1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 16 屆課程設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 田高生 學(xué) 號 所屬學(xué)院 水利與建筑工程學(xué)院 專 業(yè) 土木工程 班 級 16-4 指導(dǎo)教師 吳英 日 期 2014.12 塔里木大學(xué)教務(wù)處制目 錄891.設(shè)計(jì)資料某廠房總長度為90m，跨度為21m，柱距為6m。采用鋼筋混凝土柱，柱的混凝土強(qiáng)度等級C30，屋面坡度i=1:3,L為屋架跨度，地區(qū)計(jì)算溫度高于-20，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為18m。廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制),鍛錘為2臺5t.屋架采用的鋼材，焊條為E50型，Q345鋼。屋架及支撐自重按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L?；?/p>

2、本風(fēng)壓為0.50kN/m2，雪荷載為0.3kN/m2,積灰荷載為1.3kN/m2,保溫層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.65kN,檁條及拉條自重為0.20kN/m，屋面活荷載為0.50kN/m2,荷載分項(xiàng)系數(shù)?。篏 =1.2，Q =1.4。2.屋架桿件幾何尺寸的計(jì)算根據(jù)所用屋面材料的排水需求及跨度參數(shù)，屋面坡度為 i=1：3,屋面傾角 =arctan（1/3）=18.44，sin=0.3162，cos=0.9487屋架跨中高度 h= l0i/2=21000/(23)=3450mm上弦長度 L=l0/2cos10910mm節(jié)間長度 a=L/6=9329/61818mm節(jié)間水平段投影尺寸長度 a=acos=18

3、180.9487=1725mm根據(jù)幾何關(guān)系，得屋架各桿件的幾何尺寸如圖1所示圖1 屋架形式及幾何尺寸3.支撐布置 根據(jù)屋面材料的最大容許檁距，根據(jù)廠房長度90m，跨度為21m，有中級工作制吊車及第一開間，可在廠房兩端的第二開間設(shè)置一道上弦橫向水平支撐和下弦橫向水平支撐在同一開間兩相鄰屋架腹板間設(shè)置兩道垂直支撐。上弦檁條可 兼做條桿，故不另設(shè)系桿，在下弦跨中央設(shè)置一道，此外，在廠房兩端的第一開間下弦各設(shè)置三道剛性系桿。圖2 屋蓋支撐布置3.1檁條布置 選用I22a熱軋普通槽鋼做檁條，由型鋼表查的其自重為24,99kN/m=0.25kN/m Wx=217.6cm2 Wymin=28 Ix=2393

4、.9cm4,ix=8.67cm iy=2.23cm3.2荷載計(jì)算永久荷載 q=0.12*0.011L=0.351(kN/m2)屋架支撐及自重 0.638（kN/m2）壓型鋼板 0.58*1.818=1.054（kN/m2）保溫層 1.1182（kN/m2）檁條及拉桿自重 0.25 （kN/m2）合計(jì) gk=2.486 （kN/m2）可變荷載計(jì)算積灰荷載 7.73 （kN/m2）基本風(fēng)壓荷載 0.287 （kN/m2）屋面活荷載 0.862 （kN/m2）合計(jì) qk=3.391（kN/m2）3.3檁條的均布荷載設(shè)計(jì)值 q=Ggk+Qqk=1.20.588+1.40.35=1.20kN/m2 qx

5、=q*cos=7.33kN/m qy=q*sin=2.44kN/m專心-專注-專業(yè)3.4強(qiáng)度驗(yàn)算 檁條的跨中彎距設(shè)計(jì)值 X方向： Y方向： （在跨中設(shè)了一道拉條） 檁條的最大拉力（拉應(yīng)力）位于槽鋼下翼緣的肢尖處滿足要求。3.5整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 因在檁條跨中設(shè)有一道剛拉條，故可不進(jìn)行該項(xiàng)驗(yàn)算。3.6剛度驗(yàn)算 驗(yàn)算與屋面垂直平面的相對撓度，按短期荷載效應(yīng)組合進(jìn)行。 荷載標(biāo)準(zhǔn)值：qy=(qk+gk)*cos=5.576kN/m 沿屋面方向有拉條，所以只驗(yàn)算垂直于屋面方向的撓度：能滿足剛度要求。4.屋架設(shè)計(jì)4.1屋架節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算: 檁條作用在屋架上弦的集中力為： Q=2*（q1+g1)*l/2=46.3

