m跨厂房普通钢屋架设计.doc
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m跨厂房普通钢屋架设计.doc
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《钢结构》课程设计任务书
1.题目:
18m跨厂房普通钢屋架设计
2.目的
通过钢结构课程设计,进一步了解钢结构的结构型式、结构布置、受力特点和构造要求等;综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识,进行钢屋架的设计计算。
3.设计资料
某厂房跨度为18m,总长度90m,柱距6m;厂房内设有两台300/50kN中级工作制桥式吊车,地区计算温度高于-200C,无侵蚀性介质,地震设防烈度为6度;屋架采用梯形钢屋架,屋架下弦标高为18m,两端铰支在钢筋混凝土柱上,混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm,混凝土强度等级为C30,屋面坡度i=1/10;采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板,屋架采用的钢材为Q235B,焊条为E43型;屋架形式、几何尺寸及内力系数(节点荷载P=1.0作用下杆件的内力)如附图所示。
荷 载:
①屋架及支撑自重:
按经验公式gk=0.12+0.011L,L为屋架跨度,以m为单位,gk为屋架及支撑自重,以kN/
m2为单位;
②屋面活荷载:
屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,雪荷载标准值为sk=0.35kN/m2,屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,取两者的较大值;积灰荷载0.9kN/m2根据不同学号按附表取。
③屋面各构造层的荷载标准值:
三毡四油(上铺绿豆砂)防水层0.4KN/m2
水泥砂浆找平层0.6KN/m2
保温层0.45KN/m2(按附表取)
一毡二油隔气层0.05KN/m2
水泥砂浆找平层0.3KN/m2
预应力混凝土屋面板1.55KN/m2
屋架杆件的内力系数
a.18米跨屋架几何尺寸b.18米跨屋架全跨单位荷载
作用下各杆件的内力值
c.18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
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屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑(如图1-1所示)。
屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板,120mm厚珍珠岩()的保温层,三毡四油铺绿豆沙防水层,20mm厚水泥砂浆找平层,屋面雪荷载为,钢材采用3号钢。
2荷载计算
2.1永久荷载
预应力钢筋混凝土大型屋面板:
三毡四油防水层及及找平层(20mm):
120mm厚泡沫混凝土保温层:
屋架自重和支撑自重按经验公式(跨度l=18m)
2.2可变荷载
屋面雪荷载:
2.3荷载组合
永久荷载可变荷载为主要荷载组合,屋架上弦节点荷载为:
3内力计算
桁架杆件的内力,在单位力作用下用图解法(图2-1)求得表3-1。
表3-1
杆件
轴线
单位荷载内力
F荷载内力(kN)
上
弦
杆
B-①
1357
0
0
C-③
1508
-6.223
-238.030
D-④
1507
-6.223
-238.030
E-⑥
1508
-8.996
-344.097
F-⑦
1507
-8.996
-344.097
G-⑨
1508
-9.105
-348.266
下
弦
杆
②-O
2850
+3.479
+133.072
⑤-O
3000
+7.961
+304.508
⑧-O
3000
+9.270
+354.578
斜
杆
①-②
2530
-6.502
-248.702
②-③
2613
+4.586
+175.415
④-⑤
2864
+3.381
-129.323
⑤-⑥
3124
+1.884
+72.063
⑦-⑧
3124
-0.690
-26.393
⑧-⑨
3124
-0.463
-17.710
竖
杆
A-①
1990
-0.500
-19.125
③-④
2290
-1.000
-38.250
⑥-⑦
2590
-1.000
-38.250
⑨-⑩
2890
+0.812
+31.059
4截面选择
4.1上弦杆截面选择
上弦杆采用相同截面,以最大轴力G-⑨杆来选择:
在屋架平面内的计算长度,屋架平面外的计算长度。
选用两个不等肢角钢,长肢水平。
截面几何特性(长肢水平双角钢组成T形截面,节点板根据腹杆最大内力选用板厚8mm):
截面验算:
大型屋面板与上弦焊牢,起纵横向水平支撑作用,上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。
4.2下弦杆截面选择
下弦杆也采用相同截面,以最大轴力⑧-O杆来选择:
在屋架平面内的计算长度:
,屋架平面外的计算长度:
。
所需截面面积为:
选择两个不等肢角钢,长肢水平。
截面几何特点:
另两个节点的下弦杆内力较小,但,故须验算其屋架平面外的长细比:
4.3支座竖杆截面选择
杆轴力:
计算长度:
,采用两个等肢角钢,组成T型截面
截面几何特性:
,,
截面验算:
4.4支座斜杆截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个不等肢角钢,长肢相拼。
截面几何特性:
截面验算:
4.5斜杆②③截面选择
杆轴力:
计算长度:
所需截面:
选用两个等肢角钢,组成T形截面
截面特性:
