21米普通梯形钢屋架设计毕业设计.doc

四川职业技术学院毕 业 设 计题目： 21米普通梯形钢屋架设计系 别： 建筑与环境工程系学生姓名： 班 级： 10建工 1班学 号： 指导教师： 完成时间： 2013年01月目录目录1任务书2论文综合评定表4毕业设计计算书5 1.屋架形式及尺寸52. 屋盖支撑布置53. 荷载计算64. 内力计算85. 杆件设计105.1上弦杆105.2下弦杆115.3.斜腹杆125.4.竖杆136.节点设计156.1.下弦一般节点156.2.下弦中央节点166.3.上弦一般节点176.4.屋脊节点186.5.支座节点196.6.节点板设计207.参考文献218.附录 屋架施工图四川职业技术学院毕 业 设 计 务 书建筑与环境工程 系 建筑工程技术 专业 2010 年级 1 班学生 李 阳 学号 10156030110119 日期 2013年01月 毕业设计题目 21m跨度普通梯形钢屋架设计 毕业设计内容与要求：一、设计内容某厂房跨度为 21 m（学号单号取21m，双号取24m），总长90m，柱距6m，厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。地区计算温度高于-200C，采用梯形钢屋架，1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1:10。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案为双号的同学用q235钢，焊条为E43型；设计方案为单号的同学用Q345钢，焊条为E50型。荷载标准值的选取：1、单号的同学（1）永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m2水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2保温层 0.7 KN/m2一毡二油隔气层 0.05 KN/m2水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撑自重：按经验公式计算：0.351 KN/m2悬挂管道： 0.15 KN/m2(2)可变荷载：屋面活荷载标准值： 雪荷载标准值： 0.35KN/m2积灰荷载标准值： 1.3 KN/m2屋架形式、几何尺寸如附图所示。2、双号的同学（1）永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.35 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.35 KN/m2 保温层 0.5 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撑自重：按经验公式计算： KN/m2悬挂管道： 0.15 KN/m2（2）可变荷载：屋面活荷载标准值： 雪荷载标准值： 0.35KN/m2积灰荷载标准值： 0.7KN/m2二、设计要求1. 严格遵守学习纪律，主动培养自己独立思考和独立解决问题的能力。2. 结构形式合理，选型恰当。3. 计算方法正确，计算数据准确。4. 计算书格式应符合标准，书写工整，文字简练，条理清楚。5. 施工图必须符合制图标准，能正确、准确表达设计意图，图面布置协调、清楚、整洁。6.设计资料（1）电子文档：封面、目录、设计任务书、综合评定表、计算书、参考文献。（2）按规定要求折叠的工程图纸。7. 设计内容（1）屋架形式及几何尺寸图 （2）节点连接详图（A3图纸） （3）屋架施工详图（A2图纸） （4）屋盖支撑布置图（A3图纸）（5）计算书一份。毕业设计综合评定表指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师(签名) 年 月 日答辩小组对毕业设计（论文）的答辩评语：总评成绩：答辩小组负责人（签名） 年 月 日计算书1 屋架形式及尺寸本设计为无檩屋盖方案，采用预应力混凝土大型屋面板，梯形屋架，坡度为i=1:10，屋架计算跨度：L0=L-300=21000-300=20700mm屋架在21m轴线处的端部高度取：H0=1990mm跨中高度取：H=H0+1/2iL=1990+1/2*(0.1*24000)=3040mm屋架的高跨比：H/L=3040/21000=1/6.9几何尺寸及编号如图所示：2 屋盖支撑布置根据厂房长度（90m>60m）。跨度及荷载情况，屋架支撑做如下设置。(1)上、下弦横向水平支撑；均匀设置厂房两端，第二柱间及中间柱间共设三道。(2)竖向支撑：在设置上、下弦横向水平支撑的柱间，子屋架跨中和两端各设置一道竖向支撑。