6、8kN/m 屋架和支撐自重： 0.12+0.011L=0.351kN/m2 屋架節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值為： F=3Q+0.351*6*1.725=50kN4.2屋架桿件內(nèi)力計(jì)算 芬克式三角形桁架在半跨活（雪）荷載作用下，腹桿內(nèi)力不變號，故只按全跨雪荷載和全跨永久荷載組合計(jì)算桁架桿件內(nèi)力。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊，對于十二節(jié)間芬克式桁架，,屋架及荷載是對稱的，所以只需計(jì)算半個屋架的桿件軸力。計(jì)算出的內(nèi)力如表1所示。表1 桁架桿件內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值桿件內(nèi)力系數(shù)內(nèi)力設(shè)計(jì)值/kN(P=10kN)上弦桿ABBCCDDEEFFG-17.39-16.13-16.76-16.44-15.18-15.81-869.5-80

7、6.5-838.0-822.0-759.0-790.5下弦桿AHHIIJ+16.50+13.50+9.00+825.0+675.0+450.0腹桿DIBH、CHEK、FKHD、DKIKKGGJ-2.85-1.34-1.34+3.00+4.50+7.500-142.5-67.0-67.0+150+225+3750 注：負(fù)為壓桿，正為拉桿。4.3屋架桿件截面設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)屋架桿件截面前，首先要確定所選節(jié)點(diǎn)板的厚度。在三角形屋架中，節(jié)點(diǎn)板厚度與弦桿的最大內(nèi)力有關(guān)。根據(jù)弦桿最大內(nèi)力Nmax=-869.5kN,查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)用計(jì)算P83頁表5-1單壁式桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表可選擇支座節(jié)點(diǎn)板厚為14mm,其它

8、節(jié)點(diǎn)板厚為16mm，且支座節(jié)點(diǎn)板比其他節(jié)點(diǎn)板厚2mm。（1）上弦桿整個上弦桿采用等截面通長桿，由兩個角鋼組成T形截面壓彎構(gòu)件，以避免采用不同截面時的桿件拼接。按AB桿段之最大內(nèi)力NAB=-869.5kN選擇截面。彎矩作用平面內(nèi)的計(jì)算長度 lox=1818mm loy=3636mm選用2L110x12組成的T型截面，節(jié)點(diǎn)板厚14mm，由附表3-26得A=50.4cm2,ix=3.35cm iy=5.11cm長細(xì)比： max=y=71.2由表7-2（b類截面）=0.7438 =故截面合適。 （2）下弦桿（軸心受拉桿件） 整個下弦鋼不改變截面，采用等截面通長桿。按最大內(nèi)力NAH=+825kN計(jì)算屋架

9、平面內(nèi)計(jì)算長度按最大節(jié)間IJ，即lox=460cm，屋架平面外計(jì)算長度因跨中有一道系桿，故loy=1035cm。 下弦所需要截面面積為： 選用2100*80*8短肢的角鋼，其截面相關(guān)參數(shù)為 A=27.888cm2，ix=2.37cmiy=4.88cm = 故所選截面合適。（3）腹桿 一.中間豎腹桿JG 對于中間豎腹桿，N=0，=345cn對連接垂直支撐的桁架，采用2564組成十字形截面，單個角鋼564，=2.18cm =0.9 l =0.9345cm=310.5cm =0.9 l =0.9295=265.5cm 可滿足要求。對不連接垂直支撐的屋架WJ-1，選用L56x4單角鋼，并受拉支撐驗(yàn)算長

