0227m钢屋架设计例题.docx
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0227m钢屋架设计例题.docx
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0227m钢屋架设计例题
钢屋架设计例题
-、设计资料
某一单层单跨工业长房。
厂房总长度为120m,柱距6m,跨度为27m。
车间内设有两台
中级工作制桥式吊车。
该地区冬季最低温度为—20C。
屋面采用1.5mx6.0m预应力大型屋面板,屋面坡度为i=1:
10。
上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。
屋面活荷载标准值为0.6kN/叭雪荷载标准值为0.75kN/叭积灰荷载标准值为0.5kN/m20
屋架采用梯形钢屋架,其两端铰支于钢劲混凝土柱上。
柱头截面为400mmx400mm,所
用混凝土强度等级为C20o
根据该地区的温度及荷载性质,钢材采用Q235—\-F,其设计强度f=215kN/m2,焊条采
用E43型,手工焊接。
构件采用钢板及热轧钢劲,构件与支撑的连接用M20普通螺栓。
屋架
的计算跨度:
Lo=27000—2x150=26700mm,端部高度:
h=2000mm(轴线处),h=2015mm
(计算跨度处)。
二、结构形式与布
屋架形式及几何尺寸见图1所示
13500
冷1350
ff
屋架支撑布置见图2所示
rjr他區b
GQL
〔7
UG2
■K
GG2
一
IC2
X
GG1
r
6000
7舊
U1
5
C
5G
T恙
G
G
G
G
--
2G
G
料|着uj
2
3G
2
一—誉
LG2
2LG
GG
屋架下弦支撑布置图
OOOZCJ
=二二--.|¥tmt7孔二疗「一一L
CC1
GG1
B3L
CC3551
K/V11
匚
1
K7V
GG1
GGL
GGL
垂直支撑1T
CC2
GG2
GG2
CC4
GG2
X
X
1w
->
严■<
X
X
GG1
CC1
1\/\/
GGL
GG2
CC2
F
LG5-
-tB
符号说明:
GWJ-(钢屋架);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屋架支撑布置图
三、荷载与内力计算
1•荷载计算
荷载与雪荷载不会同时出现,故]永久荷载标准值
放水层(三毡四油上铺小石子)找平层(20mm厚水泥砂浆)保温层(120mm厚泡沫混凝土)预应力混凝土大型屋面板钢屋架和支撑自重
0.35kN/m20.02X20=0.40kN/m
0.12*6=0.70kN/m
1.40kN/m
0.12+0.011X27=0.417kN/m
管道设备自重0.10kN/m
总计
3.387kN/m
0.75kN/m
可变荷载标准值
雪荷载
积灰荷载0.50kN/m
总计
1.25kN/m
永久荷载设计值1.2X3.387=4.0644kN/m(由可变荷载控制)
可变荷载设计值1.4X1.25=1.75kN/m
2.荷载组合
设计屋架时,应考虑以下三种组合:
组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75)X1.5X6=52.3296kN
组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载
屋架上弦节点荷载p=4.0644X1.5X6=36.59kN
P2=1.75X1.5X6=15.75kN
组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载
屋架上弦节点荷载p3=0.417X1.2X1.5X6=4.5kN
P4=(1.4X1.2+0.75X1.4)X1.5X6=24.57kN
3.内力计算
本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数,见表1。
由表内三种组合可见:
组合一,对杆件计算主要起控制作用;组合三,可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。
如果施工过程中,在屋架两侧对称均匀铺设面板,则可避免内力变号而不用组合三
屋架杆件内力组合表表1
杆件名称
全跨⑴
左半跨⑵
右半跨⑶
PX⑴
P1X⑴+P2X⑵
P1X⑴+P2X(3)
P3XU)+P4X
(2)
P3XU)+P4X(3)
计算内力(KN)
AB
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
BCD
-11.11
-8.01
-3.74
-616.38
-557.79
-477.09
-246.80
-141.89
-616.38
DE
-17.89
-12.26
-6.79
-992.54
-886.13
-782.75
-381.73
-247.34
-992.54
EFG
-18.47
-12.84
-6.79
-1024.72
-918.31
-803.96
-398.59
-249.95
-1024.72
GHIJ
-20.14
-12.19
-9.44
-1117.37
-967.11
-915.14
-390.14
