30m焊接钢屋架设计图和计算书Word文档格式.docx
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风载:
因α=4.76<15,风载体型系数μ=对屋面为吸力,故可不考虑风载影响.
屋面荷载与雪荷载不会同时出现,计算时取较大荷载标准值进行计算,因二者均为0.KN/故可取其一,如屋面活荷载0.7KN/进行计算.
荷载计算如表-1
表-1荷载计算表
荷载名称
计算式
标准值kN/m2
设计值kN/m2
备注
防水层(二毡三油上铺小石子)
0.35
0.42
沿屋面坡向分布
水泥砂浆找平层(20mm厚)
0.02×
20
0.4
0.48
泡沫混凝土保温层(80mm厚)
0.45
0.54
预应力混凝土屋面板(含灌缝)
1.4
1.68
屋架和支撑自重
(0.12+0.011×
21)
0.0.54
沿水平分布
恒载总和
3.05
3.66
屋面均布活荷载
0.7
沿水平面分布,计算中取二者中的较大值
雪荷载
可变荷载总和
0.98
注:
由于屋面坡度不大,对荷载的影响较小,未予考虑。
风荷载为吸力,重屋盖可不考虑。
荷载计算及汇总表
设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合:
⑴全跨永久荷载+全跨可变荷载
=(3.66+0.98)×
3×
6=83.52KN
⑵全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载:
=3.66×
6=65.88KN
半跨节点可变荷载:
=0.98×
6=17.64
⑶全跨屋架(包括支撑)自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:
全跨节点屋架自重:
=0.54×
6=9.72
半跨节点屋面板自重及活荷载:
=(1.68+0.54+0.98)×
6=57.6KN
⑴、⑵为使用节点荷载情况.⑶为施工阶段荷载情况.
4.内力计算
屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图-1所示.
(a)
(b)
(c)
图-1屋架的计算简图
由图解法或数解法解得F=1的屋架的内力系数(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,计算结果如表-2所示:
表-2屋架构件内力组合表
杆件名称
内力系数(F=1)
第一种组合
×
①
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力
(KN)
全跨①
左半跨②
右半跨③
①+
②
③
上
弦
AB
BC
CD
DE
EF
-9.41
-9.45
-11.91
-11.92
-7.06
-7.10
-7.94
-7.95
-3.52
-5.95
-785.92
-789.26
-994.72
-995.56
-744.47
-747.81
-924.69
-925.53
-682.02
-684.66
-889.59
-890.25
-498.12
-500.81
-573.11
-573.78
-294.22
-294.61
-458.49
-458.58
下
ab
bc
cd
5.91
11.32
11.42
4.60
8.09
6.85
1.97
4.85
493.60
945.45
953.80
470.49
888.47
873.18
424.10
831.32
322.41
576.01
505.56
170.92
389.39
斜
腹
杆
aB
Bb
bD
Dc
cF
-7.43
4.40
-2.56
0.75
0.67
-5.78
3.10
-1.36
-0.23
1.58
-2.48
1.96
-1.80
1.47
1.37
-620.55
367.49
-213.81
62.64
55.96
-591.45
344.56
-192.64
45.35
72.01
-533.24
255.30
-200.40
75.34
68.31
-4.5.15
221.33
-103.22
-5.96
97.52
-215.07
155.66
-128.56
91.96
78.98
竖
Aa
Cb
Ec
Fd
-0.50
-1.00
-0.02
-41.76
-83.52
1.67
1.32
-32.94
-65.88
-33.66
-67.32
0.19
-5.35
-9.72
屋架上弦杆除了承受轴心压力外,尚承受节点间集中荷载而产生的弯矩,其值为:
第一节间:
M=0.8Mo=0.8×
41.76×
3/4=25.06KNm
中间节间:
M=0.6Mo=0.6×
3/4=18.80KNm
中间节点:
M=-0.6Mo=-18.80KNm
在全跨恒载和全跨活载作用下,屋架弦杆,竖杆和靠近支座斜杆的内力均比较大,在屋架及支撑自重和半跨屋面板与活荷载作用下,靠近跨中的斜杆的内力可能发生变号.
5.杆件设计
5.1上弦杆
按受力最大的弦杆设计,沿跨度全长截面保持不变。
上弦杆EF为压弯杆件:
N=-995.56KN
M=18.80KN.m
lox=3000mm,loy=1500mm(由于上弦杆和屋面板埋设小钢板并牢固焊接,可代替水平支撑,故上弦杆平面外的计算长度loy=1500mm)
腹杆最大内力N=-620.55KN,查表得,中间节点板厚度选用12mm,支座节点板厚度选用14mm.
设λ=90,查Q235钢的稳定系数表,可得φ=0.621,b类截面,则所需截面积为:
A=
=
=7456.5
需要的回转半径:
=3000/90=33.3mm,
=1500/90=16.67mm
根据需要A,
查角钢规格表,选用2∟160×
14,肢背间距a=12mm,则
A=43.3×
2=86.6
W
=234.4×
2=468.8
=90.95×
2=181.9
=4.92cm,
=7.07cm
=3000/49.2=61.0,
=1500/70.7=21.2
=61.0
满足长细比
=150的要求.查得
=0.801,则
=143.52MPa<
215MPa
⑴
按公式验算弯矩作用平面内的稳定性.
查表得截面塑性发展系数
=4105.6KN
此处节间弦杆相当于两端支撑有端弯矩和横向荷载同时作用,使构件产生反向曲率的情况,根据规范等效弯矩系数
=0.85.
将以上数据代入下式验算作用平面内的稳定性;
=183.8N/
<
f=215N/
对于这种T形截面压弯杆件,还应验算截面另一侧,即
=5.1N/
所以可保证弦杆弯矩作用平面内的稳定性.
⑵.按下式验算弯矩作用平面外的稳定性:
=1500/70.7=21.2mm
=150,查表得
=0.966
对于双角钢T形截面的整体稳定性系数:
将以上数据代入下式验算作整体稳定性
N/
所以可保证弯矩作用平面外的稳定性.
⑶强度验算.
由于上弦杆两端的弯矩比较大,同时W
较小,因此,需按下式验算节点负弯矩截面无翼缘一边的强度;
=114.96+86.13=201.09N/
因BC,CD,DE的弯矩值和EFd相同,而轴心力均小于EF,为了简化制造工作,故用EF相同的截面尺寸而不必验算。
上弦杆AB,N=0,M=25.06KNm.
=114.8N/
5.2.下弦杆
按轴心拉杆设计,沿全长截面不变,截面采用等肢角钢拼合,最大设计拉力;
N=953.8KN
=44.36
选用2∟100×
12,A=22.8×
2=45.6
可满足要求。
=3.03cm.,
=600/3.03=198.02
=350
由于此屋架不受动力作用,故可反验算在竖直平面内的长细比.
5.3.斜腹杆
⑴端斜腹杆aB
N=-620.55KN
因为
,故采用不等肢角钢,长肢相并,使
,
选用2∟160×
100×
10,则
A=2×
25.3
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