钢结构桁架设计计算书.docx
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钢结构桁架设计计算书
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吉构桁架设计计算书
-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1
renchunmin
一、设计计算资料
1.办公室平而尺寸为18mX66m,柱距8m,跨度为32m,柱网采用封闭结合。
火灾危险性:
戊类,火灾等级:
二级,设计使用年限:
50年。
2.屋面采用长尺复合屋而板,板厚50mm,楝距不大于1800mm.梯条采用冷弯薄壁卷边槽钢C200X70X20X,屋面坡度匸1/20〜1/8。
3.钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上,柱顶标髙,柱上端设有钢筋混凝上连系梁。
上柱截而为600mmX600mm,所用混凝上强度等级为C30,轴心抗压强度设讣值/c=mm2o
抗风柱的柱距为6m,上端与屋架上弦用板铁连接。
4.钢材用Q235-B,焊条用E43系列型。
5.
屋架采用平坡梯形屋架,无天窗,外形尺寸如下图所示。
kN/m2J—
kN/m2_J_
kN/m2
kN/m2丿”
査型钢表
+0.01/kN/m2L
7.屋盖荷载标准值:
(I)屋而活荷载
⑵基本雪压So
⑶基本风圧W0
(4)复合屋面板自重
(5)梯条自重
(6)屋架及支撑自重
8.运输单元最大尺寸长度为9m,高度为。
二、屋架几何尺寸的确定
1•屋架杆件儿何长度
屋架的汁算跨度/()=厶-300=18000-300=1770077/77,端部髙度取
Ho=150(劝""跨中高度为
H=汕)+丄厶=1500+卩型=1942.5〃〃”,取H=1943mm。
跨中起拱高度为60mm22x20
(L/500)。
梯形钢屋架形式和儿何尺寸如图1所示。
'11
2U
(虚线为起拱后轮廓)
2•標条、拉条、及撑杆:
长尺复合屋面板可以不考虑搭接需要,標条最大允许间距为1800mm。
另外,屋架上弦节点处一般应设標条。
所以,将標条设置在各上弦结点上,標距为1502mm,標条跨度在4~6〃?
时,至少在跨中布置一道拉条,跨度大于6川时,宜布置两道。
此標条跨度为
9m,可在3分点处分别布置一道拉条,布置如下图:
3.屋盖支撑布置
1、设置支撑的必要性及图示
必要性:
平面屋架在其本身平面内,山于弦杆与腹杆构成了三角形儿何不变狡接体系而具有较大刚度,但在垂直于屋架平面内,不设支撑体系却不能保持其儿何不变,当在屋架端部两屋架间未设置垂直支撑时,虽然有標条和系杆的连系,屋架相互间仍是儿何可变的,在侧向为作用下屋架会倾斜。
各支撑作用:
1)横向支撑上弦平面横向支撑能保证上弦杆的侧向稳定性,当山墙柱的上端支撑于屋架上下弦某些节点上时,横向支撑可传递山墙上的纵向水平荷载。
2)纵向支撑与横向支撑一起形成水平刚性盘,增加房屋整体刚度,在车间i殳有吊车时,在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用,可减轻受荷载较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形,有托梁时,可保证托梁的侧向稳定。
3)垂直支撑保持屋架侧向的儿何特性和稳定性,下弦无横向支撑时,作为下弦系杆的节点,传递山墙所受纵向风荷载等至屋架柱,保证吊装屋架时的稳定和安全。
CC2
GG2
CC4
GG2
CC2s
ixlx
LG5
1[xlxlxi
LG5
IXIX
CC1LGX
垂鸟支阳1
其中SC为上弦支撑、XC为下弦支撑、CC为垂直支撑、GG为刚性系杆、LG为柔性系杆、GWJ为屋架。
K永久荷载(水平投影面)
合计nf
2、可变荷载(水平投影面)
屋面荷载和雪荷载不会同时出现,计算时,取较大的荷载标准值进行计算。
故取屋面活荷载kN/nf进行计算。
3、风荷载
风压高度变化系数为,屋面迎风面的体型系数为,背风面为,所以负风压标准值(垂直于屋面)为:
迎风面:
VV1=-1.0x0.6x1.025X0.45=-0.27675kN/nf背风面:
W2=-1.0X0.5X1.025X0.45=-0..230625kN/m7
对轻型钢屋架,当风荷载较大时,风吸力可能大于屋面永久荷载,此时屋架弦杆和腹杆中的内力均可能变号,必须考虑风荷载组合。
