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钢结构屋架设计书
梯形屋架课程设计书
第一章:
设计资料
某单跨单层厂房,跨度L=24m,长度54m,柱距6m,厂房内无吊车、无振动设备,屋架铰接于混凝土柱上,屋面采用1.5*6.0m太空轻质大型屋面板。
钢材采用Q235-BF,焊条采用E43型,手工焊。
柱网布置如图2.1所示,杆件容许长度比:
屋架压杆【
】=150
屋架拉杆【
】=350。
第二章:
结构形式与布置
2.1柱网布置
图2.1柱网布置图
2.2屋架形式及几何尺寸
由于采用大型屋面板和油毡防水屋面,故选用平坡梯形钢屋架,未考虑起拱时的上弦坡度i=1/10。
屋架跨度l=24m,每端支座缩进0.15m,计算跨度l0=l-2*0.15m=23.7m;端部高度取H0=2m,中部高度H=3.2m;起拱按f=l0/500,取50mm,起拱后的上弦坡度为1/9.6。
配合大型屋面板尺寸(1.5*6m),采用钢屋架间距B=6m,上弦节间尺寸1.5m。
选用屋架的杆件布置和尺寸如施工图所示。
图2.2屋架的杆件尺寸
2.3支撑布置
由于房屋较短,仅在房屋两端5.5m开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支撑,不设纵向水平支撑。
中间各屋架用系杆联系,上下弦各在两端和中央设3道系杆,其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚性系杆。
所有屋架采用统一规格,但因支撑孔和支撑连接板的不同分为三个编号:
中部6榀为WJ1a,设6道系杆的连接板,端部第2榀为WJ1b,需另加横向水平支撑的的连接螺栓孔和支撑横杆连接板;端部榀(共两榀)为WJ1c。
图2.3上弦平面
图2.3下弦平面与剖面
第三章:
荷载计算及杆件内力计算
3.1屋架荷载计算
表3.1屋架荷载计算表
分类
荷载项目名称
荷载大小(KN/m2)
组合系数(KN/m2)
组合值(KN/m2)
恒
载
1
太空轻质大型屋面板
0.85
1.35
1.148
2
防水层
0.10
0.135
3
屋架及支撑自重
0.15
0.203
4
悬挂管道
0.05
0.068
和
――
1.15
1.553
活载
屋面活荷载
0.5
1.4
0.70
总荷载
――
――
――
2.25
3.2屋架杆件内力系数
屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数经计算如图所示。
屋架上弦左半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力
系数kL、kR、k(=kL+kR)按图3.1所示,并已抄入表3.2中。
图3.1屋架内力系数图
3.3杆件内力组合
组合一―――全部恒、活荷载
全部恒、活荷载:
q=2.25KN/m2,F=2.25*1.5*6=20.25KN,
杆件组合内力N1=20.25k(KN)
组合二―――全跨恒荷载、半跨活荷载(相应于全垮恒、活荷载减去半跨活荷载)活荷载:
q=0.7KN/m2,F=0.7*1.5*6=6.3KN,
杆件组合内力N2=N1-6.3kL,R(KN)
组合三―――全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载:
屋架和支撑重:
q=0.15*1.35=0.20KN/m2,F=0.2*1.5*6=1.8KN,
活荷载:
q=1.0*1.35+0.7=2.05KN/m2,F=2.05*1.5*6=18.45KN,
杆件组合内力N3=1.8k+18.45kL,R(KN)
杆件内力组合见表3.2,其中第二、三组合对个别kL、kR正负号的杆件计算,因为这种情况下第二、三组合的弦杆左右节间内力差△N(设计弦杆焊缝用)将大于第一组合的△N。
表3.2屋架杆件内力组合表
杆件
内力系数
组合一
组合二
组合三
内力设计值
全恒活
全恒+半活
全垮屋架和支撑重
半跨屋面板重和活荷载
K
kL、kR
N1=20.25k
(1)
6.3kL(kR)
(2)
N2
(1)-
(2)
1.8k
(3)
18.45kL(kR)
(4)
N3
(3)+(4)
N
上弦杆
AB
0
0
0
0
BD
-8.729
-6.253
-2.476
-176.762
-176.762
DF
-13.522
-9.036
-4.486
-273.821
-273.821
FH
-15.227
-9.152
-6.075
-308.347
-57.658
-38.273
-250.68
-27.074
-27.409
-168.854
-112.084
-196.26
-139.49
-308.347
HK
-14.724
-7.362
-7.362
-298.161
-46.381
-46.381
-251.78-251.78
-26.503
-135.829
-135.829
-162.33
-162.33
-298.161
下弦杆
ac
4.739
3.489
1.250
95.965
95.965
ce
11.524
7.999
3.525
233.361
233.361
eg
14.621
9.324
5.297
296.075
58.741
33.371
237.33
260.70