10、細(xì)比： iyo=1.11cm 滿足要求。 二.主斜腹桿IK、KG主斜腹桿IK、KG兩桿采用相同截面，lox=287.5cm，loy=2*287.5=575cm，內(nèi)力設(shè)計(jì)值 N=+375kN選用2L75x8組成的T型截面，查表3-26得： 所需凈截面面積: A=23cm2 ix=2,78cm iy=3.65cm = 故所選截面合適。 三.腹桿DINDI=-142.5kN，lox=0.8 l=0.8181.5=145.44cm，loy=2.82cmL=181.8cm 選用2564，A=88cm2,ix=1.73cm，iy=2.82cm 剛度驗(yàn)算：根據(jù)max=x=84, 按b類截面查表得=0.661

11、則： = 故所選截面合適。 四.腹桿BH、CH、EK、FK N=-67kN，L=128.6cm選用634單角鋼截面，A=49,78cm2,iyo=1.26cm lox=0.9 L=0.9128.6=115.74cm， 由=91.9查表可得=0.609單角鋼單面連接計(jì)算構(gòu)件穩(wěn)定性時強(qiáng)度折減系數(shù)為： r=0.6+0.0015*=0.6+0.0015*91.9=0.74 = 故所選截面合適。 五.腹桿HD、DK兩者均為拉桿。N=+31.86kN,l=24.58cm。仍選用788， A=11.5cm2 iyo=1.47cm驗(yàn)算如下： Lo=0.9lL=0.9*287.5=258.75cm 單角鋼單面連

12、接計(jì)算構(gòu)件強(qiáng)度時設(shè)計(jì)值折減系數(shù)為： r=0.85 則： =故所選截面合適。4.4填板設(shè)置與尺寸選擇雙角鋼桿件的填板設(shè)置與尺寸選擇如表2表2 填板設(shè)置與尺寸選擇桿件名稱桿件截面節(jié)間桿件幾何長度（mm)i(mm)40i(壓桿）或80i（拉桿）(mm)實(shí)際填板間距(mm)每一節(jié)間填板數(shù)量(塊)填板尺寸bth(mm)上弦桿21006155531.0856778160670下弦桿AH、HI2564245817.313841229160676IJ393413112腹桿GJ250429509.9792658560680IK、KG2304245897201153540650 表3 屋架各桿件軸線至角鋼背面的距

13、離Z0桿件名稱桿件截面重心距離Z0(mm)軸線距離Z0(mm)備注上弦桿2100627.130下弦桿256415.320腹桿JG250413.815IK、KG23048.910DI240411.315單面連接BH、CH、EK、FK240411.315單面連接DH、DK23048.910單面連接5.屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)（E50型焊條）屋架各桿件軸線至各桿件角鋼背面的距離Z0如表3，表中Z0為桿件重心線至角鋼背面的距離。本例只需選擇幾個代表性重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其余可忽略。5.1支座節(jié)點(diǎn)A 屋架支撐于鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度為C30，fc=14.3N/mm2去下弦軸依至支座底板上表面的距離

14、為160mm，并設(shè)置加勁肋。1 .下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算 N=175.23kN 取角鋼肢背焊腳尺寸，角鋼肢尖焊腳尺寸，按焊縫連接強(qiáng)度要求得背部 l1=lw1+2hf1=276mm,取l1=280mm趾部 l2=lw2+2hf2=147mm,取l2=150mm 實(shí)際焊縫長度采用角鋼肢背l1=280mm 肢尖l2=150mm2 繪制節(jié)點(diǎn)詳圖 按以下方法、步驟和要求畫節(jié)點(diǎn)大樣，并確定節(jié)點(diǎn)板尺寸 （1）嚴(yán)格按幾何關(guān)系畫出匯交于節(jié)點(diǎn)A的各桿件軸線（軸線至桿件角鋼背面的距離Z0按表3采用）。 （2）下弦桿與支座底板之間的凈距取140mm（符合大于130mm和大于下弦桿角鋼水平肢。圖4 支座節(jié)點(diǎn)A寬的