但此处风荷载小于永久荷载,故不考虑风荷载的影响。
五、屋架杆件内力计算与组合
由永久荷载控制的荷载组合值为:
1.35x0.628+0.7x1.4x0.50=1.3378kN/m2
由可变荷载控制的荷载组合值为:
1.2x0.628+1.4x0.50=1.4536kN/nf故可变荷载效应起控制作用。
每个节点的负载面积为9x1.5=13.5m1
1压型钢板X=
2標条(m)X=
3屋架及支撑自重X=
4活荷载取为X=
1、荷载组合
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)全跨屋架、支撑及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载
组合一:
全跨永久荷载+全跨可变荷载:
中间节点荷载:
片,=1・2><(①+②+③)+1.4x④=19.62kN
端部节点荷载:
^=-^-=9.81kN
2
内力组合1
组合二:
全跨永久荷载+半跨可变荷载:
(假设半跨可变荷载在左边半跨)左中结点荷载〈中=1.2x(①+②+③)+1.4x④二19.62kN左端结点荷载P钿二牛=9.81kN
2
右中结点荷载P.-I|=1.2x(®+②+③)=10.17kN
右端结点荷载P.=-^=5.09kN
正中结点荷载pH-19-62+1()-17=14.90kN
196219.6219.6219.62196210171017101710.171017
9.8119.6219.62伦62何62体9010.1710.1710.1710.175.09
内力组合2
组合三:
全跨屋架及支撑自重+半跨屋面结构材料+半跨施工荷载:
(假设半跨屋面结构材料+半跨施工荷载在左半跨)
左中结点荷载R:
中=1.2x(①+②+③)+1.4x④=19.62kN
右中结点荷载片中=1・2x③=6.80kN
右端结点荷载P僦二写=3.40kN
内力组合3
2.由结构力学求解器求得各杆内力
杆件
组合一
(kN)
组合二(kN)
组合三(kN)
内力设计值
(kN)
在左
在右
在左
在右
下弦杆
ab
0
0
0
0
0
0
b
d
df
fh
hj
jk
上弦杆
A
B
B
C
C
D
D
E
EF
F
G
G
H
HI
J
JK
竖杆
kJ
Kk
o
o
o
o
o
o
斜杆
Ef
Gf
Ih
•ij
将上表中每根杆件的内力最大值选出,即得到最不利内力组合,如下图:
杆件最不利布置组合
六.屋架节点板厚度,杆件截面选择和填板设置。
1.屋架节点板厚度确定
一个桁架的所有节点板厚宜相等(支座节点板比其他节点板厚2mm),根据受力最大杆件来确定,所有腹杆中,/W杆的内力最大,为181kN<<300KN,查表得:
屋架中间节点板厚度取8mm,支座节点板厚度取lOmmo
2.杆件截面选择
⑴上弦杆
上弦杆IJ和JK所受轴力最大,为受压杆,内力设计值为N=-659.88kNo
规范规定弦杠在桁架平面内的讣算长度均取lox=l故上弦杠/ar=150.2c/n
平面外侧向支承点的间距为节间长度的3倍,故/()>,=31=450.6cm
上弦截面选用两不等肢角钢短肢相并,设2=70,0=0.751,
N=
(P'f
=659.88x27加
0.751x215x10-
且节点板斥为8mm*试选截面2Z140x90xl0,短肢相并
其截面儿何特性:
L=2.56cm,iy=6.69cm,A=44.522c",
截面验算:
A=—=兰弓=58.67 ix2.56i、.6.69 9 对短肢相并不等边双角钢: 也〃=140/8=15.625<0.56/^,/^=0.56x4506/140=18.024 故可近似取=2V=67.35 取max{&,&: }=2V.=67.35,查表得 =194.002 N659.88xl03 ~"0.764x44.522x102 所选截面满足。 ⑵下弦杆 下弦杆hj轴力最大,为受拉杆,内力设计值为N=661・5弘V 下弦杆计算长度: lox=300cmzloy=1485c/n f215xlO2 =30.77cm2 节点板斥度为8mm,试取截面2Z125x80x8,短肢相并其截面儿何特性: ix=2.28cm/iy=6.00e/n,A=31.978czw2 截面验算: ^x=—=—=131.58<[A]=350人=红=耳空=247.5<[小350 ix2.28ix6.00 N661.58x10'i2£a*m■> cr=—=r=206.89N/inin~ A31.978x102'' 所选截面满足。 ⑶受压腹杆 腹杆中受压力最大者,即Cb1=T- 内力设计值为N=-214.953 由于为单系斜杆,故其计算长度: : =0.8/=0.8x222.3=177.84切 loy=1=222.3cm 上弦截面选用两不等肢角钢长肢相并,设2=100,0=0.555, f=2\5N/mm2, 竺=22Z3=2.22⑷ 2100 N 214.95x10'. A=——=(P'f O.555x215xlO2 且节点板斥为8mrn*试选截面2Z75x50x8,长肢相并其截面儿何特性: ix=2.35cm,iy=2A9cm,A=18・934c〃『, 截面验算: 人=也=耳孚=75.68v[刀二150 IY2.35 &=k.=rrl2=101.51<[2]=150 ■'/\2.19L」 对长肢相并不等边双角钢: b2/t=50/8=6.25<0.48/,v//? 2=0.48x2223/50=21.34 '\f)9x504 =101.51x1+2CU=103.70 22232x8J 取max{入,心}=Ayz=103.70,查表得(p=0.542 N (7== (p-A =214-95x102-209.46N/mm2 0.542xl8.934xl02/1 所选截面满足。 ⑷受拉腹杆 腹杆中受拉力最大者,即Ab杆,其内力设计值为N=239.893 计算长度: /a=0.8x201.8=161.44c/? ? /ov=201.8cm =1\A6cm2 A=/V=239.89x10-f215xl02 节点板厚度为8mm,试取截面2Z50x6,其截面儿何特性: ix=1.52cm9i、=2.40cm/A=11.376cm2 l16144 截面验算: ^=-=-^=106.21<[2]=350 201,8 2.40 =84.08<[2]=350 239杯&“OHN/呦 11.376xl02' 所选截面满足。 其余杆件截面选择见表 件杆 内N) V 几何长度(mm) jVIZ忻I 截Iftllfll积(cm习 □ 容许长细比 s 验算强度N/An或整体稳定 N/(4)min A) 填板数虽 □ 一名称 编号 □ □ 4fyv Q a □ □ 上弦杆 ABBCCDDEEFFGGH HIIJ JK 60 6 ■ 02 15 02 15 6 50 4 50 1 1 E 70 50 1 E 70 50 1 E 80 1 60 1 E 180 60 1 E 250 90 1 E 250 90 1 E 280 Do 1 1 E 280 00 1 1 E 280 00 1 1 E 280 00 1 下弦杆 abbd出fhm氷 2 6 6 3000 00 300 2 3 6 50 3 1 E 50 50 1 E 30 1 50 1 E 220 80 1 E 70 2 90 1 E 280 00 1 1 E 70 2 90 受压腹杆 Q 6 19 ■ Q □ n n n Q n Q 8 Q □ B Q Q Ll □ n n n Q n Q 4 Q Q 15 2 ■ n H Li □ n n n Q n Q 8 Q Q La n n □ n n n Q n Q 4 Q Q 9 3 J H £ □ n n n B n n 8 s R Q Q H □ n n n Q n Q 4 E □ Q Q □ n n n Q n 4 □ Q n a H Li □ n n n Q n 4 Q Q Q n s Ll □ n n n Q n 4 Q Q □ n Li □ n n n n n 4 E □ □ n Q □ n n n Q n 4 Q Q o n Q Li □ n n n Q n 4 Q Q 受拉腹杆 b o 18 201 14 16 18 201 50 3 2 E 140 50 1 17 5 2 2 2 o 78 1 5 2 2 2 0 E loo 50 E 104 5 3 3 2 8 6 8 5 3 3 2 0 H 90 50 E 2454 3 6 9 2454 0 s H 50 50 73 5 2 8 05 2 73 5 2 0 H 50 50 73 5 2 8 05 2 73 5 2 0 H 50 50 97 6 2 8 15 2 7 9 6 2 丄 E 50 50 jKJjJh为既受拉乂受压杆件,截面根据所得的截面面积最大值取值 3、填板设置 根据要求,双角钢杆件不论是T形截面或是十字形截面,角钢的两背面部分分别贴在节点板上,为了使两角钢整体工作,在节点与节点之间的两角钢必须设置填板。 