27米跨梯形鋼屋架課程設計設計

1、<p>　　題目： 單層廠房梯型鋼屋架課程設計 </p><p><b>　　題目</b></p><p>　　27m×90m跨廠房普通鋼屋架設計</p><p><b>　　二、課程設計目的</b></p><p>　　通過鋼結(jié)構(gòu)課程設計，進一步了解鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)布置

2、、受力特點和構(gòu)造要求等；綜合應用鋼結(jié)構(gòu)的材料、連接和基本構(gòu)件的基本理論、基本知識，進行鋼屋架的設計計算。</p><p>　　三、課程設計設計資料</p><p>　　某車間跨度為27m，廠房總長度90m，柱距6m，車間內(nèi)設有兩臺300/50kN中級工作制吊車，工作溫度高于-20℃，無侵蝕性介質(zhì)，地震設防烈度為6度，屋架下弦標高為12.5m；采用1.5×6 m預應力鋼筋混凝土大型

3、屋面板，Ⅱ級防水，卷材屋面，屋架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸為400×400mm；屋面積灰荷載為0.4kN/㎡，屋面活荷載為0.6kN/㎡，雪荷載為0.4kN/㎡，風荷載為0.45 kN/㎡?；炷翉姸鹊燃墳镃25，屋架采用的鋼材為Q235B鋼，焊條為E43型。</p><p>　　四、屋架形式和幾何尺寸</p><p>　　屋面材料為預應力混凝

4、土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，平坡梯形鋼屋 架。屋面坡度</p><p><b>　　屋架計算跨度</b></p><p><b>　　屋架端部高度?。?。</b></p><p><b>　　跨中高度：。</b></p><p><b>　

5、　屋架高跨比：。</b></p><p>　　屋架跨中起拱取50 mm。</p><p>　　為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸如下圖所示。</p><p>　　27米跨屋架幾何尺寸</p><p><b>　　五、

6、屋蓋支撐布置</b></p><p>　　根據(jù)車間長度、跨度及荷載情況，在車間兩端 5.5m 開間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設置橫向水平支撐的同一開間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個屋架用系桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設三道通長系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點處及屋架支座出的系桿為剛性系桿。</p><p><b>　　屋架支撐布置圖</b>&l

7、t;/p><p>　　符號說明：GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）；</p><p>　　CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿） </p><p><b>　　六、荷載計算</b></p><p>　　屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，

8、計算時，取較大的荷載標準值進行計算，故取屋面活荷載0.7kN/進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度L單位為m。</p><p>　　(1)永久荷載標準值（荷載一）</p><p>　　改性瀝青防水層 0.4kN/m2</p><p>　　20厚1:2.5水泥砂漿找平層 0.4kN/m2</p>

9、;<p>　　80厚泡沫混凝土保溫層0.48kN/m2</p><p>　　預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.4kN/m2</p><p>　　懸掛管道 0.10N/m2</p><p>　　屋架和支撐自重為 （0.120+0.011L）kN/m2 </p><p&g

10、t;　　總計 3.197kN/㎡</p><p>　　(2)可變荷載標準值</p><p>　　基本風壓： 0.35kN/m2</p><p>　　基本雪壓：（不與活荷載同時考慮） 0.45kN/m2</p><p>　　積灰荷載

11、 0.6kN/m2</p><p>　　不上人屋面活荷載 0.7kN/m2</p><p>　　（可變荷載可按水平投影面積計算）</p><p>　　永久荷載設計值 1.2×3.197=3.8364 kN/㎡（由可變荷載控制）</p><p>　　可變荷載設計值 1.4×(0.6+0.7)

12、=1.82kN/㎡</p><p><b>　　(3)荷載組合</b></p><p>　　設計屋架時應考慮以下三種荷載組合情況：</p><p>　　組合一 全跨永久荷載 + 全跨可變荷載</p><p>　　全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：</p><p>　　組合二 全跨永久荷載

13、 + 半跨可變荷載</p><p><b>　　全跨節(jié)點永久荷載：</b></p><p><b>　　半跨節(jié)點可變荷載：</b></p><p>　　組合三 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載</p><p>　　全跨節(jié)點屋架自重： 半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：&