15、要求）。 （3）按構(gòu)造要求預(yù)定底板平面尺寸為ab=220220mm，使節(jié)點(diǎn)A的垂直軸線通過底板的形心。 （4）節(jié)點(diǎn)板上部縮進(jìn)上弦桿角鋼背面t1/2+2mm=7mm(式中t1=10mm為節(jié)點(diǎn)板厚度），取上、下弦桿端部邊緣輪廓線間的距離為20mm和根據(jù)下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間的連接焊縫長度等，確定節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖4所示3. 底板計(jì)算（1）支座反力 R=6P=650=300kN，采用C30混凝土柱=14.3 N/。 錨栓直徑采用M22，底板上留矩形帶半圓形孔，尺寸250*250mm,并用U型缺口柱頂混凝土的壓應(yīng)力為：可滿足混凝土軸心抗壓強(qiáng)度要求，預(yù)定底板尺寸ab=250mm250mm適用。底板厚度t 底板被節(jié)

16、點(diǎn)板和加勁肋劃分成四塊相鄰邊支承德小板，板中最大彎矩（取單位板寬計(jì)算） 底板被節(jié)點(diǎn)板和加勁肋劃分成四塊相鄰邊支承德小板，板中最大彎矩（取單位板寬計(jì)算） 斜邊 取a1=170mm 斜邊上之高 b1=a1/2=85mm ，查表得=0.058，代入 所需底板厚度，取t=20mm。4.節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板間的水平連接焊縫的計(jì)算切口寬度為15mm,兩條節(jié)點(diǎn)板和四條加勁肋焊縫總長度為： 焊縫計(jì)算長度 構(gòu)造要求 故滿足要求。其余各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算從略。5.加勁肋與節(jié)點(diǎn)板間豎向連接焊縫計(jì)算 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算與牛腳縫相似，假定一塊加勁肋的受力為屋架支座反力的即： 每塊加勁肋與節(jié)點(diǎn)板間豎向連接焊縫受力： 焊

17、縫計(jì)算長度 lw=180-（15*2）-（2*6）=138mm 需要 圖5 上弦桿一般節(jié)點(diǎn)詳圖5.2上弦一般節(jié)點(diǎn)B、C、E、F、D1.按一下方法、步驟和要求繪制節(jié)點(diǎn)詳圖 （1）嚴(yán)格按幾何關(guān)系畫出匯交于節(jié)點(diǎn)B的各桿件軸線（軸線至桿件角鋼背面的距離Z0按表3）； （2）節(jié)點(diǎn)板上部縮進(jìn)上弦桿角鋼背面10mm、取上弦桿與短壓桿輪廓間距離為15mm和根據(jù)短壓桿與節(jié)點(diǎn)板間的連接焊縫尺寸等，確定節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖5所示；（3）標(biāo)注節(jié)點(diǎn)詳圖所需各種尺寸。 2. 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算 N1=838kN N2=822kN 取肢背和肢尖的焊腳尺寸為：hf1=6mm ,hf2=5mm 背部 l1=lw1+2hf1

18、=58.8mm,取l1=80mm 趾部 l2=lw2+2hf2=42.1mm,取l2=50mm腹桿DK與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，肢背，肢尖的焊腳尺寸為： hf1=6mm hf2=5mm 則桿端所需焊縫長度為： 背部 l1=lw1+2hf1=58.8mm,取l1=80mm 趾部 l2=lw2+2hf2=42.1mm,取l2=50mm上弦肢背塞焊縫承受檁條傳來的集中荷載F，取節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)肢背10mm，hf=t/2=6mm,則： 上弦桿角鋼趾部角焊縫假定承受節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿內(nèi)力差及其偏心彎矩M 的共同作用，其中=184.68-171.30=13.38kN偏心距e=85mm,滿足要求。(a) 節(jié)點(diǎn)B、E (b)

