梯形鋼屋架設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　目 錄</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)資料1</b></p><p>　　二、鋼材和焊條的選用1</p><p>　　三、屋架形式和幾何尺寸1</p><p>　　四、屋蓋支撐布置2</p><p><b>　　五、荷載計(jì)算3

2、</b></p><p><b>　　六、內(nèi)力計(jì)算3</b></p><p><b>　　七、桿件設(shè)計(jì)3</b></p><p><b>　　1、上弦桿3</b></p><p><b>　　2、下弦桿3</b></p>

3、<p><b>　　3、斜桿3</b></p><p><b>　　4、腹桿3</b></p><p><b>　　5、豎桿Hd3</b></p><p><b>　　八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”

4、3</p><p>　　2、上弦節(jié)點(diǎn)“B”3</p><p>　　3、屋脊節(jié)點(diǎn)“J”3</p><p>　　4、下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”3</p><p>　　5、端部支座節(jié)點(diǎn)“a”3</p><p><b>　　九、附圖3</b></p><p><b>

5、　　梯形鋼屋架設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　北京地區(qū)某金工車間，采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架?？缍葹?7m，長(zhǎng)度84米,柱距6m，廠房高度為15.7m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)200/50kN中級(jí)工作制吊車，計(jì)算溫度高于-20℃。采用三氈四油，上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找平層，厚泡沫混凝土保溫層，1.5m×

6、;6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載為0.35kN/㎡，屋面活荷載為0.45kN/㎡，雪荷載為0.4kN/㎡，風(fēng)荷載為0.45 kN/㎡。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，柱截面為400mm×400mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。</p><p>　　設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表1（單位：kN/㎡）。</p><p><b>　　表1</b></p><p

7、><b>　　鋼材和焊條的選用</b></p><p>　　根據(jù)北京地區(qū)的計(jì)算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用 Q235BF鋼，要求保證屈服強(qiáng)度 fy、抗拉強(qiáng)度 fu、伸長(zhǎng)率δ和冷彎實(shí)驗(yàn)四項(xiàng)機(jī)械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三項(xiàng)化學(xué)成分的合格含量。焊條采用 E43型，手工焊。</p><p><b>　　屋架形式和幾何尺寸</b>

8、</p><p>　　由于采用1.5m*6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，故選用平坡梯形鋼屋架。屋面坡度</p><p><b>　　屋架計(jì)算跨度</b></p><p><b>　　屋架端部高度?。?。</b></p><p><b>　　跨中高度：。</b><

9、;/p><p><b>　　屋架高跨比：。</b></p><p>　　屋架跨中起拱取50mm。</p><p>　　為了使屋架節(jié)點(diǎn)受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸如圖 1 所示。</p><p>　　圖1：27米跨屋架幾何尺寸&l

10、t;/p><p><b>　　屋蓋支撐布置</b></p><p>　　根據(jù)車間長(zhǎng)度、跨度及荷載情況，在車間兩端 5.5m 開間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設(shè)置橫向水平支撐的同一開間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個(gè)屋架用系桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設(shè)三道通長(zhǎng)系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點(diǎn)處及屋架支座出的系桿為剛性系桿（圖2），安裝螺栓采用 C 級(jí)，螺桿直徑：d

11、=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。</p><p>　　符號(hào)說明：GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）； CC-（垂直支撐）；</p><p>　　GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿）</p><p><b>　　荷載計(jì)算</b></p><p>　　屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)

12、，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取活荷載0.45kN/進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，跨度L單位為m,荷載計(jì)算結(jié)果見表2。</p><p>　　表 2 荷 載 計(jì) 算 表</p><p>　　設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況：</p><p>　　1.全跨永久荷載 + 全跨可變荷

13、載</p><p>　　全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：</p><p>　　2.全跨永久荷載 + 半跨可變荷載</p><p><b>　　全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：</b></p><p><b>　　半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：</b></p><p>　　3.全跨屋架（包括支撐）自重+半跨

