鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計--焊接梯形鋼屋架設(shè)計

1、<p>　　《鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》計算說明書</p><p>　　題目：焊接梯形鋼屋架設(shè)計</p><p><b>　　2011年11月</b></p><p><b>　　一、設(shè)計資料</b></p><p>　　1、某單層單跨工業(yè)廠房，跨度24m，長度102 m。</p>&

2、lt;p>　　2、廠房柱距6m，鋼筋混凝土柱，混凝土強度等級C20，上柱截面尺寸400400，鋼屋架支承在柱頂。</p><p>　　吊車一臺150T，一臺30T，吊車平臺標高+12.000 m。</p><p>　　荷載標準值（水平投影面計）</p><p><b>　?。?）永久荷載：</b></p><p>

3、　　三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4 KN/m2</p><p>　　水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2</p><p>　　保溫層 0.5 KN/m2</p>

4、<p>　　一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2</p><p>　　水泥砂漿找平層 0.3 KN/m2</p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2

5、</p><p>　　屋架及支撐自重（按經(jīng)驗公式 q=0.12+0.011L KN/m2算） 0.384 KN/m2</p><p><b>　?。?）可變荷載：</b></p><p>　　屋面活荷載標準值： 0.7 KN/m2</p><p>　　雪

6、荷載標準值： 0.35 KN/m2</p><p>　　積灰荷載標準值： 1.2 KN/m2</p><p>　　屋架計算跨度，幾何尺寸及屋面坡度見圖1。</p><p>　　圖1.鋼屋架幾何尺寸（mm）</p>

7、<p>　　鋼材3號鋼、角鋼、鋼板各種規(guī)格齊全；有各種類型的焊條荷C級螺栓可供選用。鋼屋架的制造、運輸和安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運往工地安裝，最大運輸長度16 m，運輸高度3.85 m，工地有足夠的起重安裝條件。</p><p>　　屋蓋形式采用無檁條方案（預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板）。</p><p>　　根據(jù)屋蓋支撐系統(tǒng)的布置原則，在第一開間布置上弦橫向水平支撐，上弦橫向

8、水平支撐間距不宜超過60m，故在中間開間布置上弦橫向水平支撐；在上弦橫向水平支撐處同樣設(shè)置下弦橫向水平支撐，并在支座處設(shè)置下弦縱向水平支撐；在支座處和跨中處設(shè)有橫向支撐處設(shè)置豎向支撐，每4個開間再設(shè)置一道豎向支撐。屋架形式、尺寸及屋蓋支撐布置見圖2。</p><p><b>　　二、荷載計算</b></p><p><b>　　1、 荷載</b>

9、</p><p>　　按屋面做法，已知各荷載標準值算出永久荷載設(shè)計值；按屋面活載及雪荷載兩者中取大值的原則，算出可變荷載設(shè)計值。計算可列表1進行。</p><p><b>　　表1.荷載匯集表</b></p><p><b>　　2、 荷載組合</b></p><p>　　荷載組合應(yīng)考慮使用階段和施

10、工階段兩種情況，下列（1）、（2）為使用階段的最不利荷載組合，（3）為最常見的施工方法所確定的最不利荷載情況，三種荷載組合均以屋架上弦節(jié)點荷載表示。</p><p>　　第一種組合：全跨永久荷載＋全跨可變荷載</p><p>　　P＝（4.121+2.66）×1.5×6=61.03KN</p><p>　　第二種組合：全跨永久荷載＋半跨可變荷載&

11、lt;/p><p>　　P1＝61.03KN</p><p>　　P2=4.121×1.5×6=37.09KN</p><p>　　第三種組合：全跨屋架支撐自重＋半跨屋面板重+半跨可變荷載重</p><p>　　P1＝（0.461＋1.68＋2.66）×1.5×6＝43.21KN</p>&l

