跨度21米梯形钢屋架课程设计计算书.docx
- 文档编号:28233429
- 上传时间:2023-07-09
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:708.73KB
跨度21米梯形钢屋架课程设计计算书.docx
《跨度21米梯形钢屋架课程设计计算书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《跨度21米梯形钢屋架课程设计计算书.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
跨度21米梯形钢屋架课程设计计算书
梯形钢屋架课程设计
一、设计资料
(1)、某工业厂房,建筑地点在太原市,屋盖拟采用钢结构有檩体系,屋面板采用100mm厚彩钢复合板(外侧基板厚度0.5mm,内侧基板厚度0.4mm,夹芯材料选用玻璃丝棉,屋面板自重标准值按0.20kN/m2计算),檩条采用冷弯薄壁C型钢。
屋架跨度21m,屋面排水坡度i=1:
10,有组织排水。
屋架支承在钢筋混凝土柱(C30)上,柱顶标高9.0m,柱距6m,柱截面尺寸为400×400mm。
厂房纵向长度60m。
基本风压0.40KN/m2,基本雪压0.35KN/m2。
不考虑积灰荷载。
注:
屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值可按下列数值考虑:
0.30kN/m2(6.0m)
(2)、屋架计算跨度:
L0=21-2×0.15=20.7m
(3)跨中及端部高度:
屋盖拟采用钢结构有檩体系,屋面排水坡度i=1:
10,取屋架在21m轴线处的端部高度h0’=1.99m,屋架的中间高度h=3.025m,则屋架在20.7m,两端的高度为ho=2.004m。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图2-1所示
根据厂房长度(60m),跨度及荷载情况,设置两道上下横向水平支撑。
因为柱网采用封闭形式,厂房横向水平支撑设在两端第二柱间,
图2-1梯形屋架形式和几何尺寸
在第一柱间的上弦平面设置了刚性系杆,以保证安装时的稳定。
在第一柱间的下弦平面也设置了刚性系杆,以传递山墙风荷载。
梯形钢屋架支撑布置如图2-2.
桁架上弦支撑布置图
桁架下弦支撑布置图
垂直支撑布置1-1
垂直支撑布置2-2
SC—上弦支撑XC—下弦支撑CC—垂直支撑GG—刚性系杆LG—柔性系杆
图2-1梯形屋架支撑布置图
三、荷载计算
荷载:
屋架的受荷水平投影面积为:
,故按《建筑结构荷载规范》取屋面活荷载(按不上人屋面)标准值为0.5kN/m2,雪荷载为0.35kN/m2,取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.5kN/m2。
L为屋架跨度,以m为单位。
积灰荷载不考虑
1、荷载标准值。
1>永久荷载标准值
屋面板0.2KN/m2
屋架及支撑0.3
2>可变荷载标准值
基本雪压 0.35KN/m2
基本风压 0.4KN/m2 (屋面倾角<30。
故不考虑)
活荷载 0.50KN/m2
因为活荷载较基本雪压大,故采用活荷载作为设计使用。
2、设计屋架时应考虑以下三种组合
1>全跨永久荷载作用下
P1=(0.2+0.3)×6×1.5=4.5KN
2>全跨可变荷载作用下
P2=0.5×6×1.5=4.5KN
3>当基本组合由永久荷载控制时上弦节点设计值
Sq=1.35×4.5+1.4×0.7×4.5=10.5KN
当基本荷载由可变荷载控制时上弦节点设计值
Sp=1.2×4.5+1.4×0.5×6×1.5=11.7KN
可知由可变荷载控制取F=11.7KN
3、节点荷载计算,考虑以下三种荷载组合
1.全跨永久荷载+全跨可变荷载
2.全跨永久荷载+半跨可变荷载
3.屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载(取等于屋面使用荷载)设
F1——由永久荷载换算的节点集中荷载
F2——由可变荷载换算的节点集中荷载
F3——由部分永久荷载(屋架及支撑)换算的节点集中荷载
F4——由部分永久荷载(屋面板重)及可变荷载(屋面活荷载)换算的节点集中荷载
则F1=1.2×4.5=5.4KN
F2=1.4×1×0.5×6×1.5=6.3KN
F3=1.2×0.3×6×1.5=3.24KN
F4=(1.2×0.2+0.5)×6×1.5=8.4KN
F=F1+F2=9.7KN
四、内力组合计算