14、屋面板自重+半跨屋面活荷載:</p><p><b>　　全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：</b></p><p>　　半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：</p><p>　　1、2為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，3為施工階段荷載情況。</p><p><b>　　內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　由圖

15、解法或數(shù)解法解得P＝1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（P＝1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見表3。</p><p>　　表3 屋架桿件內(nèi)力組合表</p><p><b>　　桿件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、上弦桿</b></

16、p><p>　　整個(gè)上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。</p><p>　　N＝-858.8kN</p><p><b>　　上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：</b></p><p>　　在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度</p><p>　　在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系

17、桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距離，即</p><p>　　根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　腹桿最大內(nèi)力N＝-450.4kN，查表得，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用14mm。</p><p>　　設(shè)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類

18、），則需要的截面積：</p><p><b>　　需要的回轉(zhuǎn)半徑： </b></p><p>　　根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L160×100×10，肢背間距a＝12mm，則A＝50.63，，</p><p>　　按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： </p><p><b>　　， </b

19、></p><p><b>　　滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求。</b></p><p>　　由于，只需求，查表＝0.791，則</p><p>　　所選截面合適，上弦截面如圖所示：</p><p><b>　　圖6：上弦截面</b></p><p><b>　　2、下弦桿

20、</b></p><p>　　整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計(jì)算。</p><p><b>　　N=817.5kN</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　所需截面積為（因跨中有通長(zhǎng)系桿）:</p><p>　　選用2L

21、140*90*10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。</p><p>　　A＝44.522，，</p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　下弦截面如圖：</b></p><p><b>　　圖7.下弦截面</b></p><p>

22、;<b>　　3、斜桿</b></p><p>　　按端斜桿aB最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。</p><p>　　桿件軸力： </p><p>　　計(jì)算長(zhǎng)度： </p><p>　　因?yàn)椋什捎玫戎卿?，使。選用2L100×10。則:</p><p&

23、gt;　　A＝38.522，，</p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.668，則:</p><p><b>　　，故所選截面合適。</b></p><p><b>　　端斜桿截面如圖：</b></p><p&

24、gt;<b>　　圖8.端斜桿截面</b></p><p><b>　　4、腹桿</b></p><p>　　腹桿cf-fG在f節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長(zhǎng)桿件。</p><p><b>　　,</b></p><p>　　再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距，

25、在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：</p><p>　　選用2L110×10，查角鋼規(guī)格表得</p><p>　　A＝45.522，，</p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.701，則:</p><p><b>　　再分腹桿截面如圖：<

26、;/b></p><p><b>　　圖9：再分腹桿截面</b></p><p><b>　　5、豎桿Hd</b></p><p><b>　　，，</b></p><p>　　由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為</p><p><b

27、>　　，</b></p><p>　　查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大些。選用2L63×5，其幾何特性為：</p><p>　　A＝12.286，，</p><p><b>　　， </b></p><p>　　由于，只需求。查表＝0.411，則:</p><p>

28、;<b>　　豎桿截面如圖：</b></p><p><b>　　圖10：豎桿截面</b></p><p>　　其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表4。</p><p>　　表4 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表</p>

29、<p><b>　　節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　采用E43 焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。</p><p><b>　　1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”</b></p><p>　　設(shè) bB 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　肢背：

30、</b></p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　設(shè) bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>

31、;　　肢尖：</b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>　　bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。</p><p>　　根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點(diǎn)詳圖（見圖11），從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接到焊縫長(zhǎng)度為34

32、0mm，，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差△N＝Nbc-Nab＝596.6-240.7＝355.9kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度：</p><p>　　圖11：下弦節(jié)點(diǎn)“b”</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。斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=-450

33、.4kN。</p><p>　　設(shè) “aB”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長(zhǎng)度為</p><p><b>　　肢背：</b></p><p><b>　　肢尖：</b></p><p><b>　　取，。</b></p><p>

34、;　　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。槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。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)算得到：</p><p>　　肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載。上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則</p>&l

