某单层厂房钢结构梯形屋架课程设计Word格式.docx
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内力计算
桁架杆件的内力,在单位力作用下用图解法（图2-1求得表3-1。
杆件
轴线单位荷载内力F荷载内力（kN上
弦杆
B-①135700C-③1508-7.475-301.392D-④1508-7.475-301.392E-⑥1508-11.249-453.560F-⑦1508-11.249-453.560G-⑨1508-12.147-489.767H-⑩
1508-12.147
-489.767
下弦杆
②-Q2850
+4.106+165.544⑤-Q3000+9.739+392.676⑧-Q
3000+11.936+481.260○
11-Q3000+11.730+472.954
斜
①-②2528-7.688-309.980②-③
2611
+5.798+233.775
杆
④-⑤2865
-4.396-177.247⑤-⑥2865+2.776+111.928⑦-⑧3129-1.557-62.778⑧-⑨
3129+0.312+12.580⑩-○113399+0.808+32.579竖杆
A-①2000-0.500-20.160③-④2289-1.000-40.320⑥-⑦2593-1.000-40.320⑨-⑩2898+0.812+40.320○11-○12305000
4截面选择
4.1上弦杆截面选择
上弦杆采用相同截面,以最大轴力G-⑨或H-⑩杆来选择:
kNN767.489max-=在屋架平面内的计算长度cmlox8.150=,屋架平面外的计算长度cmloy5.301=。
选用两个不等肢角钢10801002⨯⨯L,长肢水平。
截面几何特性（长肢水平双角钢组成T形截面,节点板根据腹杆最大内力选用板厚10mm:
2334.34cmA=cmicmiyx78.4,35.2==
15017.6435.28
.150<
===
xoxxilλ785.0=xϕ15010.6378
.48
==
=
y
oyyilλ790.0=yϕ截面验算:
22min/215/72.1814
.34337854.0489767
mmNfmmNA
N
=<
=⨯=
ϕ
大型屋面板与上弦焊牢,起纵横向水平支撑作用,上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。
4.2下弦杆截面选择
下弦杆也采用相同截面,以最大轴力⑧-Q杆来选择:
kNN260.481max+=在屋架平面内的计算长度:
cmlox300=,屋架平面外的计算长度:
cmloy300=。
所需截面面积为:
24.2238215
481260
mmfNAn===
选择两个不等肢角钢8631002⨯⨯∠,长肢水平。
截面几何特点:
22384.22168.25cmcmA>
cmix77.1=cmiy97.4=3505.16977.1300<
xλ3504.6097
.4300
<
==yλ另两个节点的下弦杆内力较小,但cmloy600=,故须验算其屋架平面外的长细比:
3508.12097
.4600
yλ4.3
支座竖杆截面选择杆轴力:
N160.20-
计算长度:
cmlloyox200==,采用两个等肢角钢5632⨯∠,组成T型截面截面几何特性:
2286.12cmA=cmix94.1=cmiy96.2=
1501.10394.1200<
xλ,535.0=xϕ1506.6796
.2200
==yλ,756.0=yϕ截面验算:
22min/215/67.306
.1228535.020160
4.4支座斜杆截面选择
杆轴力:
kNN980.309-=计算长度:
cmlloyox8.252==采用两个不等肢角钢8801002⨯⨯∠,长肢相拼。
截面几何特性:
2888.27cmA=cmix14.3=cmiy48.3=
1505.8014.38.252<
xλ685.0=xϕ1506.7248
.38
.252<
==yλ735.0=yϕ截面验算:
2min/2153.1628
.2788685.0248702
mmNA
4.5斜杆②③截面选择杆轴力:
kNN77
5.233+=
cmllox88.2081.2618.08.0=⨯==cmloy1.261=所需截面:
23.1087215
233775cmfNAn===
选用两个等肢角钢5632⨯∠,组成T形截面
截面特性:
22873.10286.12cmcmAn>
=cmix94.1=cmiy96.2=
3507.10794.188.208<
xλ3502.8896.21.261<
==yλ4.6竖杆③④截面选择
kNN320.40-=
cmllox12.1839.2288.08.0.
