钢结构18m梯形屋架设计实例.docx

1、钢结构18m梯形屋架设计实例 钢结构课程设计任务书一、题目某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。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，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：Q345钢，焊条为E50型。3.屋盖结构及荷载（1）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

2、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；积灰荷载为0.7kN/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 0.45kN/m2水泥砂浆找平层 0.7kN/m2保温层 0.4 kN/m2(按附表取)预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2附 图 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 (c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值2、设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选

3、择及支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直 支撑和系杆，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三 种编号（a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2 剖面图 2.荷载计算三毡四油防水层 0.45 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.7kN/m2 保温层 0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重 0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷载总和 3.318kN/m2 活荷载 0.7kN/m2 积灰荷载 0.7kN/m2 可变荷载总和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，对荷

4、载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋面可不考虑。3.荷载组合 1.全跨永久荷载+全跨可变荷载 可变荷载效应控制的组合： F=(1.23.318+1.40.7+1.40.90.7)1.56=52.59kN永久荷载效应控制的组合： F=(1.353.318+1.40.70.7+1.40.90.7)1.56=54.43kN 故F=54.43KN 2.全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨永久荷载设计值： F1=1.353.3181.56=40.31kN 半跨可变荷载设计值： F2=(1.40.7+1.40.90.7)1.56=16.76kN屋架杆件内力组合表杆件名称杆件编号单位内力作用时的内力系

5、数组合1组合2计算内里全跨A左半跨B右半跨CFAF1A+F2CF1A+F2B上弦AB0.000.000.000.000.000.000.00BC、CD-6.221-4.317-1.85-338.61-281.77-323.12-338.12DE、EF-8.993-5.636-3.357-489.49-417.15-345.23-489.49FG-9.102-4.551-4.551-495.42-443.18-443.18-495.42下弦ac3.4702.5370.933188.87155.51182.17188.87ce7.9625.3252.637433.37365.14410.20433

6、.37eg9.2795.3123.967505.06441.64463.07505.06斜腹杆aB-6.502-1.754-1.748-353.90-291.39-291.49-353.90Bc4.7393.1581.581257.94217.53243.96257.94cD-3.382-1.862-1.520-184.08-161.80-167.54-184.08De1.8840.5401.344102.3298.4789.99102.32eF-0.6900.615-1.305-37.47-49.69-17.51-49.69Fg-0.462-1.6321.170-25.090.99-45.9

7、8-45.98竖杆Aa-0.5-0.50.00-27.16-20.16-28.54-28.54Cc-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Ee-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Gg0.8120.4060.40644.2039.5439.5444.204. 截面选择按腹杆最大内力N=-353.9kN查表选用中间节点板厚度t=10mm，荷载支座节点板厚度t=12mm。 1. 上弦 整个上弦不改变截面，按最大内里计算： 假定=60,对于双角T形钢，当绕x.y轴失稳时属于类b截面，由附表查得 x= 0.735 ，需要的截面几何量：

8、A=N/minf=4954.2 / (0.735310)=21.74cm ix=lox/=150.75/90=2.51cm iy=loy/=300/90=5.0cm 由附表选用2L8010,A=30.26cm,ix=2.42cm,iy=3.74cm x=lox/ix=150.75/2.26=62.290 y=loy/iy=300/3.54=80.21=150 双角T钢型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比yz b/t=8.0y 故由max=yz=81.94，按b类查附表得=0.553 =N/A=4954.2/(0.63230.26)=296.06N/mmf=310N/mm因截面无孔眼削弱

9、，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局部稳定填板每个节间放一块（满足l1范围内不少于两块）,la=75.38cm40i=402.42=96.8cm 2.下弦 下弦不改变截面，按最大内力计算：Nmax=505.06kN,lox=300cm,loy=900cm，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100cm(eg节间)，可不考虑螺栓孔削弱。需要的截面几何量： A=N/f=5050.6/310=16.29cm ix=lox/=300/350=0.86cm iy=loy/=1500/350=2.57cm由附表选用2L757，A=20.26cm,ix=2.30cm,iy=3.47cm x

10、=lox/ix=300/2.30=130.43=350 y=loy/iy=900/3.47=259.37=350 =N/A=249.29N/mmf=310N/mm填板每个节间放一块，l1=150cm80i=802.30=184cm 3.斜腹杆 （1）杆件aB:N=-353.90kN,lox=loy=253.0cm 假设=80，对于双角T形钢，当绕x.y轴失稳时属于类b截面，由附表 查得x= 0.574 ，需要的截面几何量： A=N/minf=3539.0 / (0.574310)=19.82cm ix=lox/=253.0/80=3.16cm iy=loy/=3.16cm 由附表选用2L100

11、6,A=23.86cm,ix=3.10cm,iy=4.44cm x=lox/ix=253.0/3.10=81.61=150 y=loy/iy=253.0/4.44=56.98 双角T钢型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比yz b/t=16.70.58loy/b=14.67,故按下式计算 yz=3.9b(1+loyt/18.6b)/t=71.20x 故由max=x=81.61，按b类查附表得=0.563 =N/A=3539.0/(0.56323.86)=263.45N/mmf=310N/mm 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局 部稳定填板放两块,la=84.