(1)、屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图3-1所示:
图3-1荷载组合作用下的计算简图
由以下图3-2得F=1时屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨和右半跨)
21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
图3-2屋架各杆件的内力系数
(2)、由屋架各杆件的内力系数求出各种组合荷载情况下的内力,计算结果见下表:
(F=28.254KNF1=22.239KNF2=6.3KNF3=4.257KNF4==8.73KN)
杆件名称
内力系数
第一种组合
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)
F×
(1)
F1×
(1)+F2×
(2)
F1×
(1)+F2×(3)
F3×
(1)+F4×
(2)
F3×
(1)+F4×(3)
上弦
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0
BC,CD
-7.472
-5.31
-2.162
-72.4784
-73.8018
-53.9694
-70.56558
-43.08354
-72.4784
DE,EF
-11.262
-7.339
-3.923
-109.2414
-107.0505
-85.5297
-100.5584
-70.73667
-109.241
FG,GH
-12.18
-6.861
-5.319
-118.146
-108.9963
-99.2817
-99.35973
-85.89807
-118.146
下弦
ac
4.1
3.01
1.09
39.77
41.103
29.007
39.5613
22.7997
39.77
ce
9.744
6.663
3.081
94.5168
94.5945
72.0279
89.73855
58.46769
94.5168
eg
11.962
7.326
4.636
116.0314
110.7486
93.8016
102.71286
79.22916
116.0314
gh
11.768
5.884
5.884
114.1496
100.6164
100.6164
89.49564
89.49564
114.1496
斜腹杆
Ba
-7.684
-5.641
-2.043
-74.5348
-77.0319
-54.3645
-74.14209
-42.73155
-74.5348
Bc
5.808
3.96
1.848
56.3376
56.3112
43.0056
53.38872
34.95096
56.3376
Dc
-4.409
-2.633
-1.776
-42.7673
-40.3965
-34.9974
-37.27125
-29.78964
-42.7673
De
2.792
1.222
1.57
27.0824
22.7754
24.9678
19.71414
22.75218
27.0824
Fe
-1.572
-0.047
-1.525
-15.2484
-8.7849
-18.0963
-5.50359
-18.40653
-15.2484
Fg
0.328
-1.039
1.367
3.1816
-4.7745
10.3833
-8.00775
12.99663
12.99663
-8.00775
Hg
0.713
1.913
-1.2
6.9161
15.9021
-3.7098
19.01061
-8.16588
19.01061
-8.16588
竖杆
Aa
-0.5
-0.5
0
-4.85
-5.85
-2.7
-5.985
-1.62
-5.985
Cc,Ee
-1
-1
0
-9.7
-11.7
-5.4
-11.97
-3.24
-11.97
Gg
-1
-1
0
-9.7
-11.7
-5.4
-11.97
-3.24
-11.97
五、杆件计算
腹杆最大内力N=-118.146kN,查表2.8(课本40页),点板厚度选用8mm,支座节点板厚度选用8mm。
1.上弦杆(图5-1)
整个上弦采用等截面,按FG、GH杆件的最大内力设计。
N=-118.146kN=--118146N,上弦杆平面内计算长度lox=lo=150.75cm;在屋架平面外,
根据支撑布置和内力变化情况,平面外计算长度loy=450cm,