(3)系杆：上弦平面内，屋脊处及屋架两端设纵向通长刚性系杆：支节点处沿厂房纵向设置通长刚性系杆：下弦跨中节点处设纵向通长柔性系杆，但在厂房两端第一柱间应为刚性系杆。支撑布置如附图所示，图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的屋架编号为GWJ-3，其它屋架编号为GWJ-1.3 荷载计算（1）.荷载计算本厂房为非轻型屋盖，故计算时刻不考虑风荷载，荷载计算及汇总表计算屋架杆力时，应考虑3种荷载组合。使用阶段 “全跨永久荷载+全跨屋面均布可变荷载”使用阶段 “全跨永久荷载+半跨屋面均布可变荷载”此时应注意，半跨屋面可变荷载可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨。永久荷载和可变荷载引起的节点荷载标准值P恒、P活、P灰分别为（上弦节点长度取1.508m）：荷载类型项次荷载名称计算式标准值备注永久荷载1三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m2沿屋面坡度方向分布2水泥砂浆找平层0.4 KN/m23保温层 0.7 KN/m24一毡二油隔气层0.05 KN/m25水泥砂浆找平层0.3 KN/m26预应力混凝土大型屋面板1.4 KN/m27屋架及支撑自重0.12+0.011*240.351 KN/m2沿水平方向分布8悬挂管道0.15 KN/m29永久荷载合计3.751 KN/m2可变荷载10屋面活荷载标准值：0.7 KN/m2二者取较大值11雪荷载标准值： 0.35 KN/m212积灰荷载标准值： 1.3 KN/m213可变荷载合计2.35 KN/m2P恒=3.751×1.508×6=33.939 KN P活=0.7×1.508×6=6.33 KN P灰= 1.3×1.508×6=11.762 KN 施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面可变荷载”。施工阶段永久荷载和可变荷载引起的节点荷载标准值P恒1、 P恒2及 P活：P恒1=0.351×1.508×6=3.176 KN（屋架及支撑自重，全跨）P恒2=1.4×1.508×6=12.667 KN（屋面板自重，半跨）P活=0.7×1.508×6=2.134 KN（施工可变荷载，半跨）这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的永久荷载，而屋面板自重及施工荷载既可能出现于左半跨，也有可能出现于右半跨，取决于屋面板的安装顺序。次设计要求施工时屋面板对称安装，故计算时不考虑这种荷载组合。4 内力计算表中组合1是由可变荷载效应控制的组合，组合2是由永久荷载效应控制的组合，本厂房为重屋盖，永久荷载标准值（合计）3.751 KN/m2 ，可变荷载标准值（合计）仅为2.35 KN/m2 ；由表中计算可见，杆件内力基本由组合2控制，但与组合1相比较，最多仅差5-6左右，由此也可知，一般采用压型钢板等轻型材料屋盖应为可变荷载效应控制。用图解法或数乘法皆可解出在全跨荷载作用下屋架杆件的内力，屋架杆件内力如图：组合项2222222222计算杆件设计值（KN）0-499.44-752.77-914.13274.05652.67799.55786.59-513.61388.21杆件内力组合组合21.35×0.7×1.4×（）0.9×1.4×（）0-499.44-752.77-914.13274.05652.67799.55786.59-513.61388.21组合11.2×1.4×（）0.9×1.4×（）0-481.26-725.37-784.50264.77628.82770.46757.56-494.92374.09使用阶段荷载标准值作用下杆件内力计算（KN）P灰×在右半跨0-25.43-46.14-62.5612.8236.2454.5369.21-24.0321.74P灰×在左半跨0-62.46-86.32-80.7035.4078.3786.1769.21-66.3546.58P活×在右半跨0-13.69-24.83-33.676.9019.5029.3537.25-12.9311.70P活×在左半跨0-33.61-46.46-43.4319.0542.1846.3737.25-35.7125.07P恒×全跨荷载0-253.59-382.22-413.38139.15331.72405.98399.39-260.79197.11杆力系数P=1全跨0-7.4725-11.562-12.184.1009.74411.96211.768-7.6845.808在右半跨0-2.162-3.923-5.3191.0903.0814.6365.884-2.0431.848在左半跨0-5.310-7.339-6.8613.0106.6637.3