19、節(jié)點(diǎn)C、F (c) 節(jié)點(diǎn)D 由圖中量得實(shí)際焊縫長度l2=141mm,計(jì)算長度lw2=l2-8mm=141-8=133mm需要 =1.25 構(gòu)造要求 采用hf=6mm，滿足要求。其他上弦一般節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)C、D、E和F）的設(shè)計(jì)方法、步驟等與節(jié)點(diǎn)B相同，節(jié)點(diǎn)詳圖見圖5所示。因節(jié)點(diǎn)E和節(jié)點(diǎn)B的幾何關(guān)系、受力等完全相同，故節(jié)點(diǎn)詳圖也完全相同。節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)F的詳圖也完全相同。 5.3屋脊拼接節(jié)點(diǎn)G1. 拼接角鋼的構(gòu)造和計(jì)算腹桿GK與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，焊縫為E50型，ffw=200N/mm2;取肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為：hf1=8mm, hf2=6mm, 則桿端所需的焊縫長度分別為： 背部 l1=lw1+2

20、hf1=133mm,取l1=150mm 趾部 l2=lw2+2hf2=79mm,取l2=80mm2. 繪制節(jié)點(diǎn)詳圖 繪制方法、步驟和要求與上弦一般節(jié)點(diǎn)B基本相同，腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫尺寸按表4采用。為便于工地拼接，拼接處工地焊一側(cè)的弦桿一拼接角鋼和受拉主斜桿與跨中吊環(huán)桿上分別設(shè)置直徑為17.5mm和13mm的安裝螺栓孔，節(jié)點(diǎn)詳圖如圖6所示。圖6 屋脊拼接節(jié)點(diǎn)G3 .拼接接頭每側(cè)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算 拼接接頭每側(cè)上弦軸力的豎向分力Nsina與節(jié)點(diǎn)荷載P/2的合力 V=Nsina - P /2=19mm，且取V=20mm 設(shè)角鋼背部的塞焊縫承受豎向合力V的一半，拼接接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算

21、長度為： 拼接角鋼總長度為： l=2(lw+12)+d=592mm 圖8 下弦拼接節(jié)點(diǎn)I 取L=600mm上弦桿肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按弦桿內(nèi)力NGF=15%計(jì)算，且考慮產(chǎn)生的偏心彎矩作用（偏心e=85）設(shè)肢尖焊縫焊腳尺寸hf=6mm，節(jié)點(diǎn)板總長度為700mm,則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為： Lw=(700/2)/cos-20-12=337mm焊縫應(yīng)力為： 因弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫受力不大，且連接長度較大，故可按構(gòu)造進(jìn)行滿焊，不必計(jì)算。 5.4下弦拼接節(jié)點(diǎn)I 屋架跨度21m超過運(yùn)輸界限，故將屋架分為兩個運(yùn)輸單元，在屋脊G和下弦I處設(shè)置工地連接，腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按IK和ID最大內(nèi)力NIK=225kN計(jì)算。1 .下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算 下弦桿與節(jié)點(diǎn)連接得焊縫長度，確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：400mm*270mm hf=5mm。焊縫所受內(nèi)力為下弦桿的內(nèi)力差 =675-450=225kN焊縫應(yīng)力為： 2. 繪制節(jié)點(diǎn)詳圖匯交于節(jié)點(diǎn)I的屋架各桿軸線至角鋼背面的距離按表采用，腹桿與節(jié)點(diǎn)板間的連接焊縫尺寸按表采用。為便于工地拼接，拼接處弦桿和拼接角鋼的水平肢上設(shè)置直徑為17.5mm的安裝螺栓孔。節(jié)點(diǎn)詳圖如圖8所示。3.拼接接頭一側(cè)下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算 取接頭兩側(cè)弦桿的內(nèi)力差N