30米梯形鋼屋架鋼課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、<p><b>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　－、設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　1、題號(hào)4的已知條件：梯形鋼屋架跨度30m，長度72m，柱距6m。該車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50 kN中級(jí)工作制吊車，軌頂標(biāo)高為8.000 m。冬季最低溫度為－20℃，地震設(shè)計(jì)烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g。采用1.

2、5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i＝1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7 kN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3 kN/m2，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.35 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm×400 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。鋼材采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。</p><p><b>　　2、屋架計(jì)算跨度：</

3、b></p><p>　　Lo=30－2×0.15=29.7m，</p><p>　　3、跨中及端部高度：</p><p>　　端部高度：h`=1900mm（軸線處），h=1915mm（計(jì)算跨度處）。</p><p>　　屋架的中間高度h=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考慮，取60mm。</p><

4、;p><b>　　二、結(jié)構(gòu)形式與布置</b></p><p>　　屋架形式及幾何尺寸見圖1所示，支撐布置見圖2所示。</p><p>　　圖1 屋架形式及幾何尺寸</p><p>　　符號(hào)說明：GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）；</p><p>　　CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）

5、；LG-（柔性系桿）</p><p>　　圖2 屋架支撐布置圖</p><p><b>　　三、荷載與內(nèi)力計(jì)算</b></p><p><b>　　1.荷載計(jì)算</b></p><p>　　荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計(jì)算。</p><p><b&g

6、t;　　永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值</b></p><p>　　三氈四油放水層 0.40kN/㎡</p><p>　　找平層（20mm厚水泥砂漿） 0.02×20=0.40kN/㎡</p><p>　　保溫層（80mm厚泡沫混凝土）

7、 0.08×6=0.48kN/㎡</p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡</p><p>　　鋼屋架和支撐自重 0.12+0.011×30=0.45kN/㎡</p><p>　　管道設(shè)備自重

8、 0.10 kN/㎡</p><p>　　總計(jì) 3.23kN/㎡`</p><p><b>　　可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值</b></p><p>　　屋面活荷載 0.70 kN/㎡</p><p>　　積灰荷載

9、 0.60kN/㎡</p><p>　　總計(jì) 1.3kN/㎡</p><p>　　永久荷載設(shè)計(jì)值 1.35×3.23=4.36kN/㎡</p><p>　　可變荷載設(shè)計(jì)值 1.4×1.3=1.82kN/㎡</p><p><b&g

10、t;　　2.荷載組合</b></p><p>　　設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種組合：</p><p>　　① 全跨永久荷載+全跨可變荷載 </p><p>　　全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載： F=(4.36+1.82) ×1.5×6=55.62kN</p><p>　?、?全跨永久荷載+半跨可變荷載<

11、/p><p>　　全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載： F1=4.36×1.5×6=39.24 kN</p><p>　　半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載： F2=1.82×1.5×6=16.38 kN</p><p>　?、?全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載</p><p>　　全跨

12、節(jié)點(diǎn)屋架及支撐自重： F3 =0.45×1.35×1.5×6=5.47kN</p><p>　　半跨大型屋面板重及活荷載： F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN</p><p><b>　　3.內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>

13、　　本設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表1。</p><p><b>　　四、桿件截面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　腹桿最大內(nèi)力，N=-630.83KN，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考可知：支座節(jié)點(diǎn)板剛度取14mm；其余節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取12mm。</p><p><b>　　1.上弦桿</b><

14、/p><p>　　整個(gè)上弦桿采用相同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=-1264.45KN</p><p>　　計(jì)算長度： 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=1507mm</p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：=4521mm</p><p>　　根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長度，故截面宜選用兩個(gè)

15、不等肢角鋼，且短肢相并，見圖3</p><p><b>　　圖 3 上弦截面</b></p><p>　　設(shè)=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807</p><p>　　需要截面積 ===7287.7</p><p>　　需要回轉(zhuǎn)半徑= =</p><p>　　根據(jù)需要的、、

16、 查角鋼型鋼表，初選 2 L 18011014，</p><p>　　A=7793， =308mm ， =88mm。</p><p>　　按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：</p><p>　　==＜[λ]=150</p><p>　　==＜[λ]=150</p><p>　　由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，＝0.84