=⨯==cmloy9.228=
采用两个等肢角钢5502⨯∠,组成T形截面。
截面几何特性:
2606.9cmA=cmix53.1=cmiy45.2=
1507.11953.112.183<
==xλ438.0=xϕ1504.9345
.299.228<
==cmyλ580.0=yϕ
..4.7斜杆④⑤截面选择
kNN247.117-=
cmllox2.2295.2868.08.0=⨯==cmloy5.286=
采用两个等肢角钢5752⨯∠,组成T形型截面
2824.14cmA=cmix33.2=cmiy43.3=
1504.9833.22.229<
==xλ565.0=xϕ1505.8343
.35.286<
==yλ664.0=yϕ截面验算:
22min/215/6.2114
.1482565.0177247mmNfmmNAN=<
=⨯=ϕ4.8斜杆⑤⑥截面选择
kNN247.177--=
所需截面:
26.520215
177247mmfNAn===采用两个等肢角钢5502⨯∠,组成T形型截面
22206.5606.9cmcmA>
=cmix53.1=cmiy45.2=
3508.14953.12.229<
xλ3509.11645
.24.286<
==yλ4.9竖杆⑥⑦截面选择
kNN320.40-=计算长度:
cmllox44.2073.2598.08.0=⨯==cmloy3.259=
采用两个等肢角钢5502⨯∠,组成T形截面
22352.3606.9cmcmA>
=cmix53.1=cmiy45.2=1506.13553.14.207<
==xλ363.0=xϕ1508.10545.2259<
==yλ518.0=yϕ
截面验算:
22min/215/6.1156
.960363.040320mmNfmmNAN
=⨯=ϕ4.10斜杆⑦⑧截面选择
kNN778.62-=
cmllox32.2509.3128.08.0=⨯==cmloy9.312=采用两个等肢角钢5632⨯∠,组成T
y1500.12994.132.250<
==xλ392.0=xϕ1508.10596
.29.312<
==yλ518.0=yϕ截面验算:
22min/215/3.1306
.1228392.062778mmNfmmNAN=<
=⨯=ϕ4.11斜杆⑧⑨截面选择
kNN580.12+=
cmllox32.2509.3128.08.0=⨯==cmloy9.312=
所需截面面积为:
25.58215
12580mmfNAn===选择两个等肢角钢5502⨯∠,组成T形截面。
截面几何特点:
22585.0606.9cmcmA>
cmix53.1=cmiy45.2=3506.16353.132.250<
==xλ3507.12745
.2300<
==yλ4.12竖杆⑨⑩截面选择
cmllox84.2318.2898.08.0=⨯==cmloy8.289=
采用两个等肢角钢5562⨯∠,组成T形截面
2830.10cmA=cmix72.1=cmiy69.2=
1504.13872.184.231<
==xλ366.0=xϕ1507.10769
.28.289<
==yλ507.0=yϕ截面验算:
22min/215/8.1100
.1083366.040320mmNfmmNAN=<
=⨯=ϕ4.11斜杆⑩○
11截面选择杆轴力:
kNN579.32+=
cmllox92.2719.3398.08.0=⨯==cmloy9.339=
25.151215
32579mmfNAn===选择两个等肢角钢5562⨯∠,组成T形截面。
22515.1830.10cmcmA>
cmix72.1=cmiy69.2=3501.15872.132579<
==xλ3504.12669
.29.339<
==yλ
5节点设计
各节点的节点板厚一律取10mm,各杆内力如图5-1所示
。
5.1下弦节点j设计（如图所示
首先,计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸,然后按比例绘出节点板形状和尺寸,最后验算下弦与节点板的连接焊缝。
已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值:
2/160mmNffw=
设杆②③的肢背和肢尖焊缝分别是mmhf6=,则所需焊缝长度为:
肢背:
mmhefNlwf
w8.12116067.022337757.027.0/=⨯⨯⨯⨯==取135mm肢尖:
mmhefNlwfw
2.5216067.022337757.027.0//=⨯⨯⨯⨯==取80mm设杆④⑤的肢背和肢尖焊缝分别是mmhf6=,则所需焊缝长度为肢背:
