米跨度钢结构设计计算书梯形钢屋架Word文件下载.doc
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屋架和支撑自重:
(0.12+0.011*27)*1.35=0.56
总计:
4.34
可变荷载:
0.5*1.4=0.7
总计:
0.7
设计屋架时,应考虑以下3种荷载组合:
(1)第一种荷载组合:
全跨永久荷载及可变荷载:
F=(4.34+0.7)*1.5*6=45.36
kN
(2)第二种荷载组合:
全跨永久荷载+半跨可变荷载:
全跨节点永久荷载:
=4.34*1.5*6=39.06kN
半跨节点可变荷载:
=0.7*1.5*6=6.3kN
(3)第三种荷载组合:
全跨屋架包括支撑+半跨屋面自重+半跨屋面活荷载:
全跨节点屋面自重:
=0.56*1.5*6=5.04kN
半跨节点屋面板自重及活荷载:
=(3.78+0.7)*1.5*6=40.32kN
上述三种荷载组合,其中
(1)、
(2)种组合为使用阶段荷载情况,(3)为施工阶段荷载情况。
四、内力计算
屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图三个图所示。
用电算先解得F=1的屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨、右半跨),
然后求出各种荷载情况下的内力进行组合,计算结果详细见表:
屋架杆件内力组合表
五、杆件设计
(1)上弦杆
整个上弦采用等截面,按IJ、JK截面最大内力进行设计:
内力N=-871.728kN=-871728N
上弦杆计算长度
在屋架平面内:
为节点间轴线的长度:
=150.7cm
在屋架平面外:
根据支撑布置和内力变化变化情况,=150.7*3=452.1cm
因为=3,故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并(如图所示)
腹杆最大内力,N=463.62kN,查表可知,节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度选用12mm(详见建筑钢结构设计书第169页)
设=60,查表可知=0.807
所需面积A===5024.2
需要的回转半径:
===2.51cm===7.54cm
根据所需要的A,,查角钢表(附录中附D-18),先用2L160*100*12,A=60.11,=2.82cm,=7.82cm,现在对所选用的角钢进行验算:
===53.44<
[]=150
===57.81<
满足长细比要求,且对于短肢相并的不等边双角钢截面,可近似地取=,所以我们只需对进行验算便可
由于>
只需求,查表可知=0.833
根据公式:
==174.1<
215
所以所选用的截面2L160*110*12符合上弦杆的要求
(2)下弦杆
整个下弦杆采用同一截面,按所在内力最大值cd杆计算
Nmax=830.179kN=830179N
=450cm,=1335cm
所用截面面积
An===3861.3=38.61
选用2L160*100*10,因为>
>
,可用不等边角钢肢角短肢相并,近似取=,只需算便可
截面几何特征:
A=50.63>
47.65
=2.85cm=7.70cm
===157.89<
[]=350
===173.38<
选用截面满足要求
(3)端斜杆aB
杆件轴力:
N=-463.625kN=-463625N
计算长度:
==257.0cm,因为=,所以采用不等肢角钢长肢相并,使得和相近,故选用2L140*90*10
A=44.52
=4.47cm=3.73cm
===57.63<
===68.88<
由于其连接方式为长肢相并的不等边,需验算(>
)
由于==14>
0.48*=0.48*=8.8
所以=5.1**(1+)=78.49>
所以用来计算,=0.697
===149.4<
选用2L140*90*10作为端杆aB满足要求
(4)腹杆ef-fJ
此杆在g点处不断开,采用通长杆件
最大拉力:
Nef=132.975kNNfJ=166.743kN
最大压力:
Nef=-73.302kNNfJ=-69.371kN
再分式桁架中的斜腹杆,在桁架平面内的计算长度取节点的中心间距
=224.5cm
在桁架平面外的计算长度按下列式子计算:
=l*(0.75+0.25)=449*(0.75+0.24)=444.51cm
选用2L70*5(建筑钢结构设计书D-17),可知两等边角钢进行组合
A=13.75=2.16cm=3.31cm
===103.94<
===134.29<
,应考虑的影响
且==14<
0.58*=0.58*=36.83
=*(1+)=137.39>
所以用来计算,查表得=0.381
===139.9<
拉应力:
===121.3<
所以所选用的2L70*5的角钢符合截面要求
(5)竖杆Ec、He
N=-67.903kN=-67903kN
=0.8l=0.8*259=207.2cm
=l=259cm
由于内力比较小,所以按[]=150计算,所求的回转半径为
===1.38cm===1.73cm
查表可知,选用截面,应略大些,先用2L63*10
A=23.31=1.88cm=3.07cm
===110.2<
===84.36<
,让你以不必难处,查表可知=0.521
===55.9<
所以选用的截面2L63*10符合要求
其它杆件的截面选择具体请详见附表:
六、节点设计
(1)下弦节点“b”