-322.57
-1117.37
a-b
5.93
4.37
1.89
329.00
299.51
252.64
134.06
73.12
329.00
b-c
14.94
10.52
5.33
828.87
745.33
647.24
325.71
198.19
828.87
c-d
21.08
13.48
9.16
1169.52
1025.88
944.23
426.06
319.92
1169.52
d-e
18.25
9.80
9.80
1012.51
852.81
852.81
322.91
322.91
1012.51
Aa
-0.50
-0.50
0.00
-27.74
-27.74
-18.29
-14.54
-2.25
-27.74
Ba
-11.16
-8.22
-3.54
-619.16
-563.59
-475.14
-252.19
-137.20
-619.16
Bb
8.96
6.29
3.21
497.10
446.64
388.43
194.87
119.19
497.10
Cb
-1.00
-1.00
0.00
-55.48
-55.48
-36.58
-29.07
-4.50
-55.48
Db
-7.44
-4.88
-3.08
-412.77
-364.39
-330.37
-153.38
-109.16
-412.77
Dc
5.48
3.21
2.73
304.03
261.13
252.06
103.53
91.74
304.03
Ec
-1.50
-1.50
0.00
-83.22
-83.22
-54.87
-43.61
-6.75
-83.22
E1
0.73
0.73
0.00
40.50
40.50
26.70
21.22
3.29
40.50
c1
-4.56
-1.78
-3.35
-252.99
-200.45
-230.12
-64.25
-102.83
-252.99
F1
-1.00
-1.00
0.00
-55.48
-55.48
-36.58
-29.07
-4.50
-55.48
G1
-3.76
-0.98
-3.35
-208.60
-156.06
-200.86
-41.00
-99.23
-208.60
Gd
-2.26
-2.93
0.51
-125.38
-138.05
-73.03
-82.16
2.36
2.36-138.05
Hd
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
H2
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
-156.06
I2
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
J2d
2.69
3.50
-0.61
149.24
164.55
86.87
98.10
-2.88
164.55-2.88
Je
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
注:
表内负责表示压力;正值表示拉力
bccJe
图3屋架接点图
四、杆件截面设计
腹杆最大内力,N=-619.16KN,由屋架节点板厚度参考可知:
支座节点板刚度取14mm;
其余节点板与垫板厚度取12mm。
N=-1117.37KN
1•上弦杆整个上弦杆采用相同一截面,按最大内力计算,
y
±12
y
图4上弦截面
计算长度:
屋架平面内取节点间轴线长度lox=4500mm
屋架平面外根据支撑布置取loy=13350mm
32
计算需要净截面面积A=N1169.5210=5439.6mmf215
选用2L1409014(短肢相并),见图5。
12
下弦截面
图5
A=6940mm2,ix=2.51cm,iy=6.93cm。
按所选角钢进行截面验算,取AnA
(若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm,贝U可不计截面削弱影响)
3
N1169.521022
=191.7N/mm<215N/mm
An6100
x-iox
yloy
4^=179.3<[
2.51
1335192.6<[
]=250
]=350所选截面满足要求
iy
3.端斜杆Ba
6.93
已知N=-619.16kN,Iox=lOy=253.9cm因
为l°x=l°y,故采用等肢角钢,使L=iy选
用角钢2L10012,见图6
12
qx
I
ULx
y
图6端斜杆Ba
2・i
A=4560mm,ix=3.03cm,y=4.64cm
截面刚度和稳定验算
N_619.1610205N/mm2<215N/mm2所选截面满足要求。
xA0.66244560
填板放两块,
a=84.6cmv40ix=40x3.03=121.2cm
4.斜杆Bb
已知N=497.1kN
计算长度:
屋架平面内取节点间轴线长度1ox=0.8Xl=0.8x2622=2097.6mm
屋架平面外根据支撑布置取lOy=2622mm
选用2L1006,见图7。
2
A=2386mm,ix=3.10cm,iy=4.44cm。
3
N497.11022
=208.34N/mm<215N/mm
A2368
l209.76,
x.