w3.9216067.021772477.027.0/=⨯⨯⨯⨯==取110mm肢尖:
6.3916067.021772477.027.0//=⨯⨯⨯⨯==取
80mm
设杆③④的肢背和肢尖焊缝均为mmhf5=,则所需焊缝长度为肢背:
w2.2516057.02403207.027.0/=⨯⨯⨯⨯==取180mm肢尖:
8.1016057.02403207.027.0//=⨯⨯⨯⨯==取180mm根据上述腹杆焊缝长度,并考虑杆件之间应留有间隙,按比例绘出节点大祥图,从而确定节点板尺寸为mm10280345⨯⨯。
下弦与节点板连接的焊缝长度为345mm,mmhf6=,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差kNN112.227544.165676.392=-=∆所受较大的肢背处焊缝应力为:
22/160/49.56
10345（67.022271127.0275.0mmNfmmNhelNwfwf=<
=-⨯⨯⨯⨯=∆=τ5.2下弦节点k的设计（如图
设节点所有焊缝为mmhf5=,所需焊缝长度如下:
杆⑤-⑥kNN928.111+=
肢背:
mmhefNlwfw0.70160
57.021119287.027.0/=⨯⨯⨯⨯==取100mm肢尖:
0.3016057.021119283.023.0//=⨯⨯⨯⨯==取80mm杆⑥-⑦kNN320.40-=肢背:
mmhefNlwfw2.25160
57.02403207.027.0/=⨯⨯⨯⨯==取80mm肢尖:
8.10
16057.02403203.
023
.0//=⨯⨯⨯⨯==取80mm杆⑦-⑧N.62-=肢背:
mmhefNlwfw2.39160
57.02627887.027.0/=⨯⨯⨯⨯==取80mm肢尖:
8.1616057.02627883.023.0//=⨯⨯⨯⨯==取80mm根据上述腹杆焊缝长度,并考虑杆件之间应留有间隙,按比例绘出节点大祥图
5-2,从而确定节点板尺寸为mm10250285⨯⨯。
下弦与节点板连接的焊缝长度为285mm,mmhf5=,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差kNN584.88676.392260.481=-=∆所受较大的肢背处焊缝应力为:
22/160/2.32
10285（57.02885847.0275.0mmNfmmNhelNwfwf=<
=-⨯⨯⨯⨯=∆=τ焊缝强度满足要求。
5.3下弦节点l的设计（如图所示
设节点所有焊缝为mmhf5=,所需焊缝长度如下:
杆⑧-⑨kNN580.12+=肢背:
w9.716057.02125807.027.0/=⨯⨯⨯⨯==肢尖:
4.316057.02125803.023.0//=⨯⨯⨯⨯==杆⑥-⑦kNN320.40-=肢背:
w2.2516057.02403207.027.0/=⨯⨯⨯⨯==
肢尖:
mmhefNlwfw8.10160
57.02403203.023.0//=⨯⨯⨯⨯==杆⑩-○
11kNN579.32+=肢背:
w4.2016057.02325797.027.0/=⨯⨯⨯⨯==肢尖:
7.816057.02325793.023.0//=⨯⨯⨯⨯==所有焊缝均按构造（节点板尺寸确定,焊缝长度均需大于60mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为270mm,mmhf5=,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差kNN315.9945.472260.481=-=∆所受较大的肢背处焊缝应力为:
22/160/58.3
10270（57.0293157.0275.0mmNfmmNhelNwfwf=<
5.4下弦节点m的设计（如图所示
下弦杆一般都采用同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合,并便于施焊,需将拼接角钢的尖角削除,且截去垂直肢的一部分宽度（一般mmhthff5++==20mm,拼接角钢这部分削弱,可以靠节点板来补偿。
接头一
边的焊缝长度按弦杆内力计算
设焊缝mmhf6=,则所需一条焊缝计算长度为:
mmlw0.176160
67.04472954=⨯⨯⨯=拼接角钢的长度取400mm>
176.0×
2=352.0mm
屋架分成两个运输单元,设置工地焊缝长度拼接,左半边的弦杆和腹杆与节点板连接用工厂焊缝,而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝。
