钢结构24米三角形屋架设计.docx
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钢结构24米三角形屋架设计.docx
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钢结构24米三角形屋架设计
钢结构24米三角形屋架设计
2016届课程设计
三角形钢屋架课程设计
说明书
学生姓名
学号
所属学院水利与建筑工程工程学院
专业土木工程
班级16-5
指导教师吴英
日期2014.12
塔里木大学教务处制
1三角形钢屋架课程设计任务书
设计内容
(1)选择钢屋架的材料;
(2)确定钢屋架的几何尺寸;
(3)屋架及屋盖支撑的布置;
(4)檩条的设计;
(5)钢屋架的设计;
(6)绘制钢屋架施工图。
设计题目:
钢屋架设计资料:
某厂房总长度90m跨度根据不同的编号号从附表中取,屋盖体系可从以下所给的类型中选取。
纵向柱距6m。
1.结构形式:
钢筋混凝土柱,三角形钢屋架。
柱的混凝土强度等级为C30,三角形
屋面坡度i=1:
2.5L为屋架跨度。
地区计算温度高于-20°C,无侵蚀性介质,地震设防烈度为8度,屋架下弦标高为18m厂房内桥式吊车为2台150/30t(中级工作制),锻锤为2台5t。
2.屋架采用的钢材、焊条为:
Q345钢,焊条为E50型。
3.屋盖结构及荷载
(2)有檩体系:
采用型钢檩条,压型钢板作屋面板。
标准值为0.58KN/m2
荷载:
屋架及支撑自重:
按经验公式q=0.12+0.011L,L为屋架跨度,以m为单位,q为屋架及支撑自重,以KN/m2为单位;
基本风压为0.50KN/m2,雪荷载为0.3KN/m2;保温层0.7KN/m2;积灰荷载1.3KN/m2设计内容:
1.屋架形式及几何尺寸确定
2.作屋盖结构及支撑的布置图;
3.选择钢材及焊接材料,并明确提出对保证项目的要求;
4.对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算;设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。
5.绘制钢屋架施工详图。
1、屋架尺寸屋架计算跨度:
l0=l-300=24000-300=23700mm
屋面倾角:
:
-=arctan」2148,sin:
=0.3714,cos:
=0.9285
2.5
上弦长度:
I=」12762mm
2cosa
节间长度:
12762
6
=2127mm
节间水平投影长度:
a=a'cos:
=2127X0.9285=1975mm
屋架几何尺寸见图2。
图二:
屋架几何尺寸(单位:
mm
2.檩条和支撑布置
根据屋面材料的最大容许檩距,可将檩条布置于上弦节点上(见图2),檩距为节间长度。
在檩条的跨中设置一道拉条。
根据厂房总长度60m,跨度为24m有中级工作制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素,可在厂房两端的第二开间设置一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑,并在同一开间两榀相邻屋架的腹杆间设置两道垂直支撑(在跨度1/3左右处各一道,见图3)。
上弦檩条可兼做系杆,故不另设系杆,在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆。
此外,在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆(见图3)。
3.3檩条的设计选用【12.6槽钢截面,由型钢表查得,自重12.32kg/0.12kNm,WX=62.1cm3,Wy=10.2cm3,Ix=391cm4。
1.荷载计算(对轻屋面,可只考虑可变荷载效应控制的组合)永久荷载:
(坡面)
压型钢板:
0.58X2.127=1.23366kNm檩条和拉条:
0.12kNm
2.217X
gk=1.35366kNm
可变荷载:
(檩条受荷水平投影面积为
6=12.76m2,没有超过60m2,故屋面均布活荷载取
0.5kN,m2,大于雪荷载,故不考虑雪荷载。
)
qk=0.5X2.217cos:
=0・5X2.217X0.9285=0.99kNm
X
-
X
J
X
图三屋面支撑布置(单位:
mm)檩条均布荷载设计值:
q=Ggk+Qqk=1.2X1.35366+1.4X
0.99=3.010392kNm
qx=qcos:
=3.010392X0.9285=2.795kNm
qy=qsin=3.010392X0.3714=1.118kNm
2.强度验算
弯矩设计值(见图4):
图4弯矩图
Mx=1qxl2=1x2.795X62=12・5775kN*m
88
My=-;qy(^)21X1.118x(6)2=1.5775kN*m
y8282
(因为在檩条的垮中设置了一道拉条)
檩条的最大应力(拉应力)位于槽钢下翼缘的肢尖处。
MX+My=12.57751061.25775106_
XWnxyWny=1.0562.11031.210.2103-
=89・24Nmm2Vf=215N.mm2
3.刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。
荷载标准值:
gk+S=1.35366+0.99=2.3436&nm
(qkgk)y=(gk+qk)cos:
=2.34366X0.9285=2.176kNm
v」X
l385
(gKE」彳窄600034丄」
Elx3852.0610339110447380150
因有拉条,不必验算整体稳定性。
故选用【12.6槽钢檩条能满足要求
3.4屋架节点荷载计算
1.永久荷载(水平投影面)
