剛結構課程設計--單層工業(yè)廠房屋蓋結構——梯形鋼屋架設計

1、<p>　　單層工業(yè)廠房屋蓋結構——梯形鋼屋架設計</p><p><b>　　（1.設計資料：</b></p><p>　　1）題號22，屋面坡度1:10，長102m，跨度24m，柱距6m，地點：烏魯木齊，基本雪壓0.75N/m2，，基本風壓0.60N/m2，車間內設有兩臺200/50KN中級工作制吊車，軌頂標高8.000m。冬季最低溫度-20攝氏度，地震

2、設計烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g。采用1.5m×6m預應力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保溫層。三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層（0.4KN/m2），找平層2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級C20，上柱截面400×400mm。鋼材選用Q235B，焊條采用E43型。屋面活荷載標準值0.7KN/m2，積灰荷載標準值0.6KN/m2， &l

3、t;/p><p>　　（2）屋架計算跨度 ： </p><p>　?。?）跨中及端部高度：設計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（為），屋架跨中起拱考慮，取48m.</p><p><b>　　2.結構形式與布置</b></p><p&

4、gt;　　屋架形式及幾何尺寸如圖所示：</p><p>　　圖1.梯形鋼屋架形式和幾何尺寸</p><p>　　根據(jù)廠房長度（102m>60m）、跨度及荷載情況，設置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及

5、端部設置了柔性系桿，以傳遞山墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖下圖所示：</p><p>　　SC-上弦支撐；XC-下弦支撐；CC-垂直支撐；GC-剛性系桿；LG-柔性系桿</p><p><b>　　3.荷載計算</b></p><p>　　屋面和荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較

6、大的荷載標準值進行計算。故取屋面活荷載0.7kN/進行計算。</p><p><b>　　屋面風荷載 </b></p><p><b>　　迎風面 </b></p><p><b>　　背風面 </b></p><p>　　由于屋面坡度較小，對荷載影響小，未予考慮。風荷載對

7、屋面為吸力，重屋架不考慮。</p><p>　　表 1 荷 載 計 算 表</p><p>　　設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：</p><p>　　3.1.全跨永久荷載 + 全跨可變荷載</p><p>　　全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：</p><p>　　

8、3.2.全跨永久荷載 + 半跨可變荷載</p><p><b>　　全跨節(jié)點永久荷載：</b></p><p><b>　　半跨節(jié)點可變荷載：</b></p><p>　　3.3.全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載:</p><p><b>　　全跨節(jié)點屋架自重：&l

9、t;/b></p><p>　　半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：</p><p>　　1、2為使用節(jié)點荷載情況，3為施工階段荷載情況。</p><p><b>　　4.內力計算</b></p><p>　　屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖所示：</p><p><b>　　屋

10、架計算簡圖</b></p><p>　　由圖解法或數(shù)解法解得F＝1的屋架各桿件的內力系數(shù)（F＝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力進行組合，計算結果見表2</p><p>　　屋 架 構 件 內 力 組 和</p><p><b>　　5.桿件設計</b></p><p><b&

11、gt;　?。?）上弦桿</b></p><p>　　整個上弦采用等截面，按GH,HI桿件的最大內力設計，即</p><p><b>　　上弦桿計算長度：</b></p><p>　　在屋架平面內，為節(jié)間軸線長度，即</p><p>　　在屋架平面外，本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)

12、支持布置和內力變化情況，取為支撐點間的距離，即</p><p>　　根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦桿截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。如下圖所示。</p><p>　　腹桿最大內力，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：中間節(jié)點板與墊板厚度取10mm,支座節(jié)點板剛度取12mm。</p><p>　　設，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b

13、類），則需要的截面積為</p><p><b>　　需要回轉半徑：</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　根據(jù)需要A，，查角鋼規(guī)格表，選用，肢背間距a=10mm，則： ，，</p><p>　　按所選角鋼進行驗算：</p><p>　　<

14、;[]=150, （b類）</p><p>　　雙角鋼T型截面繞對稱軸(y)軸應按扭曲計算長細比</p><p>　　則==69.52，，＜</p><p>　　故所選截面滿足要求。</p><p>　　填板每個節(jié)間放一塊（滿足范圍內不少于兩塊），尺寸取60mmx130mmx10mm則</p><p><b>

15、;　　間距，取80cm。</b></p><p><b>　?。?）下弦桿</b></p><p>　　整個下弦桿采用同一截面，按最大內力所在的桿計算。</p><p><b>　　N</b></p><p>　　，（因跨中有通長系桿），所需截面積為：</p><p&