根据屋架平面外上弦杆的计算长度,上弦截面选用两个不等肢角钢,短肢相并,如图5-1所示
图5-1上弦杆截面图
上弦截面
腹杆最大内力N=--74.5344KN,查表知,中间节点板厚度选用8mm,支座节点板厚度选用8mm。
设λ=80,查轴心受压稳定系数表
=0.688
则需要截面积为
=
=118146/(0.688×215)=798.7mm2
需要回转半径:
ix=l0x/λ=1507.5/80=18.125mm2
iy=l0y/λ=4500/80=56.25mm2
根据需要的
ix,iy查角钢型钢表,初选2L125×80×8,肢背间距a=8mm,则A=3197.8
,ix=2.37cm,iy=5.92cm。
按所选角钢进行验算:
λx=l0x/ix=1507.5/23.7=63.6<
=150
λy=l0y/iy=4500/59.2=76.7<
=150
则满足长细比<=[λ]=150的要求。
因为b1/t=125/8=15.62<0.56l0y/b1=0.56×4500/125=20.16
所以λyz=λy=76.7查表
y=0.714,则
N/(
XA)=118146/(0.714×3197)=51.75<215N/mm2
2.下弦杆
整个下弦杆采用同一截面,按最大内力计算N=-116.031KN。
计算长度:
屋架平面内取节点间轴线长度lox=3000mm。
屋架平面外根据支撑布置,取loy=20700/2=10350mm。
所需的净截面面积A=N/f=116031/215=539.67mm2=5.39cm2
选用2L100×63×10(短肢相并),肢背间距a=8mm。
见图5-2:
图1.18下弦截面
查表得:
A=1923mm2=19.23cm2>5.39cm2,ix=1.79cm,iy=4.78cm.
λx=lox/ix=300/1.79=169.50<350
λy=loy/iy=1035/4.78=224.51<350
因为b1/t=100/6=16.7<0.56l0y/b1=0.56×10350/100=57.96
所以可以近似认为λyz=λy=224.51
σ=N/A=116031/1923=60.33MPa<215MPa
3)斜腹杆
●杆aB
杆件轴力:
N=--74.5348KN=-74534N
计算长度:
loy=2530mmlox=0.8×2530=2024mm
因为lox=loy,故采用不等肢角钢,长肢相并,使ix≈iy。
选用2L75×50×8,肢背间距a=8mm,则A==18.934cm2,ix=2.35cm,iy=2.19cm.
λx=lox/ix=202.4/2.35=86.1<150
λy=loy/iy=253/2.19=115.5<150
因λy>λx,只需求
y。
查表
y=0.464,则
σ=N/(
yA)=74534.8/(0.464×1893.4)=84.8N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆Bc
杆件轴力:
N=56.337KN=56337N
计算长度:
loy=2612mmlox=0.8×2612=2090mm
选用2L75×50×8,肢背间距a=8mm,则A==18.934cm2,ix=2.35cm,iy=2.19cm.
λx=lox/ix=209.0/2.35=88.9<350
λy=loy/iy=261.2/2.19=119.5<350
因λy>λx,则可以近似认为λyz=λy=119.5
σ=N/A=56337/1893.4=29.75N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆cD
杆件轴力:
N=-42.7673KN
计算长度:
lloy=2859mmlox=0.8×2859=2287mm
选用2L70×6,肢背间距8mm,则A=16.32cm2,
=2.16cm,
=3.09cm.
λx=lox/ix=228.7/2.16=102.7<150
λy=loy/iy=285.9/3.09=78.97<150
因λx>λy,只需求
x。
查表
x=0.549,则
σ=N/(
XA)=427673/(0.549×1632)=107.54N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆De
杆件轴力:
N=27.0824KN
计算长度:
loy=2859mmlox=0.8×2859=2287mm
选用2L70×6,肢背间距a=8mm,则A=16.32cm2,
=2.16cm,
=3.09cm.