12、30cm40i=403.1=124cm (2)杆件Bc:N=257.94kN,lox=0.8l1=0.8/261.3=209.04cm,loy=261.3cm 需要的截面几何量： A=N/f=2579.4/310=8.32cm ix=lox/=209.04/350=0.60cm iy=loy/=261.3/350=0.75cm 由附表选用2L634，A=9.96cm,ix=1.96m,iy=2.94cm x=lox/ix=209.04/1.96=106.65=350 y=loy/iy=261.3/2.94=88.88=350 =N/A=258.98N/mmf=310N/mm 填板放两块，l1=

13、87.1cm80i=801.96=156.8cm.（3）杆件Ee:N=-50.07kN,lox=0.8l1=0.8259.0=207.20cm,loy=259.0cm。内里较小 可按选择截面，需要的截面几何量： ix=lox/=207.20/150=1.38cm iy=loy/=259.0/150=1.73cm 由附表选用2L506,A=11.38cm,ix=1.51cm,iy=2.48cm x=lox/ix=207.20/1.51=137.22=150 y=loy/iy=259.0/2.21=104.44=150 双角T钢型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比yz b/t=8.330.

14、58loy/b=29.93,故按下式计算 yz=y（1+0.475b/loyt）=105.72x 故由max=x=137.22，按b类查附表得=0.260 =N/A=500.7/(0.26011.38)=166.04N/mmf=310N/mm 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局 部稳定填板放四块,la=51.8cm40i=401.51=55.2cm 其余杆件截面选择见表，注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜 平面计算长度lo=0.9l,其他腹杆除Aa外，lox=0.8l. 物价杆件截面选用表 杆件名称杆件号内里设计值（kN）计算长度(cm)所用截面截面积

15、(cm）计算应力(N/mm)容许长细比杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝填板数loxloy上弦FG-495.42150.75300.002L801028.26274.35150_每节间1下弦eg505.06300.001500.02L75720.26249.29350 _每节间1 斜腹杆aB-353.90253.0253.02L100623.86263.451506-1604-1202Bc257.94209.04261.302L6349.96258.983504-1704-902cD-184.08229.12286.402L90621.28169.281506-904-703De102.32229.

16、12286.402L3044.56224.363504-704-403eF-49.69249.92312.402L56816.74130.761506-404-304Fg-45.98249.92312.402L56816.74121.01506-404-304竖杆Aa-28.54199.0199.02L45610.16121.081506-404-303Cc-57.07183.2229.02L45610.16209.591506-404-303Ee-57.07207.20259.02L50611.38166.041506-404-304Gg44.202890.9=260.13656.7665.

17、382006-404-303 5.节点设计（1）下弦节点设计”c”先算腹杆与节点板的连接焊缝：Bc杆肢背及肢尖的焊缝的焊脚尺寸取hf1=hf2=4mm，则所需的焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）： 肢背 lw1=257940/(30.74200)+24= 161.54mm,用170mm; 肢尖 lw2=257940/(60.74200)+24=84.77mm,用90mm. 腹杆Cc和cD的杆端焊缝同理计算，其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差 N=Nce-Nac=433.37-188.87=244.5kN75.76kN .由斜腹杆焊缝决定的节点板量得节点板长度是52.0cm,角焊缝计算长度lw=52

18、.0-1.2=50.8cm,采用hf=6mm,肢背焊缝应力为： 1=244500/(30.76508)=38.20N/mmff=200N/mm 下线节点“c”（2）上线节点“B” 腹板aB,Bc的杆端焊缝计算同上。这里验算上线与节点板的连接焊缝：节点 板缩进8mm 肢背采用塞焊缝，承受节点荷载： Q=54.43kN,hf=t/2=5mm,lw1=lw2=48.0-1.0=47.0cm =54430/(20.75470)=16.55N/mmff=1.22200=244N/mm 肢尖焊缝承担弦杆内力差N=NAB-NBC=338.12-0=338.12kN74.31kN,偏 心距e=8-2.5=5.

19、5cm偏心力矩M=Ne=338.125.5=18.60kNm,采用 hf=10mm,则 对N：=338120/(20.710508)=47.54N/mm 对M：f=6M/(2helw)=618600000/(20.710 508)=30.89N/mm 则焊缝强度为：（f/f）f=53.86N/mm280.43cm,垫板采用-10010012，孔径26mm,实际底板净面积为: An=784-245-3.145/4=724.4cm底板实际应力： q=3271.8/724.4=4.52N/mm a1=(14-0.5)+(14-0.6)=18.92cm b1=13.513.4/18.92=9.45cm

20、 b1/a1=9.45/18.92=0.50,查表得=0.056，则： M=qa=0.0564.52189.2=9060.85Nmm 所需底板厚度： t6Mmax/f=69060.85/205=16.28mm 用t=18mm,底板尺寸为28028018 加劲肋与节点板连接焊缝计算 一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为V=R/4=327.18/4=81.80kN, M=Ve=81.806.65=543.97kNcm,加劲肋高度、厚度与中间节点板相同 (即-37814010)。采用hf=6mm,验算焊缝应力： 对V f=81800/(20.76483)=20.16N/mm 对M f=6543970

21、0/(20.76483) =16.66 N/mm (f/f)+=（16.66/1.22）+20.16=24.35N/mm 节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用hf=8mm,实际焊缝总长度： lw=2(28+11.82)-120.8=93.6cm 焊缝设计应力： f=327180/(0.78936)=62.20N/mmfff=1.22200=244N/mm(5)下弦中央节点“g” 腹杆杆端焊缝计算从略，弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定 焊缝尺 寸， 可不计算。这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同 截面2L757， 除倒棱外，竖肢需切去=t+hf+5=7+8+5=20mm,。拼接角钢 与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设hf=8mm） lw=N/(0.7hfff)=450.95mm 共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度： lw=450.95/4+16=113.74mm 拼接角钢总长度为： l=2lw+16=243.47mm 600mm取拼接角钢长度为600mm. 下弦中央节点“g”