普通钢屋架课程设计Word文档下载推荐.docx

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0.98

积灰荷载

0.70

0.84

可变荷载总和

0.60

1.82

设计屋架应考虑以下三种组合：

（1）全跨节点永久荷载+全跨可变荷载。

全跨界点永久荷载及全跨可变荷载为

F=（3.66+1.82）×

1.5×

6=49.32KN

（2）全跨节点永久荷载+半跨节点可变荷载

全跨节点永久荷载：

F1=3.66×

6=32.94KN

半跨节点可变荷载：

F2=1.82×

6=16.38KN

（3）全跨节点屋架（包括支撑）+半跨节点屋面板自重+半跨屋面活荷载

全跨节点屋架自重：

F3=0.54×

6=4.86KN

半跨节点屋面板自重及活荷载：

F4=（1.68+0.98）×

6=23.94KN

上述计算中，

（1）、

（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

2、内力计算

由电算先解得F=1的桁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,并表示出最大内力。

计算结果如下表所示：

五、杆件截面选择

（1）上弦杆

整个上弦采用等截面，按IJ，JK杆件的最大内力设计，即

N=-1121.0436KN

上弦杆计算长度计算如下：

在屋架平面内，为节间轴线长度，即

lox=l0=1.508m

在屋架平面外：

本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取loy为支撑点间的距离，即

loy=3×

1.508=4.524m

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上线截面选用两个不等肢角钢

，短肢相并，如下图所示

腹杆最大内力N=-559.2888kN，查材料表可得，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。

设

=60，查教材附录得

=0.807。

（有双角钢组成的T形和十字形界面均属于b类）

需要截面积：

A=N/

*f=1121043.6/（0.807×

215）=6461.16mm

需要的回转半径：

ix=lox/λ=1.508/60=75.4mm

根据所需要的A、

查角钢规格表，选用2∟180×

110×

12，

ix=31.0mm,iy=87.6mm,A=6742.4mm2

按所选角钢进行验算：

λx=lox/ix=1508/31.0=48.65

[λ]=150

λy=loy/iy=4524/87.6=51.64

满足长细比：

[λ]=150的要求。

截面x和y平面截属于b类，由于

>

查表得

=0.847

则

N/

A=1121043.6/（0.847×

67.42.4）=196.3MPa<

215MPa

经验算所选截面合适。

（2）下弦杆

整个下弦采用同一截面，按最大内力所在杆de杆计算，

则N=1090.9584KN=1090958.4N

lox=3000m,loy=29700/2=14850mm（因跨中有通长系杆），

需要截面面积：

A=N/f=10909584/215=5074.23mm2=50.74cm2

选用不等肢角钢2∟180×

12（短肢相并），见图所示，

A=67.424cm2,ix=3.10cm,iy=8.75cm

下弦截面

按所选角钢进行截面验算，

λx=lox/ix=300/3.10=96.77<

[λ]=350

λy=loy/iy=1485/8.75=169.91<

所选截面满足要求。

（3）端斜杆aB

杆件轴力N=-559.2888kN，

计算长度l0x=l0y=2534mm.