ox=67.7<[]=350
i3.10
x
所选截面满足要求
y=上59.1<[]=350
iy4.44
填板放两块,a=87.4cm<80ix=80x3.10=248cm5.再分腹杆c1G
N1Nd=-252.991kN,山NG1=-208.6kN,1=4174mm
计算长度:
屋架平面内取节点间轴线长度lox=0.8Xl=0.8x2087=1669.6mm
屋架平面外根据支撑布置取
loy=1(0.75+0.2』1)=4174(0.75+0.25252.99)=4396mm
N2208.6
选用2L1006,见图&
1£
X
X
腹杆c1G
图9中竖杆Je
图8再分
2
A=2386mm,
ix=3.10cm,iy=4.44cm。
由于b
I166.96
=53.9<[]=350
i3.10
1x
439.699<[]=350
4.44
16.70.58loy/b0.58439.6/10=25.5
4
x.
yloy
iy
/t10/0.6
yz
min
N
yzA
(10.475b)
y甘
yz0.5182
3
252.9910
0.5128
99(1
4
0.47510)105.8
22
439.60.6
2386204.6N/mm2<215N/mm2所选截面满足要求
a=109.9cm<40ix=40X3.10=124cm6.中竖
填板放两块,
杆Je
已知N=0,
中间竖杆选用2L756的角钢,并采用十字形截面,见图
2
A=17.6cm,ix02.45
I。
0.91
=0.9335=301.5cm
cm,
oxh30±5=103.6<[]=150所选截面满足要求
ix02.91
填板放五块,a=6O.3cmv4Q0=40x2.45=98cm
其余各杆件截面选择过程不一一列出,计算结果见表2
■研上4环以
杆件名称
内力设计值N
(KN)
计算长度(cm)
选用截面
截面积
2A(cm)
回转半径(cm)
max
[入]
min
计算应力
2
(N/mm2)
填板(块)
l0x
l0y
ix
iy
上弦杆
-1117.37
150.8
300
短肢相并2L160*100*14
69.4
2.80
7.86
53.9
150
0.8384
-192
2(3)
下弦杆
1169.5
450
1335
短肢相并2L140*90*14
61
2.51
6.93
179.3
350
/
191.7
1
(2)
Aa
-27.74
201.5
201.5
T型截面2L50*5
17.6
1.53
2.53
131.7
150
0.3795
-41.5
2
Ba
-619.16
253.9
253.9
T型截面2L100*12
45.6
3.03
4.64
83.8
150
0.6624
-205
2
Bb
497.1
209.76
262.2
T型截面2L100*6
23.86
3.10
4.44
67.7
350
/
208.3
2
Cb
-55.48
184
230
T型截面2L50*5
9.6
1.53
2.53
120.3
150
0.6624
-136.1
2
Db
-412.77
229.84
287.3
T型截面2L100*12
45.6
3.03
4.46
75.9
150
0.7146
-125.7
2
De
304.03
229.84
287.3
T型截面2L75*6
17.6
2.31
3.53
99.5
350
/
172.7
2
Ec
-83.22
208
260
T型截面2L75*6
17.6
2.31
3.53
97.7
150
0.5701
-82.9
2
E1
40.50
151.2
189
T型截面2L50*5
9.6
1.53
2.53
98.8
350
/
42.21
1
F1
-55.48
104
130
T型截面2L50*5
9.6
1.53
2.53
68
150
0.763
-75.7
1
el
-252.99
166.96
439.6
T型截面2L100*6
23.86
3.10
4.44
105.8
150
0.5182
-204.6
2
G1
-208.6
Gd
2.36
261.2
326.5
T型截面2L75*6
17.6
2.31
3.53
113
150
/
1.34
2
-138.05
250
0.475
-165.7
2
Hd
0.00
244
305
T型截面2L75*6
17.6
2.31
3.53
105
150
0.523
0.00
2
H2
0.00
162.8
203.5
T型截面2L50*5
9.6
-1.53
P2.53
106.4
P150
0.514
0.00
2
12
0.00
137.25
152.5
T型截面2L50*5
9.6
1.53
2.53
79.7
150
0.688
0.00
1
J2-d2
164.55
179.92
449.8
T型截面2L75*6
17.6
2.31
3.53
129.6
350
/
93.5
2
-2.88
150
0.688
-4.2
2
Je
0.00
301.5
301.5
十字型截面2L75*6
17.6
1min
=2.91
imin
=2.91
103.6
150
/
0.00
2
五、节点设计
f7160N/mm2
用E43焊条时,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值各杆件内力由表2查得,最小焊缝长度不应小于8hf
1.下弦节点b见图10
图10下弦节点b
(1)斜杆Bb与节点的连接焊缝计算:
N=497.1kN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。
所需焊缝长度为:
23
_497.110
肢背:
Iw严+12=285.6mm,取lw=270mm
20.76160'
13
_497.110
肢尖:
Iw+10=158mm,取Iw=170mm
0.75160