17、7</p><p>　　MPa<215MPa 所選截面合適。</p><p><b>　　2 .下弦桿</b></p><p>　　整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=1230.51KN</p><p>　　計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長度=3000mm</p><p>　　屋架

18、平面外根據(jù)支撐布置取=29700/2=14850mm</p><p>　　計(jì)算需要凈截面面積==5723.30，選用 2 L18011012，因?yàn)?> ,故用不等肢角鋼，短肢相并，見圖4。</p><p>　　圖 4 下弦截面</p><p>　　A=6742， =31mm，=87.4mm。</p><p><b>　　

19、=<[ ]=350</b></p><p>　　=<[]=350 所選截面滿足要求。</p><p><b>　　3. 端斜桿Ba</b></p><p>　　已知N＝-630.83kN， ＝＝2456mm。因?yàn)椋?，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使＝，選用角鋼2 L 1409010 </p><

20、p>　　A＝4452.2，＝44.7mm，＝87.4mm</p><p>　　截面剛度和穩(wěn)定驗(yàn)算：</p><p>　　= <[ ]=150 </p><p>　　= <[ ]=150</p><p>　　因?yàn)?只需求，查表得=0.764</p><p>　　MPa<215 MPa 所選截面滿

21、足要求。</p><p>　　4.再分腹桿eg-gK</p><p>　　此桿在g節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長桿件。</p><p><b>　　拉力：KN， kN</b></p><p>　　壓力： kN， KN</p><p>　　計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)間軸線長度 =0.8

22、×2250=0.8×2250=1800mm</p><p>　　屋架平面外根據(jù)支撐布置?。?lt;/p><p>　　=（0.75+0.25）=450×（0.75+0.25）=4446.3mm</p><p>　　選用 2 L 635，見圖5。</p><p>　　圖5 再分腹桿egK

23、 圖6中豎桿Kf</p><p>　　A=1228.6， =19.4mm，=30.4mm。</p><p>　　==53.9<[ ]=150</p><p>　　=<[]=150 </p><p>　　因?yàn)?只需求，查表得=0.32，則</p><p>　　MPa<215 MPa

24、</p><p>　　拉應(yīng)力：所選截面滿足要求</p><p><b>　　5.豎桿Ie</b></p><p>　　N＝-79.16KN， ＝0.8 3052＝2442mm， </p><p>　　由于桿件內(nèi)力較小，按=[ ]=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半 </p><p

25、>　　查型鋼表，選用2 L 63×5,其幾何特性為</p><p>　　A=1228.6 </p><p>　　因?yàn)?只需求，查表得=0.406，則 </p><p>　　其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見表2</p><p><b>　　屋架桿件截面選擇表</b>&

26、lt;/p><p><b>　　五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 MPa</p><p>　　各桿件內(nèi)力由表1查得 </p><p><b>　　下弦節(jié)點(diǎn)b</b></p><p>　　（1）斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算

27、：</p><p>　　設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為：</p><p>　　肢背：mm，取＝200mm</p><p>　　肢尖：，?。?20mm</p><p>　　斜桿Db與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫計(jì)算：</p><p>　　設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為8mm和6mm。所需焊縫長度為：</

28、p><p>　　肢背：，?。?80mm</p><p>　　肢尖：=93.75+12=105.75mm，?。?10mm</p><p>　?。?）豎桿Cb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：</p><p>　　因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm。</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙

29、及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為457mm×340mm。</p><p>　?。?）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算：</p><p>　　焊縫受力為左右下弦桿的內(nèi)力差 △N=854.16-352.13=502.33KN，設(shè)肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為457mm,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： <160MPa</p&g

30、t;<p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸。如圖7所示</p><p>　　圖 7 節(jié)點(diǎn)板b尺寸</p><p><b>　　2 .上弦節(jié)點(diǎn)B</b></p><p>　?。?）斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn)b中Bb桿計(jì)算相同。

31、</p><p>　?。?）斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算</p><p>　　設(shè)肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為</p><p>　　肢背： ，?。?10mm</p><p>　　肢尖：，?。?80mm</p><p>　?。?）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：</p><p

32、>　　為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得</p><p><b>　　， </b></p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長度為470mm，則</p>