26.318
172.028
97.730
198.346
124.047
296.075
gk
15.132
8.416
6.716
306.423
53.021
42.311
253.40
264.11
27.238
155.275
123.91
182.513
151.148
306.423
斜杆
aB
-8.872
-6.532
-2.340
-179.658
-179.658
Bc
6.779
4.667
2.112
137.275
137.275
cD
-5.424
-3.395
-2.029
-109.836
-109.836
De
3.683
1.892
1.791
74.581
74.581
eF
-2.486
-0.697
-1.789
-50.342
-50.342
Fg
1.101
-0.456
1.557
22.295
-2.873
9.809
25.168
12.486
1.982
-8.413
28.727
-6.431
30.708
-6.431
30.708
gH
0.038
1.560
-1.522
0.7695
9.828
-9.589
-9.059
10.358
0.068
28.782
-28.081
280.850
-28.013
28.850
-28.013
Hk
-1.096
-2.474
1.378
-22.194
-15.586
8.681
-6.608
-30.875
-1.973
-45.645
25.424
-47.618
23.451
-47.618
23.451
竖杆
Aa
-0.5
-0.5
0
-10.125
-10.125
CcGgEe
-1.0
-1.0
0
-20.25
-20.25
Kk
1.966
0.983
0.983
39.812
39.812
支座反力R
8
6.025
1.975
162.00
162.00
第四章:
屋架杆件截面选型
由表3.2知,腹杆最大内力N=-179.658KN,查得采用节点板厚t=8mm,但支座节点板加厚为12mm。
4.1杆件截面选型
上弦杆AK为受压杆,先假设
,b类截面
=0.714,f=215N/mm2,
A=N/
f=308347N/0.714*215N/mm2=2008.644mm2,
=1508/90=16.75mm,
=3016/90=33.51mm
查课本上册附表四,选用L100*80*6,短肢相并双角钢。
各杆件选型均按此法,计算数据如表4.1、4.2,选型见表4.3。
表4.1受拉杆件截面选型及强度验算表
杆类
杆号
内力
所需截面积
l0x
l0y
ix
iy
截面选型
截面积
ix
iy
应力<215
满足要求
压
杆
等
肢
aB
-179.658
-1694.887
2539
2539
23.082
23.082
L75*6
1760
23.1
34.6
109.913
73.382
109.913
0.493
867.680
-207.056
cD
-109.836
-1036.189
2298
2873
20.891
26.118
L63*5
1228
19.4
28.9
118.454
99.412
118.454
0.447
548.916
-200.096
eF
-50.342
-474.925
2506
3132
22.782
28.473
L63*5
1228
19.4
28.9
129.175
108.374
129.175
0.392
481.376
-104.579
Hk
-47.618
-449.226
2179
3399
19.809
30.900
L63*5
1228
19.4
28.9
112.320
117.612
117.612
0.453
556.284
-85.600
Aa
-10.125
-95.519
2015
2015
18.318
18.318
L56*5
1082
17.2
26.2
117.151
76.908
117.151
0.453
490.146
-20.657
Cc
-20.250
-191.038
1840
2300
16.727
20.909
L56*5
1082
17.2
26.2
106.977
87.786
106.977
0.511
552.902
-36.625
Ee
-20.250
-191.038
2080
2600
18.909
23.636
L56*5
1082
17.2
26.2
120.930
99.237
120.930
0.432
467.424
-43.323
Gg
-20.250
-191.038
2320
2900
21.091
26.364
L56*5
1082
17.2
26.2
134.884
110.687
134.884
0.365
394.930
-51.275
表4.2受压杆件截面选型及强度验算表
杆类
杆号
内力
所需截面积
截面选型
截面积
ix
iy
应力<215
满足要求
拉
杆
等
肢
Bc
137.275
638.488
L45*4
698
13.8
21.6
152.029
121.389
196.669
De
74.581
346.888
L45*4
698
13.8
21.6
166.522
133.009
106.850
Fg
30.708
142.828
L45*4
698
13.8
21.6
181.594
145.000
