..一、設(shè)計資料1、題號25的已知條件：梯形鋼屋架跨度21m,長度60m,柱距6m。冬季最低溫度為－20℃,地震設(shè)計烈度為8度,設(shè)計基本地震加速度為0.2g。采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板,80mm厚泡沫混凝土保溫層,卷材屋面,屋面坡度i＝1/16。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2,雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.75kN/m2,基本風(fēng)壓0.6kN/m2,積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上,上柱截面為400mm×400mm,混凝土標(biāo)號為C20。鋼材采用Q235B級,焊條采用E43型。2、屋架計算跨度：l0=21m-2×0.15m=20.7m。3、跨中及端部高度：設(shè)計為無檁體系方案,由于烏魯木齊市的年降水量很少,采用緩坡梯形屋架,取屋架在21m軸線處的端部高度h0'=1.944m,屋架中間高度h=2.600m〔取為l0/8,則屋架在20.7m處,兩端的高度為h0=1.953m。屋架跨中起拱按l0/500考慮,取50mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖1所示。圖SEQ圖\*ARABIC1根據(jù)廠房長度〔60m≤60m、跨度及荷載情況,設(shè)置兩道上下弦橫向水平支撐。柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合,廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間。在上弦平面設(shè)置剛性系桿與柔性系桿,以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定,在各柱間下弦平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿,以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間。由于l=21m<30m,故在跨度中央設(shè)置一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置圖如圖2所示。圖2<a>圖SEQ圖\*ARABIC2<b>圖2<c>圖2梯形鋼屋架支撐布置桁架上弦支撐布置圖；〔b桁架下弦支撐圖；〔c垂直支撐1—1SC—上弦支撐；XC—下弦支撐；CC—垂直支撐；GG—剛性系桿；LG—柔性系桿荷載計算考慮到屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn),計算時取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算。因此,取屋面雪荷載0.75kN/m2。屋架沿水平投影積分的重分布的自重<包括支撐>按經(jīng)驗公式gk=<0.12+0.011L>kN/m2計算.跨度單位為米<m>.荷載計算見表1。表1荷載計算荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值<kN/m2>設(shè)計值<kN/m2>永久荷載預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4×1.35=1.89三盞四油防水層0.40.4×1.35=0.54找平屋<厚20mm>0.02×20=0.40.4×1.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保溫層0.08×6=0.480.48×1.35=0.648屋架各支撐自重0.12+0.011×30=0.450.45×1.35=0.608管道荷載0.10.1×1.35=0.135永久荷載總和3.234.361可變荷載屋面活荷載0.750.75×1.4=1.05積灰荷載0.60.6×1.4=0.84可變荷載總和1.351.89設(shè)計屋架時,應(yīng)考慮以下三種荷載組合,在組合時,偏于安全不考慮屋面活荷載和積灰荷載的組合值系數(shù)?！?全跨永久荷載+全跨可變荷載。全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載為F=<4.361+1.89>×1.5×6=56.259kN〔2全跨永久荷載+半跨可變荷載。全跨節(jié)點永久荷載：F1=4.361×1.5×6=39.249kN半跨可變荷載:F2=1.89×1.5×6=17.01kN〔3全跨屋架<包括支撐>自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載。全跨節(jié)點屋架自重:F3=0.608×1.5×6=5.47kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載:F4=<1.89+0.75>×1.5×6=23.76kN上述計算中,〔1,〔2為使用節(jié)點活荷載情況,〔3為施工階段荷載情況.內(nèi)力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖3所示。<a><b><c>圖3由圖解法或數(shù)解法〔本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器F=1的屋架的內(nèi)力系數(shù)〔F=1作用于全跨、左半跨和右半跨,然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合,計算結(jié)果如表2。