因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix≈iy

选用2∟140×

90×

10，见下图所示，A=44.522cm2,ix=4.47cm,iy=3.74cm

斜杆截面

λx=lox/ix=253.4/4.47=56.68<

λy=loy/iy=253.4/3.73=67.94<

由于λy>

λx，只需求

y=0.764

A=559288.8/（0.764×

4452.2）=185.46MPa<

所选截面合适。

（4）腹杆eg-gk

此杆在g点处不断开，采用通长杆件；

最大拉力：

Ngk=137.817kN,Neg=106.0902kN

最大压力：

Neg=-47.147kN,Ngk=-45.0432kN

在分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距：

l0x=2301mm

在桁架平面外的计算长度

可求得：

loy=l1（0.75+0.25N2/N1）=460.2×

（0.75+0.25×

45.0432/47.1474）=455.07cm

选用2∟63×

5，由教材附录可得：

A=12.286cm2,ix=1.94cm,iy=3.04cm

角钢验算

λx=lox/ix=230.1/1.94=118.6<

λy=loy/iy=455.07/3.04=149.69<

λx，只求

y=0.310

则

A=47147.4/（0.310×

1228.6）=123.79MPa<

拉应力为：

N/A=137817/1228.6=112.17MPa<

（5）竖杆Ie

N=-70.1982KN=-79160N,

lox=0.8l=0.8×

319.1=255.2cm

loy=l=319.1cm

由于杆件内力较小，按[

]=150选择，需要的回转半径为：

ix=lox/[λ]=255.2/150=1.70cm

ly=loy/[λ]=319.1/150=2.13cm

查表，选截面ix和iy较上述计算略大，选用2∟63×

5

得截面几何特性：

A=12.286cm2,ix=1.94cm,iy=3.04cm

λx=lox/ix=255.2/1.94=131.54<

λy=loy/iy=319.1/3.04=104.97<

由于λx>

λy，只求

x=0.383

xA=70198.2/（0.383×

1228.6）=149.98MPa<

所选截面合适

在此，其他各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于下表

杆件

杆内力

kN

计算长度cm

截面形式及

角钢规格

截面积

（c㎡）

回转半径

长细比

容许长细比

稳定系数

σ

（N/m㎡）

lox

loy

ix（cm）

iy（cm）

λx

λy

上弦

-1264.45

150.8

452.4

┛┗短肢相并

L180×

12

67.42

3.10

8.76

48.65

51.64

150

0.847

196.30

下弦

1090.96

300

1485.0

96.77

169.91

350

161.82

腹杆以及竖杆

Aa

-30.60

199

┛┗

L63×

12.286

1.94

3.04

102.6

65.5

0.538

41.04

aB

-559.2888

253.4

┛┗长肢相并

L140×

10

44.522

4.47

3.74

56.71

67.78

0.764

164.43

Ba

434.51

208.6

260.8

L100×

6

23.864

4.51

67.29

57.83

182.08

Cb

-49.32

183.2

229.0

L50×

9.606

1.53

2.53

119.7

90.5

0.439

116.95

bD

-372.37

229.5

287

7

27.592

3.09

4.53

74.3

63.3

0.724

186.40

Dc

265.83

228.7

285.8

L70×

16.32

2.15

3.33

106.37

85.83

162.89

Ec

207.2

259.0

135.4

102.4

0.363

141.44

cF

-208.62

250.8

312.6

L90×

21.274

2.79

4.13

89.89

75.69

0.621

138.40

Fd

129.22

249.5

311.8

167

123.3

134.52

Gd

231.2

289.0

151.1

114.2

0.304

168.89

dH

-84.47

271.6

339.5

101.95

170.26

He

46.67

-28.52

270.8

338.4

139.59

111.32

0.347

66.90

Ie

-70.20

255.2

319.1

131.5

104.9

0.381

149.97

eg

106.09

-47.15

230.1

453.73

118.6

149.25

0.31

123.80

gk

137.82

-45.04

118.26

Kf

0.9864

314.1

十字形

2.45

2..45

128.2

200

gI

24.9858

165.9

207.4

108.7

82.2

26.01

Jg

-42.741

127.6

158.9

83.4

63

0.665

66.91

六、节点设计

（1）下弦节点“b”

各杆件的内里由内力表可以查得。

设计步骤：

根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸hf和lw，然后根据lw大小比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。

采用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值

.

设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝分别采用hf1=8mm，hf2=6mm，

则所需的焊缝长度为：

肢背lw1=0.7N/（2×

0.7×

hf1*ffw）+2hf1=0.7*434509.2/（2*0.7*8*160）=185.73mm故取190mm

肢尖：

lw2=0.3N/（2×

0.7*hf2*ffw）+2hf2=0.3*434509.2/（2*0.7*6*160）=108.99mm故取110mm

设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝分别为9mm和7mm，则所需的焊缝长度为：

肢背：

lw1=0.7N/（2*0.7*hf1*ffw）+2hf1=0.7*372366/（2*0.7*8*160）+16=161.46mm

故取180mm

肢尖:

lw2=0.3N/（2*0.7*hf2*ffw）+2hf2=0.3*372366/（2*0.7*6*160）+12=95.12mm

故取100mm

“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm。

根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为360×

445mm。

下弦与节点板连接的焊缝长度为44.5cm（满焊），hf=6mm。

焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力：

△N=Nbc-Nab=757.5552-312.1956=445.3596kN，

受力较大的肢背处的焊缝应力为：

τf==0.75*445359.6/2*0.7*6*4（445-12）=91.83MPa<

160MPa

因此，焊缝强度满足要求。

（2）上弦节点“B”

“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分别为10mm和6mm，所需要的焊缝长度为：

肢背lw1=0.65N/（2*0.7*hf1*ffw）+2hf1=0.65*559288.8/（2*0.7*10*160）+20=182.30mm

取190mm

肢尖

lw2=0.3N/（2*0.7*hf2*ffw）+2hf2=0.3*559288.8/（2*0.7*6*160）+12=157.65mm

取160mm

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8mm。

用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。

槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计之应乘以0.8的折减系数。

计算时可略去行加上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。

上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：

Hf1=1/2*节点板厚度=1/2*12=6mm

上弦节点与中间节点板间焊缝长度为460mm。

则σ=48780/[2*0.7*6*（460-12）*1.22]=10.62MPa<

0.8ffw=0.8*160MPa=128MPa

肢尖焊缝承受弦杆内力差△N=559.782-0.1638=559.62KN，偏心距e=110-25=85mm，偏心力矩M=△Ne=559..62*0.085=47.567kn·

m,按构造要求取肢尖hf2=10mm,则上弦杆肢尖角焊缝的剪应力为

τf=559620/2*0.7*10*448=89.23MPa

有偏心力矩引起的正应力为

σf=6M/2hel2w=6*47567000/2*0.7*10*4482=101.57MPa

则焊缝强度为

所以焊缝强度满足要求

（3）屋脊节点“K”