中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂,为便于工地拼接,在拼接的角钢与右半边斜杆上,设置螺栓孔5.21Φ。
作为安装施焊前的定位之用。
下弦杆与节点板之间用mmhf6=焊缝满焊。
采用节点板210×
180×
90×
10mm,所有焊缝均满焊。
5.5支座节点h设计
为了便于施焊,下弦焊与支座底板的距离取115mm,在节点中心设置加劲肋,加
劲肋高度与节点板高度相等。
5.5.1支座底板计算
支座反力:
kNFR24.282320.4076=⨯==
支座底板的平面尺寸取21mm=⨯,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,则实承面积为:
21mm=⨯验算柱顶混凝土的抗压强度:
22/10/8.2100800
282240mmNfmmNARcn=<
==式中cf——钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值。
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。
每块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板,每块板的单位宽度最大弯矩为:
21qaMβ=
式中q——底板所受的均布反力,2/8.2100800
282240mmNARqn===1α——两支承之间的对角线长度,mm0.2215180（5140（221=-+-=αβ——系数,由11/ab查课本表5-6确定,1b为两支承边的相交点到对角线1α的垂线距离,由相似三角形的关系得:
mmb0.1120
.2111751351=⨯=51.00.221/0.112/11==ab查表5-5得059.0=β
mmNqaM/8.73542118.2059.0221=⨯⨯==β
底板厚度:
mmfMt3.14215/8.73546/6=⨯==取20mm
5.5.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算
加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似,假定一个加劲肋的受力为屋架
支座反力的四分之一,即:
kN56.7024.2824
1=⨯焊缝受剪力kNV56.70=,弯矩:
mkNM⋅=⨯=4.28224056.70,设焊缝mmhf5=,焊缝计算长度mmlw35310363=-=
焊缝应力为:
wNhelV2=τhe
lMwM226=σ22.1=fβ6.2835357.0270560=⨯⨯⨯=Nτ4.1335357.
=⨯⨯⨯⨯=Mσ
2222222/160/64.3096.8176.1206.2822
.14.13（（mmNfmmNwfNfM=<
=+=+=+τβσ5.5.3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=282.24kN,其中每块加劲肋各传kNR56.7024.2824141=⨯=,节点板传kNR12.14124.2822
121=⨯=节点板与底板的连接焊缝mmlw54010280（2=-⨯=,所需焊脚尺寸为mmflRhwf
wf33.21605407.01411207.02/=⨯⨯=∑=采用mmhf5=每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为:
mmlw12022080（=⨯-=∑,所需焊脚尺寸为mmflRhwfwf25.5160
1207.0705607.04/=⨯⨯=∑=取mmhf6=5.5.4下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算
下弦杆kNN554.165+=肢背和肢尖焊缝均为mmhf6=,则所需焊缝长度为:
mmhefNlwfw4.92160
67.0216555475.0275.0/=⨯⨯⨯⨯==取110mm肢尖:
8.3016067.0216555425.0225.0//=⨯⨯⨯⨯==取80mm支座斜杆kNN98.309-=肢背焊缝长度为mmhf6=,肢尖焊缝长度为mmhf5=,则所需焊缝长度为:
w15016067.0230998065.0265.0/=⨯⨯⨯⨯==取165mm肢尖:
7.5716067.0213307235.0235.0//=⨯⨯⨯⨯==取80mm支座竖杆kNN160.20-=肢背和肢尖焊缝均为mmh
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