16、gt;　　選用，因≥，故用不等肢角鋼，短肢相并，如下圖。</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　?。?50，＜350</b></p><p>　　故所選截面滿足要求。</p><p>　　填板每個節(jié)間放一塊，尺寸取60mm×130mm×10mm，則&

17、lt;/p><p>　　間距，取150cm。</p><p><b>　?。?）斜腹桿</b></p><p><b>　　①端斜桿aB：</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p><b>　　計算長度 <

18、/b></p><p>　　因，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。</p><p>　　選用，肢背間距a=10mm，則： ，，</p><p>　　按所選角鋼進行驗算：</p><p><b>　　<[]=150</b></p><p>　　雙角鋼T型截面繞對稱軸(y)軸應按扭曲計算長細

19、比</p><p>　　則=（1+）=73.07×（1+</p><p><b>　　故由，b類，，</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　故所選截面滿足要求。</p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×145mm

20、15;10mm，則</p><p><b>　　間距,取90cm。</b></p><p><b>　　②桿件dR-RI</b></p><p>　　此桿在R節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。</p><p><b>　　最大拉力： ，</b></p><p>

21、;<b>　　最大壓力： ，</b></p><p>　　再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內的計算長度取節(jié)點中心間距，在桁架平面外的計算長度：</p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b></p><p>　　因＜，只需求。查表得，則</p>&l

22、t;p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　拉應力： </p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則</p><p><b>　　間距，取75cm。</b&

23、gt;</p><p><b>　?、?桿件Bb</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×2534=2027.2mm， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，&

24、lt;/b></p><p><b>　　； </b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則</p><p><b>　　間距，取80cm。</b></p

25、><p><b>　　④桿件bD</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×2798=2238.4mm， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b>&

26、lt;/p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　>，，</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放三塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則</p><p>

27、<b>　　間距，取70cm。</b></p><p><b>　?、輻U件Dc</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×2778=2222.4m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p>

28、<p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則</p><p>　　間距，取100cm。&

29、lt;/p><p><b>　　⑥桿件cF</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×3055=2444m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b>

30、;</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　>，， </b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放三塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則</p><p&

31、gt;<b>　　間距，取。</b></p><p><b>　?、邨U件Fd</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×3035=2444m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p>&

32、lt;p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求</b></p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則</p><p>　　間距，取110cm。</

33、p><p><b>　?、鄺U件RG</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×1952=1561.6m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b>&

34、lt;/p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　>，，＜</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求</b></p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則</p><p>

35、　　間距，取70cm。 </p><p><b>　?。?）豎桿</b></p><p><b>　　①桿件Aa</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×1900=1520m， </p><

36、p>　　由于桿件內力較小，按選擇，需要回轉半徑為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>

37、　　>，，＜</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放兩塊，尺寸取60mm×76mm×12mm，則</p><p><b>　　間距，取65cm。</b></p><p><b>　　②桿件HR<

38、/b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×1406=1124.8m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，<

39、/b></p><p><b>　　>，，＜</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放三塊，尺寸取60mm×76mm×10mm，則</p><p><b>　　間距，取50cm。</b></

40、p><p><b>　　③桿件Cb</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×2200=1760m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b><

41、;/p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　>，，＜</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放三塊，尺寸取60mm×76mm×10mm，則</p><p>&

42、lt;b>　　間距取60cm。</b></p><p><b>　?、軛U件Ec</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×2500=2000m， </p><p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p>&l

43、t;p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　>，，＜</b></p><p><b>　　所選截面滿足要求。</b></p><p>　　填板放三塊，尺寸取60mm×76mm&

44、#215;10mm，則</p><p><b>　　間距取65cm。</b></p><p><b>　?、輻U件Gd</b></p><p><b>　　桿件軸力 </b></p><p>　　計算長度 0.8×2800=2240m， </p>&l

45、t;p>　　選用，查角鋼規(guī)格表得</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　>，，＜所選截面滿足要求。</p><p>　　填板放三塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則間距取70cm</p>

46、<p><b>　　6.節(jié)點設計</b></p><p><b>　　下弦節(jié)點b</b></p><p>　　已知采用用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。</p><p>　　設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）： </p>

47、<p>　　肢背： ，取180。</p><p>　　肢尖： ，取100。</p><p>　　設“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背： ，取120。</p><p>　　肢尖： ，取90。</p><

48、;p>　　“Cb”桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為300mm×340mm。</p><p><b>　　下弦節(jié)點“b”</b></p><p>　　下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為34.0cm，。

49、焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差，受力較大的肢背處的焊縫應力為</p><p>　　，焊縫強度滿足要求。</p><p><b>　　下弦節(jié)點“c”</b></p><p>　　繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為260mm×300mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為34.0cm，。焊縫所受