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，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm）。

拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。

接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。

设焊缝hf=10mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：

则lw=1121043.6/4*0.7*10*160=250.23mm

拼接角钢长度ls=2（lw+2hf）+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取620mm。

上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，焊缝验算方法与节点“B”出槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。

上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此内力产生的弯矩。

设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为500mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=500/2-10-20=220mm，焊缝应力为：

τfN=（0.15×

1121043.6）/（2×

10×

220）=54.60MPa

σfM=（6×

0.15×

1121043.6×

84.1）/（2×

2202）=125.22MPa

（4）支座节点“a”

为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。

在节点中心线上设置加劲肋。

加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度取14mm。

1）支座底板的计算

支座反力R=487800N

按构造要求采用底板面积为a×

b=280×

400mm2，如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R，则承压面积为280mm×

234mm=65520mm2

验算柱顶混凝土的抗压强度为：

σ=R/An=487800/65520=7.45MPa＜fc=9.8N/mm2满足。

底板的厚度按桁架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板。

每块板单位宽度的最大弯距为：

M=β2q

式中q—底板下的平均应力，q=7.45MPa；

2—两支承边之间的对角线长度，

2=

β2—系数，由b2/a2决定。

b2为两支承边的相交点到对角线a2的垂直距离。

由相似三角形的关系得：

b2=110×

133/172.6=84.8mm，

b2/a2=84.8/172.6=0.49，查表得β2=0.0586

故Mmax=M=β2q

=0.0586×

7.45×

172.62=13005.75N·

mm。

底板厚度t=

=

=19.05mm，取t=22mm。

2）加劲肋与节点的连接焊缝计算

加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。

偏于安全地假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4,即487800/4=121950N,

则焊缝应力为:

V=121950N

M=121950N×

65=7926750N·

mm

设焊缝hf=6mm，焊缝计算长度lw=528-20-12=496mm，则焊缝应力为

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=487800N，其中每块加劲肋各传R/4=121950N，节点板传递R/2=243900N。

节点板与底板的连接焊缝长度Σlw=2×

（280-12）=536mm，所需焊脚尺寸为：

故取hf=6mm

每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为；

所需焊缝尺寸为

故取hf=8mm。

其他节点的计算不再一一列出，详细的施工构造如大图所示。

七、焊接工艺

桁架为大型构架，其焊接装配工艺应采用随装随焊的工艺，即先将若干个零件组合起来，随之焊接相应的焊缝，然后再装配若干个零件，再进行焊接，甚至等全部零件装完再进行焊接，成为符合要求的构件。

1、焊前须知：

1）施焊前，焊工应复查拼装质量和坡口及间隙是否符合图纸和焊接要求，如不符合要求，应修整合格后方能施焊。

2）焊剂使用前，必须按照质量保证书的规定进行烘焙。

埋弧焊的焊剂，应按照工艺确定的型号和牌号相匹配；

碱性焊剂一般在250～300℃烘焙2小时，其含水量不得大于0.1%，不得含灰尘、铁屑和其它杂物。

焊接区应保持干燥，不得有油污、锈和其它污物。

焊条、焊丝、焊剂均应储存在干燥、通风良好的地方，并设专人保管。

3）施焊前必须将焊接处的铁锈、油污、溶渣等清除干净，氧化渣须打磨直至露出金属表面。

4）焊接时，不允许在焊缝以外的母材上打火引弧。

5）定位点焊，必须由持焊工合格证的工人施焊。

严禁在交叉点施定位焊。

定位焊用的焊接材料，应与正式施焊用的材料相同。

点焊高度不宜超过母材厚度的2/3，点焊长度一般不小于50mm，并应填满弧坑。

如发现定位点焊上有气孔或裂纹，必须清除干净后重焊。

6）气体保护焊所用的气瓶上，必须装有预热器和流量计，气体纯度不得低于99.5%。

使用前应做放水处理。

当气瓶的压力低于1.0Mpa时，应停止使用。

对细焊丝（直径小于等于2.0mm）的气体流量宜控制在10～25l/min；

焊丝直径大于2.0mm的气体流量为30～50l/min。

7）要求焊透的对接双面焊缝的背面，可用碳弧气刨或砂轮机清除焊根后施焊。

8）埋弧焊每道焊缝熔敷金属横断面的成型系数（宽度与深度之比）应大于1.3。

采用多层焊时，应将前一道焊缝表面清理干净后再继续施焊。

9）角焊缝焊脚尺寸K值由设计图纸或技术文件注明；

当图纸或技术文件未注明时，非熔透焊缝，焊脚尺寸按两相邻零件板厚较薄的1.2t计，H型钢焊缝焊脚尺寸等于腹板的厚度；

根部熔透焊接时，焊角尺寸为板厚的1/2，且不大于10mm。

焊脚尺寸的允许偏差为0~4mm。

10）焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应及时向质量部门报告，查明原因，定出修补措施后方可处理。

Q345材料在同一处返修不得超过两次。

11）焊缝焊接完