各杆件的内力图由上表可以求出:
这类节点的设计步骤是:
先根据腹杆的内力计算腹杆与节点中连接焊缝的尺寸,即和,然后根据的大小按比例给出节点板的形状和尺寸,最后验算下弦杆与节点的连接焊缝。
用E43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160,设“Bb”的肢背和肢尖焊缝=8mm和6mm,则需煹缝长度为:
肢背:
===138.24取16cm
肢尖:
===79.00mm取10cm
设“bD”杆肢背和肢尖焊缝分别为=8mm和6mm,则需煹缝长度为:
===114.23mm取14cm
===65.28mm取8\cm
由于“Cb”杆的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定:
即=5mm
根据上面求得的焊缝长度,并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配误差,按比例给出节点详图,从而确定节点板的尺寸为:
450mm*360mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为45cm,=6mm,焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差,即=607.60-257.46=350.14KN
受力较大的肢背处焊缝应力为:
==71.38<
160
所以焊缝满足条件
(2)下弦节点“c”
用E43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160,设“Dc”的肢背和肢尖焊缝=5mm和6mm,则需煹缝长度为:
===129.9mm取14cm
===46.4mm取6cm
设“cd”杆肢背和肢尖焊缝分别为=5mm和6mm,则需煹缝长度为:
===98.35mm取11cm
===35.1mm取5cm
设“cE”杆肢背和肢尖焊缝分别为=5mm和6mm,则需煹缝长度为:
===42.4mm取6cm
===15.2mm取3cm
450mm*240mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为45cm,=6mm,焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差,即=830.18-607.6=222.58KN
==45.37<
(3)下弦节点“e”
用E43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160,设“Ge”的肢背和肢尖焊缝=5mm和6mm,则需煹缝长度为:
===43.7mm取6cm
===15.59mm取3cm
由于“eH”杆的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定:
设“ef”杆肢背和肢尖焊缝分别为=5mm和6mm,则需煹缝长度为:
===83.1mm取10cm
===29.68mm取5cm
360mm*260mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为36cm,=6mm,焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差,即=830.18-808.68=21.5KN
==5.52<
(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,厚度为14mm
①支座底板的计算
支座反力:
R=408240N
支座底板的平面尺寸采用300mm*380mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,则承压柱顶混凝土的抗压强度为
===6.36<
=12.5
式中:
——混凝土强度设计值,对C25混凝土,=12.5。
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,每块板为两人相邻边支承而另两相邻自由的板,每块板的单位宽度的最大弯矩为
M=
——底板下的平均应力,==3.58
——两支承边之间的对角线长度,==174.5mm
——系数,由查表可知(详见课本第48页),为两支承边的相交点到对角线的垂直距离,由相似三角形的关系,每日出
==81.95mm,==0.47
所以查表可知:
=0.0553
所以M==0.0553*3.58*=6028.36
底板厚度
T===12.97mm取t=14mm
②加劲肋与节点板的连接焊缝计算
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=102060N
则焊缝内力为:
V=102060N
M=102060*60=6123600N.mm
设焊缝=6mm,焊缝计算长度=520-20-12=488mm
焊缝应力为:
=
=29.1<
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=408240N,其中每块加劲肋各传R=102060N,节点板传递R=204120N
节点板与底板的连接焊缝长度为=2*(360-12)=696mm,则所需焊腿尺寸:
===
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