50、的力為左右兩下弦桿的內力差，受力較大的肢背處的焊縫應力為</p><p>　　，焊縫強度滿足要求。</p><p><b>　　下旋節(jié)點d</b></p><p>　　已知采用用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。</p><p>　　設“Fd的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力

51、分配系數(shù)計算）： </p><p>　　肢背： ，取80mm.</p><p>　　肢尖： ，取60mm.</p><p>　　設“dR的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：</p><p>　　肢背： ，取80mm.</p><p>　　肢尖： ，取60.</

52、p><p>　　“Gd的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為260mm×340mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點板如圖，連接的焊縫長度為34.0cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差，受力較大的肢背處的焊縫應力為</p

53、><p>　　，焊縫強度滿足要求。</p><p><b>　　下弦節(jié)點e</b></p><p>　　1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為50cm，。焊縫所受的力為弦桿的內力，則需焊縫長度為:</p><p><b>　　，取=250mm</b></p><

54、p>　　拼接角鋼長度不小于2250+10=510mm，取540mm。為了保證施焊方便和保證連接焊縫的質量，還需將連接角鋼的豎直肢切去Δ=t+=10+8+5=23mm。</p><p><b>　　下弦節(jié)點“d”</b></p><p>　　2）豎桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內力的15%計算。</p><p>　　設肢背、肢尖焊腳尺寸為

55、6mm，弦桿一側需焊縫長度為</p><p>　　肢背：，取=80mm</p><p>　　肢尖，按構造要求，取焊縫長度50mm，</p><p><b>　　取 =60mm</b></p><p><b>　　節(jié)點板尺寸：</b></p><p>　　按比例繪出節(jié)點詳圖，從

56、而確定節(jié)點板尺寸:如圖</p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　圖14.下弦節(jié)點“e”</p><p><b>　　2上弦設計</b></p><p><b>　　上弦節(jié)點“B”</b></p><p>　　“Bb”桿

57、與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。</p><p><b>　　已知： </b></p><p>　　設“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按不等肢角鋼短肢連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）：</p><p>　　肢背： ，取170。</p><p>　　肢尖： ，取140。</

58、p><p>　　“HR”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"H”相同，</p><p>　　肢背： ，取50。</p><p>　　肢尖： ，取50mm。</p><p>　　“RG”桿肢背和肢尖的焊腳尺寸和6mm。</p><p>　　肢背： ，取80。</p><

59、;p>　　肢尖： ，取60。</p><p>　　設“BD”桿的焊縫尺寸為</p><p><b>　　節(jié)點如圖：</b></p><p><b>　　屋脊節(jié)點“K”</b></p><p><b>　　4支座設計：</b></p><p&

60、gt;<b>　　支座節(jié)點“a”</b></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)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度12mm。</p><p>　?。?）支座底板的計算：</p><p>　　支座反力： </p><p&g

61、t;　　采用對C25，的鋼筋混凝土柱，錨栓直徑取25mm，錨栓孔直徑取2倍的錨栓直徑，即50mm。</p><p>　　支座底板的面積A：A≥錨栓孔缺口面積=+1963=42789mm</p><p>　　設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。驗算柱頂混凝土的抗壓強度：</p><p>　　式中：－混凝土強度設計值，。<

62、;/p><p>　　支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點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：－底板下的平均應力，即=7.63，</p><p>　?。瓋蛇呏С兄g的對角線長度，即</p><p>　?。禂?shù)，由查表確定。</p>&l

63、t;p>　　為兩邊支承的相交點到對角線的垂直距離。由此得：</p><p>　　查表得＝0.056。則單位寬度的最大彎矩為：</p><p><b>　　底板厚度：</b></p><p><b>　　，取t＝20m</b></p><p><b>　　所以底板尺寸為。</b&

64、gt;</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算</p><p>　　一個加肋的連焊縫風所承受的內力取為</p><p>　　加勁肋高度、厚度取與中間節(jié)點板相同（）。采用，驗算焊縫應力：</p><p><b>　　對V: </b></p><p><b>　　對M: &l

65、t;/b></p><p><b>　　應力驗算:</b></p><p>　?。?）節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算 </p><p>　　設焊縫傳遞全部支座反力，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點板傳遞。</p><p>　　節(jié)點板與底板的連接焊縫長度，所需焊腳尺寸為&l

66、t;/p><p><b>　　，取。</b></p><p>　　每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為</p><p><b>　　所需焊縫尺寸</b></p><p><b>　　所以取。</b></p><p><b>　　節(jié)點如圖：</b&