43.994
gH
28.850
134.186
L45*4
698
13.8
21.6
197.029
157.361
41.332
Kk
39.812
185.172
L45*4
698
13.8
21.6
208.696
133.333
57.037
表4.3屋架杆件截面选型表
杆件
内力设计值(KN)
几何长度l(mm
计算长度(mm)
截面形式及规格
A
回转半径
mm
长细比
稳定系数
应力设计值
l0x
l0y
ix
iy
弦杆
AK
-308.347
1508
1508
3016
L100*80*6
2120
24.0
46.1
62.83
65.42
0.780
186.47
ak
306.423
3000
3000
11850
L90*56*5
1442
15.9
44.7
188.68
265.1
212.50
斜杆
aB
-179.658
2539
2539
2539
L90*56*7
1966
15.7
23.2
23.4
109.44
0.499
-207.05
Bc
137.275
2622
2098
2622
L45*4
698
13.8
21.6
21.6
121.389
196.669
cD
-109.836
2873
2298
2873
L63*5
1228
19.4
28.9
118.454
99.41
0.447
-200.09
De
74.581
2873
2298
2873
L45*4
698
13.8
21.6
166.522
133.009
106.850
eF
-50.342
3132
2506
3132
L63*5
1228
19.4
28.9
129.175
108.374
0.392
-104.579
Fg
-6.431
30.708
3132
2506
3132
L45*4
698
13.8
21.6
181.594
145.00
43.994
gH
28.850
-28.013
3399
2716
3399
L45*4
698
13.8
21.6
197.029
157.361
41.332
Hk
-47.618
23.451
3399
2719
3399
L63*5
1228
19.4
28.9
112.32
117.612
0.453
-85.6
竖杆
Aa
-10.125
2015
2015
2015
L56*5
1082
17.2
26.2
117.151
76.91
0.453
-20.657
Cc
-20.25
2300
1840
2300
L56*5
1082
17.2
26.2
106.977
87.786
0.511
-36.625
Ee
-20.25
2600
2080
2600
L56*5
1082
17.2
26.2
120.930
99.237
0.432
-43.323
Gg
-20.25
2900
2320
2900
L56*5
1082
17.2
26.2
134.884
110.687
0.365
-51.275
Kk
39.812
3200
2880
L45*4
698
13.8
21.6
208.696
133.33
57.037
注:
节点板t=8mm,(腹杆最大内力Nmax=-179.658KN);
f=215N/mm2;压杆【
】=150,拉杆【
】=350;
第五章:
屋架杆件焊缝计算
5.1腹杆焊缝计算
表5.1腹杆焊缝计算表
杆件
内力设
计值
N(KN)
需要焊缝(mm2)
采用焊缝(mm)计算时lw按表值-10mm
双角钢焊缝计算公式
(ffw=160N/mm2)
hf1lw1=
N/320
(N/344.6)
hf2lw2hf2lw2=
N/746.7
(N/640)
hf1-lw1
hf2-lw2
斜
杆
aB
-179.658
561.431
240.603
6-105
5-50
Bc
137.275
428.984
183.842
6-80
5-80
cD
-109.336
343.238
147.095
5-80
5-80
其他
<112
―――
―――
5-80
5-80
竖杆
<112
―――
―――
5-80
5-80
5.2下弦杆焊缝计算
表5.2下弦杆焊缝计算表
节点
N1
(KN)
N2
(KN)
△N
(KN)
需要焊缝(mm2)
采用焊缝≥(mm)计算时lw按表值-10mm
△N组合和说明
hf1lw1=
N/298.7
hf2lw2=
N/896
“—”表示hflw<500mm2,用角焊缝≥5-100或6-95
hf1-lw1
hf2-lw2
a
0
95.965
95.965
321.276
107.104
5-110
5-110
第一组合
c
95.965
233.361
137.396
459.980
153.344
5-110
5-110
第一组合
e
233.361
296.075
62.714
209.956
69.993
5-110
5-110
第一组合
g
124.047
151.148
27.101
90.73
30.247
5-110
5-110
第三组合
k
306.423
306.423
45.96
153.867
51.295
5-95
5-95
每侧焊缝按0.15Nmax(>第三组合△N)
5.3上弦杆角钢尖焊缝计算
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