12、t;p>　　P2＝0.461×1.5×6＝4.15KN</p><p><b>　　三、內(nèi)力計算</b></p><p>　　根據(jù)單位節(jié)點荷載作用下各桿的內(nèi)力系數(shù)，可按下表進行桿件內(nèi)力的計算。</p><p><b>　　表2.桿件內(nèi)力計算</b></p><p><

13、b>　　桿件截面選擇</b></p><p>　　圖3.桿件內(nèi)力值（KN）</p><p><b>　　1、 節(jié)點板厚</b></p><p>　　最大腹桿內(nèi)力N=-541.34KN，查鋼結(jié)構(gòu)課本表7—6并考慮到構(gòu)造等要求，鋼材為3號鋼，故選用節(jié)點板厚t=12mm；由于支座節(jié)點受力較大，支座節(jié)點板應(yīng)比屋架其它節(jié)點板厚2mm，取

14、支座節(jié)點板厚t=14mm。</p><p><b>　　2、 上弦桿</b></p><p>　　整榀屋架上弦采用一種桿件截面，按上弦桿FH的最大計算內(nèi)力設(shè)計。</p><p><b>　　計算內(nèi)力：</b></p><p>　　N=-931.32KN=-931320N</p><

15、;p><b>　　計算長度：</b></p><p>　　屋架平面內(nèi)取節(jié)點中心間軸線長度，取 </p><p>　　屋架平面外根據(jù)屋架支撐布置和上弦內(nèi)力變化，取 </p><p><b>　　截面選擇：</b></p><p>　　由于，選用不等邊角鋼，短邊相連。</p>

16、<p>　　設(shè)，查附表2-5 得，，需要的截面特性：</p><p>　　根據(jù)需要的A、 、，查型鋼表（附表5—14），選用2∟160×100×14不等邊角鋼，短邊相連，截面特性為：A=69.4cm2, =2.80cm, =7.86cm</p><p><b>　　由，查附表2—5得</b></p><p><

17、;b>　　3、 下弦桿</b></p><p>　　整榀屋架下弦桿采用同一截面，按下弦桿gi的最大計算內(nèi)力設(shè)計。</p><p><b>　　計算內(nèi)力：</b></p><p>　　N=925.83KN=925830N</p><p><b>　　計算長度：</b></p&g

18、t;<p><b>　　截面選擇：</b></p><p>　　查附表5—14，選用2∟140×90×10不等邊角鋼，短邊相連，截面特性為</p><p>　　A=44.522cm2, ， </p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b

19、>　　4、 端斜桿aB</b></p><p><b>　　計算內(nèi)力：</b></p><p>　　N=-541.34KN=-541340N</p><p><b>　　計算長度：</b></p><p>　　選用2∟125×80×10，長邊相連，截面特性為&l

20、t;/p><p>　　A=39.4cm2, ， </p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　查附表17-2得，</b></p><p><b>　　5、 腹桿Bc</b></p><p><b>　　計算內(nèi)力：&l

21、t;/b></p><p>　　N=419.89KN=419890N</p><p><b>　　計算長度：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　截面選擇：</b></p><p>　　查附表5—14，選用2

22、∟80×7等邊角鋼</p><p><b>　　截面特性：</b></p><p>　　A=21.8cm2, ， </p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　6、 腹桿cD</b></p><p><b&

23、gt;　　計算內(nèi)力：</b></p><p>　　N=-332.00KN=-332000N</p><p><b>　　計算長度：</b></p><p>　　設(shè)，查附表17-2 得，，需要的截面特性：</p><p>　　查附表5—14，選用2∟90×7等邊角鋼</p><p&

24、gt;<b>　　截面特性：</b></p><p>　　A=24.6cm2, ， </p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　查附表17-2，</b></p><p><b>　　7、 腹桿gH</b></p>

25、;<p>　　計算內(nèi)力：N1=-59.68KN=-59680N，N2=60.63KN=60630N</p><p>　　根據(jù)桿件設(shè)計構(gòu)造要求，為方便制造和備料，在同一榀屋架中，采用的角鋼規(guī)格不宜太多，故此處也選用2∟80×6等邊角鋼。</p><p>　　先按N1=-59.680KN=-59680N進行截面驗算：</p><p>　　截面特性