(2)斜杆Db与节点的连接焊缝计算:
N=412.77kN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。
所需焊缝长度为
23
421.7710
肢背:
I
3
-+12=216.7,取Iw=250mm
20.76160'
13
_412.7710
d+10=132.8,取Iw=150mm
0.75160
(3)竖杆Cb与节点板连接焊缝计算:
N=55.48kN
因其内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取焊脚尺寸hf=5mm
焊缝长度Iw40mm,取Iw=60mm
(4)下弦杆与节点板连接焊缝计算:
焊缝受力为左右下弦杆的内力差
△N=1828.87-329=499.87KN,设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm,所需焊缝长度为:
(5)节点板尺寸:
根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差,
按比列作出构造详图,从而定出节点尺寸。
如图11所示
图12上弦节点B
2.上弦节点B
(1)斜杆Bb与节点板连接焊缝计算,与下弦节点b中Bb杆计算相同。
(2)斜杆Ba与节点板连接焊缝计算,N=619.16kN。
设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。
所需焊缝长度为
23
619.1610
肢背:
Iw-+20=184.27,取lw=200mm
20.710160
z「--619.196103卄'
肢尖:
I3+12=165.6,取I=180mm
ww
20.76160
(3)上弦杆与节点板连接焊缝计算:
为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。
用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。
槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时可略去屋架上弦坡度的影响,而假定集中荷载P与上弦垂直。
假定集中荷载P由槽焊缝承受,P=55.3296kN,焊脚尺寸为5mm
所需槽焊缝长度为:
3
lw—-+10=52.329610+10=59.51mm取lw=65mm
20.7hfffw20.75160
上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差△N=619.38-0.0=619.38kN
偏心距e=100-24.3=75.7mm
设肢尖焊脚尺寸8mm,设需焊缝长度为480mm,则
3.屋脊节点J见图14
(1)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算:
弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合,并便于施焊,需将拼接角钢进行切肢、切棱。
拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。
拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。
N=1117.37KN,设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm,贝U需焊缝长度为
N3卄
l161117.371016327.8mm,取I=375mm
20.78160
w
40.7hf
拼接角钢长度取2375+50=800mm
(2)弦杆与节点板的连接焊缝计算:
上弦肢背与节点板用槽焊缝,假定承受节点荷载上弦
肢尖与节点板用角焊缝,按上弦杆内力的15%计算。
N=1117.3715%=1167.6kN,设焊脚尺
寸为8mm,弦杆一侧焊缝长度为250mm,
lw20.78(25016)
3
—匹6加—64N/mm2
)2(f)21
11.22
|12412222
()2642120.2N/mm2160N/mm2
11.22
of
2he
M
WF
6167.6106882124.1N/mm2
20.78(25016)
(3)中竖杆与节点板的连接焊缝计算:
N=OkN此杆内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取焊脚尺寸hf=5mm
焊缝长度lw40mm,取lw=60mm
(4)斜杆J2与节点板连接焊缝的计算N=164.55KN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分
别为6mm和5mm,所需焊缝长度为:
23
_164.5510
肢背:
、w31281.6mm,取lw=100mm
20.76160
13
-164.5510
肢尖:
〔w321050mm,取焊缝长度Iw=60mm
0.75160
(4)节点板尺寸:
方法同前,如图15所示
4.下弦跨中节点e见图16
丄HWlg.51KN甘
图16下弦跨中节点e
(1)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算:
拼接角钢与下弦杆截面相同,传递内力N=1012.51kN
设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm,则需焊缝长度为
5.端部支
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- 0227 屋架 设计 例题
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