14、lt;/p><p>　　組合一，組合二為使用階段荷載情況，組合三為施工階段荷載情況。</p><p><b>　　七、內(nèi)力計算</b></p><p>　　由電算法先解得F=1的桁架各桿的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨，左半垮和右半跨），然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見表一。</p><p>　　表內(nèi)三種組合：組

15、合一，對桿件計算主要起控制作用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均勻鋪設面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。 </p><p>　　表一 屋架桿件內(nèi)力組合表 </p><p>　　注：表內(nèi)負責表示壓力；正值表示拉力</p><p><b>　　八、桿件設計</b>&

16、lt;/p><p><b>　　1.上弦桿</b></p><p>　　整個上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設計內(nèi)力設計。</p><p>　　N＝-975.9kN</p><p><b>　　上弦桿計算長度：</b></p><p>　　在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度 &

17、lt;/p><p>　　在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點間的距離，即</p><p>　　根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　腹桿最大內(nèi)力N＝-511.6 kN，查表得，中間節(jié)點板厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度選用14mm。</p&

18、gt;<p>　　設，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積：</p><p><b>　　需要的回轉(zhuǎn)半徑： </b></p><p>　　根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L160×100×12，肢背間距a＝12mm，則A＝60.1，，</p><p>　　按

19、所選角鋼進行驗算： </p><p><b>　　滿足長細比的要求。</b></p><p>　　由于，只需求，查表＝0.819，則</p><p>　　所選截面合適，上弦截面如圖所示：</p><p><b>　　2.下弦桿</b></p><p>　　整個下弦桿采用

20、同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計算。</p><p><b>　　N=928.6kN</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　所需截面積為（因跨中有通長系桿）:</p><p>　　選用2L160×100×10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。</

21、p><p><b>　　A＝50.6，，</b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　，故所選截面合適。</b></p><p><b>　　下弦截面如圖：</b></p><p><b>

22、　　3.斜桿</b></p><p>　　按端斜桿aB最大設計內(nèi)力設計。</p><p>　　桿件軸力： </p><p>　　計算長度： </p><p>　　因為，故采用等肢角鋼，使。選用2L100×10。則:</p><p><b>　　

23、A＝38.52，，</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.668，則:</p><p><b>　　，故所選截面合適。</b></p><p><b>　　端斜桿截面如圖：</b></p>&l

24、t;p><b>　　4.腹桿</b></p><p>　　腹桿cf-fG在f節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。</p><p><b>　　,</b></p><p>　　再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距 ，在桁架平面外的計算長度：</p><

25、p>　　選用2L110×10，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　A＝45.52，，</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.697，則:</p><p><b>　　再分腹桿截面如圖：</b><

26、;/p><p><b>　　5.豎桿Hd</b></p><p><b>　　，，</b></p><p>　　由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大些。

27、選用2L63×5，其 幾何特性為：</p><p><b>　　A＝12.29，，</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.406，則:</p><p><b>　　豎桿截面如圖：</b></p>

28、;<p>　　其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表二。</p><p>　　表二 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表</p><p><b>　　九、節(jié)點設計</b></p><p>　　采用E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值

29、。</p><p><b>　　1.下弦節(jié)點“b”</b></p><p>　　設 bB 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　

30、　取，。</b></p><p>　　設 bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　bC

31、桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。</p><p>　　根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點詳圖（下弦節(jié)點b圖），從而確定節(jié)點板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為340mm，，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差△N＝Nbc-Nab＝677.6-272.9＝404.7kN。驗算肢背焊縫的強度：</p><p>&l

32、t;b>　　下弦節(jié)點b如圖：</b></p><p><b>　　2.上弦節(jié)點“B”</b></p><p>　　斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算：N=-511.6kN。</p><p>　　設 “aB”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為：

33、 肢背：</p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而

34、假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應力由下面計算得到：</p><p>　　肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載。上弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm，則</p><p><b>　　節(jié)點如圖:</b></p><p><b>　　3.屋脊節(jié)點“J”</b></p><p>　

35、　弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算：N=-975.9kN。</p><p>　　設肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長度為</p><p><b>　　,取</b></p><p>　　拼接