填板的间距不应超过下列数值: 受压构件40i 受拉构件80i 受压构件在两个侧向支撑点之间的填板不少于2个, 每块填板尺寸: 厚度t=节点板厚度 宽度b=50~80mmb$8hf+2hf 高度h二角钢连接边宽度+2(10-15)mm当为十字形截面时,填板不伸岀角钢轮廓以外,每边缩进10^15mm 杆件 杆件长 度 角钢连接边宽度 填板厚度 填板宽 度 填板高 度 i(cm) 一数1S 实际间距 允许间 上 弦 AB 其余I: 1352 90 8 60 110 1 1352 2676 杆 弦杆 1502 90 8 60 110 1 1502 2676 下 ab 3000 80 8 60 100 6 1 3000 3200 弦 bd 3000 80 8 60 100 6 1 3000 3200 杆 df 3000 80 8 60 100 6 1 3000 3200 th 3000 80 8 60 100 6 1 3000 3200 hj 3000 80 8 60 100 6 1 3000 3200 jk 3000 80 8 60 100 6 1 3000 3200 受 Aa 1500 75 8 60 95 2 750 876 压 Bb 1568 56 8 60 76 3 523 644 腹 Cb 2223 75 8 60 95 3 741 876 杆 Dd 1718 56 8 60 76 3 573 644 Ed 2336 75 8 60 95 3 779 876 Ff 1868 56 8 60 76 3 623 644 Gf 2454 70 8 60 90 4 614 768 Hh 2018 56 8 60 76 4 505 644 Ih 2573 70 8 60 90 4 643 768 lj 2573 70 8 60 90 4 643 768 Kj 2697 70 8 60 90 4 674 768 Kk 2243 56 8 60 76 4 561 644 1受 Ab 2018 50 8 60 70 2 1009 1920 拉 Cd 2225 50 8 60 70 2 1113 1920 腹 Ef 2335 45 8 60 65 2 1168 1728 杆 Gh 2454 45 8 60 65 2 1227 1728 lh 2573 45 8 60 65 2 1287 1728 lj 2573 45 8 60 65 2 1287 1728 JK 2697 45 8 60 65 2 1349 1728 jKJjJh为既受拉乂受压杆件,填板根据最大者取值 六、节点设计 1•讣算各腹杆及弦杆端部所需的焊脚尺寸及焊缝长度采用E43型焊条 (1)上弦杆两端所需的焊脚尺寸及焊缝长度上弦所用角钢t=10mm,节点板厚度t=8mm最小ht=1.5J/叫、=1.5\/10=4.74〃〃" 最大儿=1.2fmin=1.2x8=9.6nun 丿mix,IUU 取力,=Smut ^=-160.68kN(ABff) 0.75N 0.75xl60.68xlO3 2x0.7巧• 2x0.7x8x160 0.25N _0.25xl60.68xlO3 2x0.7〃厂//' 2x0.7x8x160 kN(JKIT) 0.75N 0.75x659.88xlO3 2x0.7巧• 2x0.7x8x160 0.25N _0.25xl60.68xlO3 2x0.711^// 2x0.7x8x160 肢背: /lvI> 肢尖: 爲— 肢背: lwl> 肢尖: lw2— =92Mmm,实际取lw2=1 =67.25〃? 〃? ,实际取lwi=70mni =22.42inm,实际取lw2=50mm =276.18//7J/7,实际取4=280/h/h (2)下弦杆两端所需焊缝长度 端部7V=0,AB为零杆,只需要根据构造要求设计焊缝长度。 I.=50mm TV=643.58kN(JK杆) 肢背: /八°-75/v= 12x0.7〃厂// 0.75x643.58xlO5〜““宀旷曲,小” ==269.36〃〃”,头际取/lvl=270〃〃” 2x0.7x8x160 吐小,、°・25N 夫•山一2><0.7存寸「 0.25x643.58xlO3““宀卩・血卩“ ==89.79〃〃”,实际取/訂=90mm 2x0.7x8x160 其余杆件焊脚尺寸及焊缝长度见表 2.支座节点设计 1)支座节点的锚栓用以固定,不需计算,按构造要求取两个d=24nun的锚栓 2)支座反力R=\96.2kN 底板净面积Al
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