26、：A=18.794cm2, ， </p><p><b>　　截面驗算：，</b></p><p><b>　　查附表2—5，</b></p><p>　　再用N2=60.63KN=60630N對所選截面進行驗算：</p><p>　　所以，截面安全，所選截面滿足要求。</p><

27、;p>　　8、 豎桿Aa和Ii</p><p>　　豎桿Aa和Ii按連接構(gòu)造要求，分別選用2∟80×6T形截面和十字形截面。</p><p>　　上述桿件及其余桿件的截面選擇列表如下（見表3.屋架桿件截面選擇表）：</p><p>　　表3.屋架桿件截面選擇表</p><p><b>　　五、節(jié)點設(shè)計</b&g

28、t;</p><p>　　圖4.桿件內(nèi)力值（KN）</p><p><b>　　下弦節(jié)點“c”</b></p><p>　　先計算腹桿焊縫長度，然后定出節(jié)點板的形狀和尺寸，然后計算下弦桿與節(jié)點板之間的連接焊縫。</p><p>　?。?）Bc桿焊縫計算</p><p>　　N=419.89KN=4

29、19890N，角焊縫強度設(shè)計值</p><p>　　根據(jù)焊角高度的構(gòu)造要求及所選用角鋼的型號，取</p><p>　　采用三面圍焊，端焊縫長度，所承受的力為：</p><p>　　肢背、肢尖所承受的力為：</p><p>　　肢背、肢尖所需的焊縫長度為：</p><p>　?。?）Cc桿焊縫計算</p>

30、<p>　　N=-61.03KN=-61030N，設(shè)</p><p>　　此處是考慮到焊縫長度的構(gòu)造要求，焊縫最小計算長度應(yīng)不小于8hf和40mm，故焊縫長度取為50mm。</p><p>　?。?）cD桿焊縫計算</p><p>　　N=-332.00KN=-332000N，設(shè)</p><p>　　采用三面圍焊，端焊縫長度，所承受

31、的力為：</p><p>　　肢背、肢尖所承受的力為：</p><p>　　肢背、肢尖所需的焊縫長度為：</p><p>　　(4) 下弦桿焊縫驗算</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰內(nèi)力之差：</p><p>　　根據(jù)節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為500×200mm。</p>&l

32、t;p>　　肢背焊縫驗算：設(shè)（）</p><p>　　圖5.下弦節(jié)點“c”</p><p><b>　　上弦節(jié)點“B”</b></p><p>　　Bc桿焊縫計算與下弦節(jié)點“c”相同。</p><p>　?。?）aB桿焊縫計算</p><p>　　N=-541.34KN=-541340N，設(shè)

33、</p><p>　　采用三面圍焊，端焊縫長度，所承受的力為：</p><p>　　肢背、肢尖所承受的力為：</p><p>　　肢背、肢尖所需的焊縫長度為：</p><p>　　（2）上弦桿焊縫驗算</p><p>　　作為無檁屋蓋，本屋架上弦節(jié)點處要擱置大型屋面板，考慮擱置需要，將節(jié)點板縮進角鋼肢背，并用槽焊縫連接

34、。節(jié)點板縮入上弦桿肢背約2t/3=8mm。肢背焊縫的塞焊縫承受節(jié)點集中荷載，槽焊縫按兩條角焊縫計算hf=6mm，焊縫設(shè)計強度還應(yīng)乘以折減系數(shù)0.8。根據(jù)放樣情況，可定節(jié)點板尺寸為400×300mm。</p><p>　　設(shè)肢尖焊縫。假定集中荷載P與上弦桿垂直，忽略屋架上弦坡度影響。</p><p><b>　　肢背焊縫計算：</b></p>&