265.884-5.6413.960杆件名称ABBDDFFHacceegggaBBc上弦下弦斜腹杆组合项222222222计算杆件设计值（KN）-294.70186.62-105.0716.2547.66-33.42-66.84-66.84-66.84杆件内力组合组合21.35×0.7×1.4×（）0.9×1.4×（）-294.70186.62-105.0716.2547.66-33.42-66.84-66.84-66.84组合11.2×1.4×（）0.9×1.4×（）-283.98179.83-101.2514.7345.92-32.20-64.40-64.40-64.40使用阶段荷载标准值作用下杆件内力计算（KN）P灰×在右半跨-20.8918.47-17.9416.08-14.110000P灰×在左半跨-30.9714.37-0.55-15.4022.50-5.88-11.76-11.76-11.76P活×在右半跨-11.249.94-9.658.65-7.600000P活×在左半跨-16.677.74-0.30-8.2912.11-3.17-6.33-6.33-6.33P恒×全跨荷载-149.6494.76-53.3511.1324.20-16.97-33.94-33.94-33.94杆力系数P=1全跨-4.4092.792-1.5720.3280.713-0.5-1.0-1.0-1.0在右半跨-1.7761.570-1.5251.367-1.2000000在左半跨-2.6331.222-0.047-1.0391.913-0.5-1.0-1.0-1.0杆件名称cDDeeFFggHAaCcEeGg斜腹杆竖杆5 杆件设计5.1上弦杆上弦采用双角钢短边相连的相同T形截面，按上弦杆最大设计杆力（DF）杆设计，即N=-752.77kN。l0x=l0=1508mm，在屋架平面外，根据支撑和内力变化情况，取l0y=l1=3000mm。根据腹杆最大设计内力N=-513.61KN,查表，取中间节点板厚度t=12mm，支座节点板厚度t=14mm。设=60，属于b类截面，查表有=0.701，取强度设计值f=310N/mm2则需要的截面积：需要回转半径：根据A，,查角钢型钢表，选用2200×125×12，短边相连，A=7582.4mm2，按所选角钢进行验算 满足长细比要求。验算双角钢T形截面绕对称轴的整体稳定，应取考虑弯扭屈曲的换算长细比： 故 故根据， 查得，满足要求。填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），填板间的距离=75.4cm<40i=40 6.44=257.6cm。5.2 下弦杆整个下弦也采用双角钢短边相连的T形截面。按eg杆的最大设计内力设计，即N=799.55kN。下弦杆计算长度 需要的截面积 查角钢型钢表，选用2125×80×7 A=2820mm2，cm，按所选角钢进行验算 满足长细比要求。 故截面满足要求，下弦杆均采用该截面。每节间放置一块填板，=150cm<80 i=80×5.80=464cm.5.3 斜腹杆 （1）Bc杆因屋架为对称结构，以下只设计了左半跨的杆件，右半跨的杆件与左半跨的相同。杆件轴力N=388.21kN，,需要的截面积：查角钢型钢表，选用275×6，A=17.58cm2,按所选角钢进行验算 满足长细比要求。 截面满足要求由内力可知，斜腹杆De、Fg、Hg与Bc均为拉杆，内力均小于Bc杆。所以取De、Fg和Hg的截面与Bc相同。经验算他们的长细比分别为；和。均小于容许长细比150(2)aB杆杆件轴力N=-513.61kN,假定长细比=60，查表，需要回转半径：查角钢型钢表，选用2110×8，A=3448mm2，按所选角钢进行验算：故换算长细比： 查表.由于Dc,Fe杆的内力均远小于Ba杆。所以偏安全和施工方便考虑，取Dc,Fe杆件的截面和Ba杆件相同。5.4 竖杆有内力表可得Gg=Ee=Cc=2Aa因为他们受到的内力相对较小而且差值也较小，为便于安装取他们的截面相同。由于Gg杆的长度最大，所以只要Gg杆满足要求其他三杆件定能满足要求。连接竖向支撑的竖腹杆为了传力时不产生偏心，便于与支撑连接，以及吊装时屋架两端可以互换，宜采用两个等肢角钢组成的十字形截面。Gg杆件杆件内力N=-66.84kN，假设长细比=90（因其受力较小），查表需要回转半径：根据需要的A，,查角钢型钢表，选用290×6，A=2128mm2,按所选角钢进行验算： 满足长细比要求。换算长细比：，查表得 则 截面满足要求。