压型钢板
0.58x2.127=1.2336&nm2
拉条
檩条和
24=0.38kNm2
保温
0.7kN,m2
gk=2.43766kNm2
2.屋面活荷载
屋面活荷载为0.5kNm2。
3.风荷载
风荷载高度变化系数为1.25,屋面迎风面的体型系数为一0.328,背风面为一0.5,所以负风压的设计值为(垂直于屋面)
迎风面:
i=—1.4X1.25X0.328X0.4=-0.23kNm2
背风面:
‘2=—1.4X1.25X0.5X0.4=-0.35kNm2
1和「2均小于永久荷载(荷载分项系数取1.0)垂直与屋面的分量0.57X0.9285=0.53kNm2,所以永久荷载与风荷载联合作用下不会使杆件的内力变号,故风荷载产生的内力的影响不予考虑。
4.屋架上弦在檩条处的集中荷载
屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为
全跨永久+全跨可变(不包括风荷载)
q=ggkqqk=1.22.437661.4(0.51.3)=5.445kN/m2
转化为点荷载为
P=5.445x1.975x6=64.523kNm
3.5屋架杆件内力计算
由于屋面坡度较小,风荷载为吸力,且远小于屋面永久荷载,故其与永久荷载组合时不会增大杆件的内力,因此不予考虑。
芬克式屋架在半跨活荷载作用下,腹杆内力不会变号,故只需按全跨永久荷
载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的内力
屋架杆件内力计算可用图解法或数解法进行。
本例屋架为标准屋架,可直接由建筑结构设计手册查得各杆件的内力系数,然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。
分别如表2和图5所示。
图五杆件内力图(单位kN)
表2屋架杆件内力计算表
杆件名称
杆件
内力系数
内力设计值(kN)
上
弦
AB
-14.81
-955.585
BC
-13.66
-881.384
CD
-14.07
-907.838
DE
-13.70
-883.965
EF
-12.55
-809.7636
FG
-12.95
-835.57
下
弦
AH
+13.75
+887.19
HI
+11.25
+725.88
IJ
+7.50
+438.92
杆腹
DI
-2.79
-180.019
BH、CH
-1.21
-78.07
EK、FK
-1.21
-78.07
HD、DK
+2.50
+161.3
IK
+3.75
+241.96
KG
+6.25
+403.27
GJ
0.00
0
注:
负为受压,正为受拉。
3.6杆件截面的选择
弦杆端节间最大内力为—955.585kN,由焊接屋架节点板厚度选用表,可选用屋架中间节点板厚度为8mm,支座节点板厚度为10mm。
1.上弦杆
整个上弦杆不改变截面,按最大内力计算。
Nmax=—955.585kN,lox=212.7cm,山=2匚=2X
212.7=425.4cm。
选用2L180X14组成的T形截面,节点板厚为8mm查型钢表得
A=2X48.896=97.792cm2,j=5.56cm,iy=8.0cm
根据max=y=53.75查表得=0.842,则
Vf=215n,mm2
故选择截面合适
2.下弦杆
下弦杆也不改变截面,按最大内力计算Nmax=+887.佃kN,屋架平面内的计算长度取最大节间IJ长度,即lox=497.6cm。
因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆,故屋架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离,即loy=1185cm。
3
所需截面面积为:
An=f=887.29510=41.26cm2
选用2L125X80X12短肢相连的T形截面,由型钢表查得
a=a=23.4X2=46.8cm2,ix=2.24cm,iy=6.08cm
N—887.19103
2~
A46.810
=189.6Nmm2vf=215Nmm2
=也=497^=222v1=350
ix1.44
y=也=竺=194.9vI1=350
iy6.08
故所选截面合适。
3.腹杆
(1)DI杆
Ndi=—152.0829kN,lOx=0.8i=0.8X
255.5=204.4cm,g=i=255.5cm
选用2L70X6,A=2X8.16=16.32cm2,
ix=2.15cm,iy=3.2cm。
二=血二2044=95.07VI1=150
xix2.5
y=f欝79.84V「=150
Vf=215n.mm2
根据.max=x=95.07,查表得=0.588,则
N—152.0829103.2
=2=158.48Nmm
A0.58816.3210'
所选截面合适。
(2)BHCHEKFK杆
N=-78.07kN,i=166.4cm
选用匚70X8单角钢截面,A=10.667cm2
iyo=1.37cm,则
io=0・9i=0・9X166.4=149.8cm
yo
上=1498=109:
:
:
丨1=150iyo9.37
由=109,查表得=0.499。
单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计
值折减系数为
r==0.6+0.0015=0.6+0.0015X109=0.76
3
—=78.07102=146.67Nmm2Vrf=0.76
A0.49910.66710
215=164.15Nmm2
故所选截面满足要求。
(3)HDDK杆
N=161.3kN,丨=343
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