33、<p>　　MPa<0.8MPa</p><p>　　上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差 △N=631.39-0.26=631.13KN</p><p>　　偏心距 e =110-25.9＝84.1mm</p><p>　　設(shè)需焊縫長度為470mm，則</p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖8所示<

34、/p><p>　　圖 8 節(jié)點(diǎn)板B尺寸</p><p>　　3 .屋脊節(jié)點(diǎn)K </p><p>　　弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：</p><p>　　弦桿一般用與上弦桿同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。</

35、p><p>　　設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm，則需焊縫長度為</p><p><b>　　，取=300mm</b></p><p>　　拼接角鋼長度取2(300+20)+24＝664mm</p><p>　　( 2 ) 斜桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算：</p><p>　　設(shè)肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6

36、mm和5mm，所需焊縫長度為：</p><p>　　肢背：，取=100 mm</p><p>　　肢尖：，取焊縫長度=60mm</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為500mm×240mm。</p><p>　　( 3 ) 弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊

37、縫計(jì)算：</p><p>　　取節(jié)點(diǎn)板的長度為500mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為220 mm。上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載 </p><p>　　上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板用角焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩設(shè)焊腳尺寸為10mm。</p><p>　　（4）中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算

38、</p><p>　　此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸=5mm</p><p>　　（5）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖9所示</p><p>　　圖 9 節(jié)點(diǎn)板K尺寸</p><p>　　4 .下弦跨中節(jié)點(diǎn)f</p><p>　?。?）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算</p><p>　

39、　拼接角鋼與下弦桿截面相同，設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為 ，取=404+16=420mm</p><p>　　拼接角鋼長度2420+20=860mm</p><p>　?。?）弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算</p><p>　　按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為</p><p>　　肢背：

40、，取=110mm</p><p>　　肢尖，取 =60mm</p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板尺寸：方法同前，如圖10所示</p><p>　　圖 10 節(jié)點(diǎn)板f尺寸</p><p>　　5 .端部支座節(jié)點(diǎn)a</p><p>　　圖11 支座節(jié)點(diǎn)a</p><p>　　為便于施焊，下弦角鋼水平

41、肢的底面與支座底板的距離一般不小于下弦伸出肢的寬度，故可取為180mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相同，厚度同端部節(jié)點(diǎn)板為14mm。</p><p>　　支座底板計(jì)算 </p><p><b>　　支座反力</b></p><p>　　取加勁肋的寬度為110mm，考慮底板上開孔，錨栓直徑取d=25mm，錨栓孔直徑

42、為60mm，則所需底板面積：按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力，則</p><p><b>　　承壓面積： </b></p><p>　　驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：滿足</p><p>　　底板的厚度按支座反力作用下的彎矩計(jì)算,節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩邊支承而另兩塊相鄰邊自由的

43、板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為</p><p>　　式中--------底板下的平均應(yīng)力， =8.49MPa</p><p>　　--------兩邊支承對(duì)角線長， =</p><p>　　--------系數(shù)，由決定。為兩邊支承的焦點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得 </p><p>　　=0.49，查表得＝0.0586，則單位

44、寬度的最大彎矩為</p><p><b>　　M=0.0586</b></p><p>　　底板厚度=20.34mm, 取t=22mm</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：</p><p>　　偏安全地假定一個(gè)加勁肋的受力為支座反力的1/4，則焊縫受力</p><p><

45、;b>　　.</b></p><p>　　設(shè)焊縫尺寸為6mm，焊縫長度， </p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板，加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算：</p><p>　　設(shè)底板連接焊縫傳遞全部支座反力R=556290N，其中每塊加勁肋各傳R/4=139072.5N，節(jié)點(diǎn)板傳遞R/2=278145N。</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板與底板連

46、接焊縫總長度：，所需焊角尺寸為 ，故取</p><p>　　每塊加勁肋與底板的連接焊縫總長度為</p><p><b>　　所需焊縫尺寸為</b></p><p><b>　　故取焊縫</b></p><p>　　（4）下弦桿、腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：</p><p>　

47、?、儇Q桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，焊腳尺寸。</p><p>　?、谛睏UBa與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，同上。</p><p>　　肢背：=210mm，肢尖：＝180mm</p><p>　?、巯孪覘U與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算</p><p>　　N=352.13KN，設(shè)肢背焊縫尺寸8mm，肢尖焊縫尺寸6mm需要焊縫長度為</p