35、t;p><b>　　節(jié)點(diǎn)如圖:</b></p><p>　　圖12：上弦節(jié)點(diǎn)“B”</p><p><b>　　3、屋脊節(jié)點(diǎn)“J”</b></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

36、焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。</p><p>　　N=-858.8kN。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長(zhǎng)度為</p><p><b>　　,取</b></p><p>　　拼接角鋼長(zhǎng)度取 600>2×260=520mm</p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖

37、與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫,應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫,節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為。</p><p><b>　　焊縫應(yīng)力為：</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)形式如圖:</b></p><p>　　圖12：屋脊節(jié)點(diǎn)“J”</p><p>　　4、下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e

38、”</p><p>　　跨中起拱 50mm，下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L140×90×10，，焊縫長(zhǎng)度：</p><p><b>　　，取=300mm。</b></p><p><b>　　拼接角鋼長(zhǎng)度。</b></p><p>　　弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫

39、計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。</p><p>　　設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為</p><p>　　肢背：，取=90mm</p><p>　　肢尖，按構(gòu)造要求，取焊縫長(zhǎng)度50mm，取=60mm</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸。</p>

40、<p><b>　　焊縫強(qiáng)度滿足要求。</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)形式如圖:</b></p><p>　　圖13：下弦跨中節(jié)點(diǎn)“e”</p><p>　　5、端部支座節(jié)點(diǎn)“a”</p><p>　　為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點(diǎn)中

41、心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度14mm。</p><p>　　（1）支座底板的計(jì)算 </p><p><b>　　支座反力：</b></p><p>　　設(shè)支座底板的平面尺寸采用，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：</p><p>　　式中：－混凝土強(qiáng)

42、度設(shè)計(jì)值，對(duì)C20混凝土，。</p><p>　　支座底板的厚度按屋架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，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，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，即=8.49。</p><p>　?。瓋蛇呏С兄g的對(duì)角線長(zhǎng)度，即</p><p>　?。禂?shù)，由查表

43、確定。</p><p>　　為兩邊支承的相交點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離。由此得：</p><p>　　查表得＝0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：</p><p><b>　　底板厚度：</b></p><p><b>　　，取t＝22mm</b></p><p>　　所以底板尺

44、寸為mm。</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　焊縫長(zhǎng)度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點(diǎn)板高度。由節(jié)點(diǎn)圖得焊縫長(zhǎng)度為440mm，計(jì)算長(zhǎng)度lw＝440-12-15＝413（mm）（設(shè)焊腳尺寸hf＝8mm），每塊加勁肋近似的按承受R/4計(jì)算，R/4作用點(diǎn)到焊縫的距離為e＝（140-8）/2＝66 mm。則焊縫所受剪力V及彎矩M為：</p><

45、;p><b>　　焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　＝</b></p><p>　?。?.99N/mm2＜</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板的連接焊縫計(jì)算</p><p>

46、;　　設(shè)焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點(diǎn)板傳遞。</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫長(zhǎng)度，所需焊腳尺寸為</p><p><b>　　，取。</b></p><p>　　每塊加勁肋與底板的連接焊縫長(zhǎng)度為</p><p><b>　　所需焊縫尺寸</b></p>&

47、lt;p><b>　　所以取。</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)形式如圖:</b></p><p>　　圖14：端部支座節(jié)點(diǎn)“a”</p><p><b>　　6、節(jié)點(diǎn)板計(jì)算</b></p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)板在受壓腹桿的壓力作用下的計(jì)算</p>

48、<p>　　所有無豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，受壓腹桿桿端中點(diǎn)至弦桿的凈距離c與節(jié)點(diǎn)板厚度t之比，均小于或等于10。所有與豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，c/t均小于或等于15，因而節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定均能保證。</p><p>　?。?）所有節(jié)點(diǎn)板在拉桿的拉力作用下，也都滿足要求，因而節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度均能保證。此外，節(jié)點(diǎn)板邊緣與腹桿軸線間的夾角均大于15°，斜腹桿與弦的夾角均在30°～60°之間，節(jié)點(diǎn)板