表2屋架桿件內(nèi)力組合桿件名稱內(nèi)力系數(shù)F=1第一種組合F*①第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力<kN>全跨①左半跨②右半跨③F1*①+F2*②F1*①+F2*③F3*①+F4*②F3*①+F4*③上弦AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC,CD-8.44-6.35-2.82-474.60-439.07-379.09-196.95-113.17-474.60DE,EF-12.96-9.07-5.19-729.23-663.08-596.94-286.48-194.10-729.23FG,GH-14.39-9.00-7.20-809.79-717.97-687.37-292.48-249.74-809.79下弦ab4.793.681.47269.20250.42212.85113.6361.15269.20bc11.128.094.05625.83574.22505.41253.07156.96625.83cd13.999.336.22787.06707.73654.86298.11224.26787.06de14.148.088.08795.22692.17692.17269.23269.23795.22斜腹桿aB-8.07-6.21-2.48-454.07-422.39-359.03-191.67-103.17-454.07Bb6.184.482.27347.46318.56280.95140.1687.62347.46bD-4.79-3.14-2.20-269.42-241.36-225.37-100.78-78.44-269.42Dc3.241.732.02182.45156.68161.6658.8065.76182.45cF-1.99-0.51-1.98-112.18-86.99-111.86-23.10-57.83-112.18Fd0.71-0.661.8340.0616.7459.04-11.7647.3359.04dH0.461.80-1.7925.9948.82-12.3045.39-39.9848.82-39.98豎桿Aa-0.50-0.500.00-28.13-28.13-19.62-14.62-2.74-28.13Cb-1.00-1.000.00-56.43-56.41-39.38-29.29-5.51-56.43Ec-1.00-1.000.00-56.03-56.05-39.06-29.14-5.40-56.03Gd-1.01-1.000.00-56.54-56.51-39.48-29.33-5.54-56.54He0.000.000.000.000.000.000.000.000.00桿件設(shè)計〔1上弦桿。整個上弦采用等截面,按FG、GH桿件的最大內(nèi)力設(shè)計,即N=-809.79KN。上弦桿計算長度如下。在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度,即lox=l0=1.503m在屋架平面外：本屋架為無檁體系,并且認(rèn)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loy為支撐點間的距離,即loy=l1=1.503×4=6.012m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角肢鋼,短肢相并。腹桿最大內(nèi)力為N=-454.07kN,查周俐俐主編《鋼結(jié)構(gòu)》表8-4,中間節(jié)點板厚度選用10mm,支座節(jié)點板厚度選用12mm。設(shè),鋼材選用Q235,查穩(wěn)定系數(shù)表,可得〔b類截面,則需要的截面積為：需要的回轉(zhuǎn)半徑為圖4上弦桿截面根據(jù)需要的A、、、查角鋼規(guī)格表,選用2L180×110×10,肢背間距a=10mm,如圖4,則A=6742mm2,=31.05cm,=8.71cm按所選角鋼進(jìn)行驗算：滿足長細(xì)比要求。由于,只需求即可,故所選截面合適?！?下弦桿。整個下弦桿采用同一截面,按最大內(nèi)力所在的de桿計算,則N=795.22kN,,所需截面為選用2L125×80×10,因為,故用不等肢角鋼,短肢相并。見圖5,查周俐俐主編《鋼結(jié)構(gòu)》附錄14、15可得A=39.42>36.99,=2.26cm,=6.11cm。圖圖5下弦桿截面按所選角鋼進(jìn)行驗算：；因此,所選截面合適?！?端斜桿aB。桿件的軸力為N=-454.07kN,計算長度為。因為lox=loy,故采用不等肢角鋼,長肢相并,使ixiy。選用2L1258010,見圖6,則查周俐俐主編《鋼結(jié)構(gòu)》附錄14、15可得A=39.42,=3.98cm,=3.31cm按所選的角鋼進(jìn)行驗算：因,只需求,查表=0.710,則圖6端桿aB截面圖6端桿aB截面因此,所選截面合適?！?腹桿dH。此桿采用通長桿件。最大拉力：N=48.82kN最大壓力：N=39.98kNdH在桁架平面內(nèi)的計算長度取為,故采用等邊角鋼,選用2L63×5,見圖7,肢背間距取10mm,查查表得A=13.76,=1.94cm=3.04cm。按所選角鋼進(jìn)行驗算：圖圖7腹桿dH截面因,只需求,查周俐俐主編《鋼結(jié)構(gòu)》附表12-2得=0.349,則拉應(yīng)力為因此所選截面合適?！?豎桿CbN=-56.43kN,。。由于桿件內(nèi)力較小,取,需要的回轉(zhuǎn)半徑為圖8豎桿Cb截面圖8豎桿Cb截面查周俐俐主編《鋼結(jié)構(gòu)》附錄13,選截面的,教上述計算的,略大些。選用2L63×5,見圖8,其幾何特性為A=12.28,=1.94cm,=3.04cm,則因,只需求,由查表得=0.634,則因此所選截面合適。剩下各桿件的截面選擇計算結(jié)果見表3。表3屋架桿件截面選擇名稱桿件編號內(nèi)力〔kN計算長度<cm>截面規(guī)格截面面積〔cm2>回轉(zhuǎn)半徑〔cm長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力<N/mm2上弦FG、GH-809.79150.3601.22L180×110×1067.4231.058.7147.7169.021500.751159.94下弦de795.2230010352L125×80×1039.422.266.11132.74169.40350201.73腹桿Aa-28.13156.2195.32L56×510.841.722.69113.5572.611500.43754.86aB-454.07244.42532L125×80×10〔長肢相并39.423.983.3163.5776.441500.710162.24Bb347.46202425302L80×1030.262.423.7483.6467.65350114.83bC-56.43170.5213.12L63×512.281.943.0487.8970.101500.63472.48bD-269.42214.7268.42L80×1030.262.423.7488.7271.771500.630141.33Dc182.45214.7268.42L70×616.322.153.2699.8682.33350111.8cE-56.03185.5231.92L63×512.281.943.0495.6272.291500.58677.86cF-112.18227.3284.12L70×616.322.153.26105.7287.151500.4601Fd59.04227.3284.12L63×512.281.943.04117.1793.4515048.08dG-56.54200.48250.62L63×512.281.943.04103.3482.441500.53390.20dH48.82-39.98240.1300.22L63×512.281.943.04123.7798.751500.418He02602602L63×5〔十字形截面12.282.452.45106.13106.132000注：表格中凡未加特別說明的不等邊角鋼組合截面形式均為短邊相并節(jié)點設(shè)計〔1下弦節(jié)點b?！