36、角鋼長度取 600>2×290=580mm</p><p>　　上弦與節(jié)點板間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應按上弦內(nèi)力的15%計算。設肢尖焊縫,節(jié)點板長度為500mm，節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為。</p><p><b>　　焊縫應力為：</b></p><p><b>　　節(jié)點形式

37、如圖:</b></p><p>　　4.下弦跨中節(jié)點“e”</p><p>　　跨中起拱 50mm，下弦接頭設于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L160×100×10，，焊縫長度：</p><p><b>　　，取=300mm。</b></p><p><b>　　拼接角

38、鋼長度</b></p><p>　　桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算,</p><p>　　設肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為</p><p>　　肢背：，取=90mm</p><p>　　肢尖，按構(gòu)造要求，焊縫長度50mm， </p><p><b>　　取=60

39、mm</b></p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸。</p><p><b>　　節(jié)點形式如圖:</b></p><p>　　5.端部支座節(jié)點“a”</p>

40、<p>　　(1)為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為14mm。</p><p>　　支座底板計算：支座反力 </p><p>　　取加勁肋的寬度為100mm，考慮底板上開孔，按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部

41、份的底板承受支座反力，則承壓面積為: </p><p>　　驗算柱頂混凝土的抗壓強度：</p><p><b>　　,滿足要求。</b></p><p>　　式中，為混凝土強度設計值，對C25混凝土， </p><p>　　支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩

42、相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為： </p><p>　　式中：－底板下的平均應力，即=7.38。</p><p>　　－兩邊支承之間的對角線長度，即</p><p>　?。禂?shù)，由查表確定。</p><p>　　為兩邊支承的相交點到對角線的垂直距離。由相似三角形的關系，得</p><p>　　查表得＝0.

43、0615。則單位寬度的最大彎矩為：</p><p><b>　　底板厚度：</b></p><p><b>　　，取t＝22mm</b></p><p>　　所以底板尺寸為mm。</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算</p><p>　　焊縫長度等于加勁肋高

44、度，也等于節(jié)點板高度。每塊加勁肋近似的按承受R/4計算，R/4作用點到焊縫的距離為e＝（140-8)/2＝66 mm。則焊縫所受剪力V及彎矩M為：</p><p>　　設焊腳尺寸hf＝8mm，焊縫長度210mm，</p><p><b>　　焊縫強度驗算:</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p

45、><p>　?。?）加勁肋與底板的連接焊縫計算</p><p>　　設焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳遞，節(jié)點板傳遞。</p><p>　　節(jié)點板與底板的連接焊縫長度，所需焊腳尺寸為</p><p><b>　　，取。</b></p><p>　　每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為</p&

46、gt;<p><b>　　所需焊縫尺寸</b></p><p><b>　　所以取。</b></p><p>　　（4）下弦桿、腹桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：</p><p>　　①豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算： N=-25.5KN，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定， 焊腳尺寸，焊縫長度40mm。</p&g

47、t;<p>　　②斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算：N=-511.6N，</p><p>　　設焊縫尺寸8mm，需要焊縫長度為</p><p>　　肢背： +16=193.6，?。?00mm</p><p>　　肢尖：+16=92.1，?。?00mm</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：N=272.9KN</p&g

48、t;<p>　　設焊縫尺寸8mm，需要焊縫長度為 </p><p>　　肢背： +=120.16，?。?20mm</p><p>　　肢尖：+16=59.65，?。?0mm</p><p><b>　　節(jié)點形式如圖:</b></p><p><b>　　6.節(jié)點板計算</b></

49、p><p>　　（1）節(jié)點板在受壓腹桿的壓力作用下的計算</p><p>　　所有無豎桿相連的節(jié)點板，受壓腹桿桿端中點至弦桿的凈距離c與節(jié)點板厚度t之比，均小于或等于10。所有與豎桿相連的節(jié)點板，c/t均小于或等于15，因而節(jié)點板的穩(wěn)定均能保證。</p><p>　　（2）所有節(jié)點板在拉桿的拉力作用下，也都滿足要求，因而節(jié)點板的強度均能保證。此外，節(jié)點板邊緣與腹桿軸線間