各杆件的截面选择列于表2： 表2 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表杆件计算内力（kN）截面规格（mm）截面面积cm2计算长度(cm)回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数应力(N/mm2)名称编号上弦杆所有-752.772200×125×1275.82150.8300.03.579.6242.2431.191500.793<125.02下弦杆所有799.552125×80×728.20300.01035.02.30 6.04130.4171.4350<309.8斜腹杆Bc382.21275×617.58209.0261.32.313.3190.578.9350<106.1De189.24229.1286.42.313.3199.1786.53350<106.1Fg22.23249.9312.42.313.31108.294.4350<106.1Hg48.33271.2339.02.313.31117.4102.4350<106.1Ba-513.612110×834.48202.4253.03.004.7659.553.21500.842<258.0Dc-294.70286.4229.13.004.7667.553.21500.766<258.0Fe-105.07312.4249.93.004.7667.553.21500.766<258.0竖 杆Aa-33.42290×621.28159.2199.02.793.9157.0650.891500.668<210.2Gg-66.84231.2289.02.793.9182.8773.911500.668<210.2Ee-66.84207.2259.02.793.9174.2766.241500.668<210.2Cc-66.84183.2229.02.793.9165.6658.571500.668<210.2（六）节点设计 注：以下计算中，因为有的杆件内力太小，焊缝长度按构造要求取值，最小焊缝长度取60mm（肢背）或50mm（肢尖）。6.1下弦节点e 先算腹杆与节点板的连接焊缝：De杆肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均取4mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）=mm 取 130mm=mm 取 60mm对Ee和eF杆件，取肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均为6mm则Ee杆：=mm 取 60mm=mm 取 50mmeF杆：=mm 取 100mm=mm 取 60mm其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差799.6-652.7=146.9KN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为29.5cm，角焊缝计算长度=29.5-1.2=28.3cm，采用焊缝6mm，则肢背焊缝应力为<200N/ mm 6.2 下弦中央节点g先算腹杆与节点板的连接焊缝：Fg杆肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均取4mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）=mm 取 60mm=mm 取 50mm对Gg和gH杆件，取肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均为6mm则Gg杆：=mm 取 60mm=mm 取 50mmgH杆：=mm 取 60mm=mm 取 50mm其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差799.6-786.6=13KN。由于该处受力较小，所以不需考虑验算，取焊缝尺寸为4mm即可满足设计需求。6.3上弦一般节点B（集中荷载节点）计算腹杆与节点板的连接焊缝：对aB和Bc杆件，取肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均为6mm则aB杆：=mm 取 230mm=mm 取 100mmBc杆：=mm 取 165mm =mm 取 75mm按腹杆Ba、Bc所需焊缝长度，确定节点板形状和尺寸。量得上弦与节点板的焊缝长度为485mm，设hf6mm，因节点板缩进上弦肢背10mm（,为节点板厚度），故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P和弦杆内力差的共同作用。忽略P对焊缝的偏心并视其与上弦垂直，则上弦肢背的焊缝应力计算如下： P=1.3533.939+0.71.46.33+0.91.411.762=66.84 KN =NBD=499.34 KN肢背槽焊缝： 肢尖角焊缝：满足要求。