4.6竖杆③④截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个等肢角钢,组成T形截面。
截面几何特性:
截面验算:
4.7斜杆④⑤截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个等肢角钢,组成T形型截面
截面几何特性:
截面验算:
4.8斜杆⑤⑥截面选择
杆轴力:
计算长度:
所需截面:
采用两个等肢角钢,组成T形型截面
截面几何特性:
4.9竖杆⑥⑦截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个等肢角钢,组成T形截面
截面几何特性:
截面验算:
4.10斜杆⑦⑧截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个等肢角钢,组成T形截面
截面几何特性:
截面验算:
4.11斜杆⑧⑨截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个等肢角钢,组成T形截面
截面几何特性:
截面验算:
4.12竖杆⑨⑩截面选择
杆轴力:
计算长度:
采用两个等肢角钢,组成T形截面
截面几何特性:
截面验算:
各杆件截面选择结果列表如下表4-1
杆件
计算内力(kN)
截面规格
截面面积
()
计算长度(cm)
迴转半径(cm)
长细比
容许长细比
稳定系数
应力N/mm2
名称
编号
5节点设计
各节点的节点板厚一律取8mm,各杆内力如图5-1所示。
5.1下弦节点i设计(如图6-2所示)
首先,计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸,然后按比例绘出节点板形状和尺寸,最后验算下弦与节点板的连接焊缝。
已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值:
设杆②③的肢背和肢尖焊缝分别是和,则所需焊缝长度为:
肢背:
取110mm
肢尖:
取80mm
设杆④⑤的肢背和肢尖焊缝分别是和,则所需焊缝长度为
肢背:
取100mm
肢尖:
取80mm
设杆③④的肢背和肢尖焊缝均为,则所需焊缝长度为
肢背:
取165mm
肢尖:
取165mm
根据上述腹杆焊缝长度,并考虑杆件之间应留有间隙,按比例绘出节点大祥图5-1,从而确定节点板尺寸为。
下弦与节点板连接的焊缝长度为385mm,,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差所受较大的肢背处焊缝应力为:
5.2下弦节点j的设计(图5-2)
设节点所有焊缝为,所需焊缝长度如下:
杆⑤-⑥
肢背:
肢尖:
杆⑥-⑦
肢背:
肢尖:
杆⑦-⑧
肢背:
肢尖:
所有焊缝均按构造(节点板尺寸)确定,焊缝长度均需大于60mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为320mm,,焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差所受较大的肢背处焊缝应力为:
焊缝强度满足要求。
5.3下弦节点k的设计
下弦杆一般都采用同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合,并便于施焊,需将拼接角钢的尖角削除,且截去垂直肢的一部分宽度(一般),拼接角钢这部分削弱,可以靠节点板来补偿。
接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算(如图5-3)
设焊缝,则所需一条焊缝计算长度为:
拼接角钢的长度取400mm>131.9×2=263.8mm
屋架分成两个运输单元,设置工地焊缝长度拼接,左半边的弦杆和腹杆与节点板连接用工厂焊缝,而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝。
中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂,为便于工地拼接,在拼接的角钢与右半边斜杆上,设置螺栓孔。
作为安装施焊前的定位之用。
下弦杆与节点板之间用焊缝满焊。
斜杆⑧-⑨和竖杆⑨-⑩的内力均很小,肢背与肢尖焊缝,施焊长度均可按构造采用,至少60mm,采用390×290×8mm,所有焊缝均满焊,焊缝长度均大于所需长度。
5.4支座节点h设计
为了便于施焊,下弦焊与支座底板的距离取130mm,在节点中心设置加劲肋,加劲肋高度与节点板高度相等。
5.4.1支座底板计算
支座反力:
支座底板的平面尺寸取,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,则实承面积为:
验算柱顶混凝土的抗压强度:
式中——钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值。
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。
每块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板,每块板的单位宽度最大弯矩为:
式中q——底板所受的均布反力,
——两支承之间的对角线长度,
——系数,由查课本表5-6确定,为两支承边的相交点到对角线的垂线距离,由相似三角形的关系得:
查表5-5得
底板厚度:
取20mm
5.4.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算
加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似,假定一个加劲肋的受力为屋架
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- 厂房 普通 屋架 设计