尺寸：</b><

45、;/p><p>　　由腹板及下弦桿焊縫長度及構(gòu)造要求定尺寸。(如圖9)</p><p>　　（3）底板尺寸及厚度</p><p>　　支座反力R=（62..1144×13+0.5×62.1144×2）/2=372.6864KN，設(shè)底板上開口錨栓的直徑為40mm，底板承壓面積為A。</p><p>　　構(gòu)造要求底板的平

46、面尺寸最小約為240mm×240mm，故先假定底板尺寸為25mm×250mm。</p><p>　　底板厚度可按相鄰兩邊支承的矩形板a×b由柱頂?shù)木挤戳=R/A=確定。板中單位寬度的彎矩為</p><p>　　M=qa=0.058×6.08× (由=1/2查表確定)</p><p>　　其中=2502=177mm

47、 ，=2=89mm </p><p><b>　　板的厚度為t</b></p><p>　　又t最小厚度為20mm故取t=20mm（如圖9）</p><p>　　圖9 端部支座節(jié)點(diǎn)“a”和底板尺寸</p><p>　　(4)底板與節(jié)點(diǎn)板、加勁肋板底端的角焊縫連接驗(yàn)算：</p><p>　　底板與節(jié)

48、點(diǎn)板、加勁肋板底端的角焊縫總長度,設(shè)焊縫尺寸為10mm</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　?。?）加勁肋板與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫</p><p>　　取加勁肋厚度與節(jié)點(diǎn)板厚度一樣t=12mm，取其高度與節(jié)點(diǎn)板高度一樣h=500mm</p><p>　　加勁肋板與節(jié)點(diǎn)板的豎向連接焊縫同時(shí)承受剪力

49、V和彎矩M，可近似取</p><p><b>　　V=</b></p><p>　　M=V×b/2=93171.6×62.5=5823225N.mm</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=6mm</p><p>　　加勁肋高度滿足要求。</p><p><b>　　5、跨

50、中節(jié)點(diǎn)g</b></p><p>　　弦桿一般用于下弦桿同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，并采取削圓棱角各切去垂直寬度等構(gòu)造處理，拼接接頭一側(cè)的連接焊縫長度按下弦桿等強(qiáng)度計(jì)算，設(shè)焊縫＝6mm。取拼接角鋼長度L＝700mm。 </p><p>　?。?）斜桿Fg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　N=-65.626KN</p><p>　　

51、設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度60mm</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度60mm </p><p>　?。?）斜桿Gf’與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算

52、與斜桿Fg相同，肢背肢尖均取實(shí)際焊縫長度60mm。</p><p>　?。?）中豎桿Gg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫驗(yàn)算</p><p>　　N=50.437KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=6mm,所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p>　　取實(shí)際焊縫長度50m

53、m </p><p>　　肢尖： </p><p>　　取實(shí)際焊縫長度50mm </p><p>　　(4)下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算：焊縫受力為左右下弦桿內(nèi)力差</p><p>　　N

54、=576.360KN</p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為=6mm,</p><p><b>　　肢背焊縫驗(yàn)算：</b></p><p>　　(5)節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的</p><p>　　間隙和制作配裝等誤差，按比例作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸200200 mm。如圖10所示：<

55、/p><p>　　圖10 節(jié)點(diǎn)g(單位：cm)</p><p><b>　　七、屋架施工圖</b></p><p>　　鋼屋架施工圖見大圖。</p><p><b>　　六、參考資料</b></p><p><b>　　鋼結(jié)構(gòu)課本</b></p>