6.4屋脊节点H(1)拼接角钢计算拼接角钢采用与上弦相同的截面2200×125×12。设两者间的焊脚尺寸 hf10mm，竖直肢应切去t+hf+512+10+527mm。按上弦杆力NGH-914.13 kN计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点每侧每条焊缝需计算长度为： 拼接角钢需要的长度为：L=2(+)+b2×(163.24+20）+50416.48mm为保证拼接节点处的刚度取，L450mm。(2)上弦与节点板之间焊缝计算上弦与节点间在节点两侧共8条焊缝，共同承受节点荷载P与两侧上弦内力的合力。近似地取sin=0.0995，该合力的数值为：2Nsin-P2×914.13×sin5.71°-66.84115.07kN设焊脚尺寸hf6mm，每条焊缝所需要长度为： 取l=30综上，得焊缝长度为156mm。满足要求。6.5 支座节点a(1)底板计算板承受屋架的支座反力R10P10×66.84668.4kN,柱采用C30混凝土，混凝土的轴心抗压强度设计值fc14.3N/mm2。底板需净面积An为：锚栓直径d20mm,则地板上的锚栓孔直径为d1=(22.5)d,取d1=2.5d=50mm,则锚栓孔面积为: A502+×2524462.5mm2底板需面积为 AsAn+A46741+4462.551204 mm2按构造要求底板面积取为A200×30060000 mm2As，满足要求-。底板承受的实际均布反力： 节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板，它们对角线长度a1及内角顶点到对角线的距离b1分别为： 查表得 两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为：所需底板厚度为 (取t=25mm)实取底板尺寸为-200×300×25。(2)加劲肋的计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为480mm，计算长度lw480-20-210=440（mm）（设焊脚尺寸hf10mm）。加劲肋与节点板间的连接焊缝可近似地按传递支座反力四分之一计算，并考虑焊缝偏心受力。每块加劲肋的两条焊缝承受的内力为： 则焊缝强度：<200 N/ mm 满足要求。（3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R=688.4KN，其中每块加劲肋各传R/4，节点板传递R/2。节点板和底板的连接焊缝长度=2（280-26-20）=536mm，所需要的焊角尺寸： 取=6mm每块加劲肋与底板的连接焊缝长度=（100-26-20）2=136mm 所需焊缝长度： 取=8mm6.6 节点板计算（1）节点板在受压腹杆的压力作用下的计算所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆的净距离c与节点板厚度t之比，均小于或等于10。所有与竖杆相连的节点板，c/t均小于或等于15，因而节点板的稳定均能保证。（2）所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均能保证。此外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于15°，斜腹杆与弦的夹角均在30°60°之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于60，都满足构造要求，节点板均安全可靠。7参考文献1 徐友辉.建筑材料M.成都：西南交通大学出版社，2010；2 张寓，混凝土结构基本原理.北京。中国建筑工业出版社，2000；3 罗邦富等编著，钢结构设计手册，中国建筑工业出版社 1989年；4 中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2002，北京；5 中华人民共和国国家标准钢结构设计规范(GBJ17-88),北京；6 严正庭等编著，钢与混凝土组合结构计算构造手册，中国建筑工业出版社 1996年；7 张中权等编著，冷弯薄壁型钢结构设计手册，中国建筑工业出版社 1996年；8 赵熙元等，建筑钢结构设计手册，冶金工业出版社，1995；9 汪一骏等，轻型钢结构设计指南，中国建筑工业出版社，ISBN 7-112-04335-7,2001；10 中国钢结构协会建筑钢结构施工手册，中国计划出版社，2002；11 张雄等，建筑功能材料，中国建筑工业出版社，2000；12 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