λx=lox/ix=228.7/2.16=102.7<350
λy=loy/iy=285.9/3.09=78.9<350
因λx<λy,,则可以近似认为λyz=λyX=102.7
σ=N/A=27082/1632=16.59N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆eF
杆件轴力:
N=-15.2484KN
计算长度:
loy=3114mmlox=0.8×3114=2491mm
选用2L63×8,肢背间距8mm,则A=19.02cm2,
=1.9cm,
=2.95cm.
λx=lox/ix=249.1/1.9=131.1<150
λy=loy/iy=311.4/2.95=105.5<150
因λx>λy,只需求
x。
查表
x=0.387,则
σ=N/(
XA)=152484/(0.387×1902)=20.34N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆Fg
杆件轴力:
N=-12.9966KN
计算长度:
loy=3114mmlox=0.8×3114=2491mm
选用2L63×8,肢背间距8mm,则A=19.02cm2,
=1.9cm,
=2.95cm.
λx=lox/ix=249.1/1.9=131.1<150
λy=loy/iy=311.4/2.95=105.5<150
因λx<λy,,则可以近似认为λyz=λyX=131.1
σ=N/A=12996.63/1902=6.83N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆gH
杆件轴力:
N=-19.010KN
计算长度:
loy=3376mmlox=0.8×3376=2700mm
选用2L70×6,肢背间距a=8mm,则A=16.32cm2,
=2.15cm,
=3.19cm.
λx=lox/ix=2700/2.15=126.0<350
λy=loy/iy=339/3.19=106.3<350
因λx>λy,则可以近似认为λyz=λyX=126
σ=N/(
XA)=19010/1632=11.6/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
4)竖杆
◆端部竖杆Aa
杆件轴力:
N=--4.85KN
计算长度:
lox=2004mm,loy=2004mm
选用2L50×5,肢背间距a=8mm,则A=9.61cm2,
=1.53cm,
=2.38cm.
λx=lox/ix=200.4/1.53=130.9<150
λy=loy/iy=200.4/2.38=84.2<150
因λx>λy,只需求
x。
查表
x=0.3834,则
σ=N/(
XA)=4850/(0.3834×961)=13.1N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
◆其他竖杆Cc、Ee、Gg
这三根杆件受力相同而且较小,以最不利杆件Gg(长度最大)确定断面。
由于受力较小,可按长细比选择截面。
最大压力:
N=-11.97KN
计算长度:
l0x=0.8×2877=2301mm,loy=2877mm
ix=lox/[λ]=2301/150=15.34mm
iy=loy/[λ]=2877/150=19.18mm
选用2L63×8,肢背间距a=8mm,则A=19.02cm2,
=1.90cm>1.54cm,
=2.95cm>1.93cm.
λx=lox/ix=230.1/1.90=121.1<150
λy=loy/iy=287.7/2.95=97.5<150
因λx>λy,只需求
x。
查表
x=0.432,则
σ=N/(
XA)=11970/(0.432×1902)=14.56N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
5)由于该屋架为对称结构,且荷载为对称荷载,故其他各杆截面设计由以上计算结果即可得到.5-1表
名称
杆件编号
内力(KN)
计算长度L0(cm)
截面形式和规格
截面面积(cm2)
回转半径
长细比
容许长细比
稳定系数
杆件应力(KN/mm2)
Lox
Loy
ix
iy
λx
λy(λyZ)
上弦
FG,GH
-118.15
150.7
450
2L125×80×8
31.978
2.37
5.92
63.6
76.7
150
0.714
-51.745134
下弦
eg
116.031
300
103.5
2L100×63×10
19.32
1.79
4.78
169.5
224.51
350
60.33
腹杆
Ba
-74.535
202.4
253
2L75×50×8
18.934
2.35
2.19
86.1
115.5
150
0.464
84.8
Bc
56.3376
209
261.2
2L75×50×8
18.934
2.35
2.19
88.9
119.5
350
29.75
Dc
-42.767
228.7
285.9
┙┕2L70×6
16.32