惨妶D9各桿件的內(nèi)力由表2查得。設(shè)計步驟：由腹桿內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸,即和,然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和尺寸,最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉,抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值。設(shè)"Bb"桿的肢背和肢尖焊縫=8mm和6mm,則所需的焊縫長度為〔按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算:肢背：取155mm肢尖：取90mm設(shè)"bD"桿的肢背和肢尖焊縫=8mm和6mm,則所需的焊縫長度為肢背：取125mm肢尖：取75mm"Cb"桿的內(nèi)力很小,焊縫尺寸可按構(gòu)造確定,取=5mm.根據(jù)上面求得的焊縫長度,并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差,按比例繪出節(jié)點詳圖,從而確定節(jié)點板尺寸為285mm405mm.下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為405mm,=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿足要求。該節(jié)點如圖9。圖9下弦節(jié)點b〔2上弦節(jié)點"B"〔見圖10"Bb"桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"b"相同。"aB"桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算得設(shè)"aB"桿的肢背和肢尖焊縫=10mm=和6mm,所需的焊縫長度為〔按不等肢角鋼短肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算肢背：,取155mm肢尖：,取135mm為了便于在上弦上擱置屋面板,節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算,槽焊縫強(qiáng)度設(shè)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,由于節(jié)點集中荷載P不大,故可按照構(gòu)造滿焊。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得,上弦與節(jié)點板間焊縫長度為440mm,肢間承受內(nèi)力差,偏心距e=110-25=85mm,偏心力矩為M=*e=474.6×0.085=40.341kN?m,按照構(gòu)造要求取肢尖=10mm,則上弦肢尖角焊縫的剪應(yīng)力為由偏心距引起的正應(yīng)力為則焊縫強(qiáng)度為所以焊縫強(qiáng)度滿足要求。該節(jié)點如圖10所示。圖10上弦節(jié)點B〔3屋脊節(jié)點H〔見圖11。弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接,為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合,并便于施焊,需將拼接角鋼的尖角削除,且截去垂直肢的一部分寬度〔一般為。拼接角鋼的這部分削弱,可以靠節(jié)點板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫=10mm,則所需焊縫長度為〔一條焊縫拼接角鋼的長度弦桿桿端空隙<取50mm>,拼接角鋼長度取460mm上弦與節(jié)點板之間的槽焊縫,假定承受節(jié)點荷載,驗算與節(jié)點"B"處槽焊縫驗算方法類似,此處驗算過程略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算,并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫=10mm,取節(jié)點板長度為380mm,則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度=〔380/2-10-20=160mm,焊縫應(yīng)力為該節(jié)點圖如圖11所示,在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置工地拼接,左半邊的上弦,斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊接,而右半跨的上弦,斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊接。圖11屋脊節(jié)點H〔4下弦拼接節(jié)點e〔見圖12。拼接角鋼與下弦桿的連接計算及拼接角鋼總長度的確定。拼接角鋼與下弦桿之間每邊有4條角焊縫連接,由于拼接角鋼豎向肢切割去,可近似認(rèn)為4條角焊縫均勻傳力。拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫按下弦截面積等強(qiáng)度計算,即拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫最大承受的內(nèi)力值為Af,A為下弦角鋼截面總面積。則在拼接節(jié)點一邊每條焊縫的計算長度為每條焊縫的實際長度為拼接角鋼的總長度為〔10~20mm為拼接處角鋼間的空隙下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫,除按拼接接點兩側(cè)弦桿的內(nèi)力差進(jìn)行計算外,還應(yīng)考慮到拼接角鋼由于切角和切肢,截面有一定的削弱,這個削弱的部分由節(jié)點板來補(bǔ)償,一般拼接角鋼削弱的面積不超過15%。所以下弦與節(jié)點板的連接焊縫按下弦較大內(nèi)力的15%和兩側(cè)下弦的內(nèi)力之差兩者中的較大者進(jìn)行計算。下弦桿肢背與節(jié)點板的連接焊縫計算長度：下弦桿肢背與節(jié)點板的連接