35、lt;p><b>　　肢尖焊縫計算：</b></p><p>　　圖6.上弦節(jié)點“B”</p><p><b>　　3、屋脊節(jié)點“I”</b></p><p>　　(1)上弦桿拼接計算</p><p>　　上弦桿常采用同號角鋼拼接，為了連接緊密和便于施焊，需將拼接角鋼的棱角削圓并切去垂直肢的一

36、部分寬度：。拼接接頭一側(cè)的連接焊縫長度按上弦桿內(nèi)力計算，設(shè)焊縫，每條焊縫所需長度為：</p><p><b>　　取拼接角鋼長度為：</b></p><p>　?。?）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算</p><p>　　上弦桿與節(jié)點板之間槽焊承受節(jié)點荷載，強度足夠，上弦桿肢尖與節(jié)點板的連接焊逢，按上弦桿內(nèi)力的15%計算。</p>&l

37、t;p>　　設(shè)，節(jié)點板長度為50㎝，節(jié)點一側(cè)的焊縫長度為：</p><p><b>　　焊縫應(yīng)力驗算：</b></p><p>　　（3）Ii桿焊縫計算</p><p>　　N=117.79KN=117790N，設(shè)</p><p><b>　　則焊縫所需長度：</b></p>&

38、lt;p>　　根據(jù)節(jié)點板放樣，得節(jié)點板尺寸為500×200mm</p><p>　　圖7.屋脊節(jié)點“I”</p><p>　　4、跨中下弦拼接節(jié)點“i”</p><p>　?。?）下弦桿拼接計算</p><p>　　下弦桿拼接采用同號角鋼，并采取削圓棱角和切去垂直肢寬度等構(gòu)造處理。拼接接頭一側(cè)的連接焊縫長度按下弦桿等強度計算，

39、設(shè)焊縫，每條焊縫所需長度為：</p><p>　　（2）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算</p><p>　　節(jié)點一側(cè)的連接焊縫按下弦桿內(nèi)力的15%驗算，焊縫長度按構(gòu)造決定。</p><p>　　設(shè)hf=8mm，節(jié)點板尺寸為500×450mm，節(jié)點一側(cè)焊縫：</p><p>　?。?）Ii桿焊計算同屋脊節(jié)點“I”。</p>

40、<p>　?。?）Hi桿焊縫計算</p><p>　　N=-100.96KN=-100.960N，設(shè)</p><p><b>　　則焊縫所需長度：</b></p><p>　　圖8.跨中下弦拼接節(jié)點“i”</p><p><b>　　5、支座節(jié)點“a”</b></p><

41、;p>　?。?）支座底板的計算</p><p><b>　　支座反力：</b></p><p>　　R=8P=8×61.03=488.24KN</p><p><b>　　所需底板凈面積：</b></p><p>　　設(shè)底板尺寸為250×250mm，底板錨栓孔徑為50mm。

42、</p><p><b>　　底板平面凈面積：</b></p><p><b>　　底板下平均應(yīng)力：</b></p><p>　　底板為兩相鄰邊支撐板，單位寬度彎矩為</p><p><b>　　取t=25mm。</b></p><p>　?。?）加勁肋

43、與節(jié)點板的連接焊縫計算</p><p>　　設(shè)一個加勁肋承受四分之一屋架支座反力，即 焊縫內(nèi)力為: ，，設(shè)焊縫，焊縫計算長度：焊縫應(yīng)力驗算：</p><p>　　（3）節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算</p><p>　　設(shè)底板焊縫傳遞全部支座反力，底板焊縫總計算長度為：</p><p>　　設(shè)焊縫，底板焊縫驗算：</p>&

44、lt;p>　　（4）豎桿Aa、下弦桿ac、端斜桿aB與節(jié)點板的連接焊縫計算</p><p>　　豎桿Aa：N=-30.52KN=-30520N，設(shè)，則焊縫所需長度：</p><p>　　下弦桿ac：N=288.67KN=288670N，設(shè)，則焊縫所需長度：</p><p>　　端斜桿aB：計算類似上弦節(jié)點“B”，取，端焊縫長度取，所承受的力為：</p&g