2.16
3.09
102.7
78.97
150
0.549
107.54
De
27.0824
228.7
285.9
┙┕2L70×6
16.32
2.16
3.09
102.7
102.7
350
16.59
Fe
-15.248
249.1
211.4
┙┕2L63×8
19.02
1.9
2.95
131.1
105.5
150
0.387
20.34
Fg
12.9966
249.1
211.4
┙┕2L63×8
19.02
1.9
2.95
131.1
131.1
350
6.83
Hg
19.0106
270
337.6
┙┕2L70×6
16.32
2.16
3.09
126
126
350
11.6
Aa
-5.985
200.4
200.4
┙┕2L50×5
9.61
1.53
2.38
130.9
84.2
150
0.383
13.1
Cc,Ee
-11.97
2280
2851
┙┕2L63×8
19.02
1.9
2.95
120
96.6
150
0.341
18.53
Gg
-11.97
2301
2877
┙┕2L63×8
19.02
1.9
2.95
121.1
97.5
150
0.432
19.24
六、节点设计
各杆件内力由表内力表查得,。
设计步骤:
由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸,即Hf和lw,然后根据lw的大小比例绘出节点板的尺寸和形状,最后验算先弦杆与节点板的连接焊缝。
用E43焊条时,角焊缝的抗拉,抗压和抗剪强度设计值
最小焊缝长度不应小于8
和40mm
1下弦节点c,见图6-1。
(1)斜杆Bc与节点的连接焊缝计算:
N=56.337KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和6mm,所需焊缝长度为:
肢背:
lw=0.7N/(2×0.7hf×ffw)=0.7×56337/(2×0.7×6×160)=29.3mm
用60mm;
肢尖:
lw=0.3N/(2×0.7hf×ffw)=0.3×56337/(2×0.7×6×160)=13.5mm用50mm
(2)斜杆cD与节点的连接焊缝计算:
N=-42.7673KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和6mm,所需焊缝长度为:
肢背:
lw=0.7N/(2×0.7hf×ffw)=0.7×42767/(2×0.7×6×160)=22.27mm
用50mm;
肢尖:
lw=0.3N/(2×0.7hf×ffw)=0.3×42767/(2×0.7×6×160)=9.54mm
用50mm
(3)cC杆的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取焊角尺寸Hf=5mm
(4)根据上面求得的焊缝长度,按构造要求留出杆件间应有的间隙并考虑制作和装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板的尺寸为400mm×280mm.
(5)下弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算
下弦与节点板连接的焊缝长度为
,取
,焊缝所受的力为左右两下
弦杆的内力差ΔN=(94.516-39.77)=54.746KN,对受力较大的肢背处焊缝进行强度验算:
Τf=0.75×ΔN/(2×0.7hf×lw)=0.75×54746/(2×0.7×6×(350-8))
=14.29(N/mm2) 焊缝强度满足要求。 2.上弦节点“B”(图6-2) (1)腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算 Bc杆与节点板的连接焊缝尺寸和下弦节点“c”相同。 Ba杆: NBa=-74.5348KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和6mm,所需焊缝长度为 肢背: lw1=0.65N/(2×0.7hf×ffw)=0.65×74534/(2×0.7×6×160)=36mm 用80mm; 肢尖: lw2=0.35N/(2×0.7hf×ffw)=0.35×74534/(2×0.7×6×160)=19.4mm用50mm (2)确定节点板尺寸(方法同下弦节点“c”) 确定节点板尺寸为 。 (3)上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算 为了便于在上弦搁置檩条和屋面板,节点板的上边缘可以缩进12mm,用塞缝连接,这时hf=t/2=3mm,lw1=lw2=400-8=392mm。 受集中力的影响P=10.5KN.。 则 τf=P/(2×0.7hf×lw)=10500/(2×0.7×3×(400-8)) =6.6(N/mm2)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 跨度 21 梯形 屋架 课程设计 计算