某服装工厂24米梯形钢屋架设计计算书.docx

钢结构课程设计计算书一.某梯形钢屋架结构设计二.设计资料：(2)某服装工厂屋面坡度1： 16,跨度24m,长度96m,地点：郑州市某区， 基本风压：0.20kN/m2,基本雪压：O/kN/n?。该车间内设有两台200/50kN中级 工作制吊车，轨顶标高为8.5m。(3)采用1.5mX6m预应力混凝土大型屋面板，60mm厚泡沫混凝土保护层， 卷材屋面，屋面坡度i=l/16o屋面活荷载标准值0.7kPa,雪荷载标准值为0.4 kN/m2,积灰荷载标准值为0.5 kN/m2。屋架较支在钢筋混凝土柱上，上柱截面 为 400mm X 400mm o(4)混凝土采用C20,钢筋采用Q235B级，焊条采用E43型。(5)屋架计算跨度：人=24m-2X0.15m=23.7m 必o(6)跨中及端部高度：采用无楝体系屋盖方案，缓坡梯形屋架，取屋架在30m 轴线处的端部高度% =2.005小。屋架跨中起拱按/0/500考虑，取60mm。三、屋架形式及几何尺寸如图所示LO uo杆件轴力：N=-437.3KN=-437300N计算长度七=/.v=200.7cm。因为以二鼠，故采用不等肢角钢，短边相并, 选用 2L70x45x4, A=456c,m2 ,(=2.25cm, zv= 1.99cm,2 =45/4 = 11.3 A L = 2005=892ix 2.25因为打 =11.3 0.48 骁/a=0.48x 2007/45 =21.41所以1.09Z?4 200.71.09x45 4r i2= 2V(1 +三一7 ) =(1 +57 ) = 107.8(121 = 150"八 /% t21.9920072x42l j因为心4，只求 9V =0.506, o = -=4373°° = 189.5 215 N/mm?,W x 力9VA 0.506x4560所需截面合适。(4)竖杆IeN=95KN=95000N葭=0.8 / =08 x 309.1cm=247.3cm 4<v = /=3O9.1cm内力较小，按制=150选择，需要的回转半径为:/247 3=2.06 cm=2.06 cmj =色=L£ = 1.65m”制 150查型钢表选用，选用 2L50x5, A=9.61 cm2, zA =1.88cm, iy =2.41cm,50/5 = 10, 4 =50/5 = 10, 4 =247.31.88= 131.5<150因为 b" = 100.58 loy/b = 0.58 x 3091 /50 = 35.9所以04(1+0.475Z?4309124.1(1 +0.475x5()430912 x52) = 1283幻= 150因为人&,只求%.= 0.381,N 95000 (7 =(pxA 0.381 x961= 259.5N/m/350N/mm2杆件截面选择表杆 件 名 称内力 设计 值N(KN )截面规格截面 积A(cm2)计算长度 (cm)回转半径 (cm)长细比入 稳定系 数计算 应力 (N/mm2446%上 弦 杆437.32L110xl042.52150.6150 .63,384.9244.630.61500.858206.4下 弦 杆7662L110xl042.5230011853,384.9288.8235.435 00.138130.5aB-437.32L70x45x445.6200.7200 .72.251.9989.2100.91501.506189.5Bb346.52L125x839.5252.7252 .75.483.3846.174.83500.721121.7b D-277.62L110x70x827.89283 .8283.83.512.9280.997.215 00.573173.7Dc197.62L110x70x8<27.89283 .8283.83.512.9280.997.235 00.57 3123.6cF-138.42010x70x1034.33307 .3307.33.482.9688.3103 .815 00.63263.8F d77.32L70x45x445.6307 .3307.32.251.99136.6154 .415 00.29 357.9dH-24.321110x70x1034.33331 .4331.43.482.9695.2112 .015 00.48114.7Aa-24.02L140x90x836.08160 .6200.74.503.6335.755.315 00.8327.8C b-48.02L140x90x836.08181 .8227.34.503.6340.462.615 00.79216.5EC-48.02L140x90x836.0 8203 .6254.54.5 03.6345.270.115 00.7517.4G d-48.12L140x90x836.08225 .4281.84.503.6350.177.61500.63720.5Ie952L50x59.61247.3309 .11.882.41131.5128.320 00.381259.57.节点设计(1)下弦节点“b”如下图用E43型焊条角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值SON". 设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝为=8mm和6mm,则所需的焊缝长度 为：肢背：0.7N2V；0.7x3433002x0.7x8x160加2%后取15cm。肢尖:加2%后取9cmo0.3N0.3x343300=76.0/72/77 ,2”： 2x0.7x6x160设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝=8mm和6mm,则所需的焊缝长度为:肢背：0.7NW70.7x2724002x0.7x8x160=106.4mm，加2乙后取13cm。肢尖:加2%后取8cmo_ 0.3N0.3x272400。=60.8mm ,2hef； 2x0.7x6x160“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取勺=5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为360mm x 540mm o下弦与节点板连接的焊缝长度为54cm, h =6mmo焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差&V=56L1KN-223.4KN=337.7KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：0.75 x 337700 N2x 0.7x6皿% x（540 -12）=51 AN/run2 <160 N/fTU7t2焊缝强度满足要求。（2）上弦节点如下图所示“Bb”杆与节点杆的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算：N=435.9KN, % =K)mm肢背：lw="65 x 435900 _= 126.49/匐加，加 2% 后取 15cm。M 2x0.7x 10mmx 160 N/iwn21肢尖：hf =8mmlw =0 35 = 85.14/77/72， 力口 2hf 后取 11 cmo2x0.7x8mmx 160 N/mm2f为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mmo用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度计算值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内41 2的应力计算如下: 节点板厚度二xl 2mm = 6mm, h ； = 1 Omm21上弦与节点板间焊缝长度为420mmo2义。7 hfL2义。7 hfLJ(0.75 x 337700)2 +2 x 0.7 x 6mm x(420-12)=90.440.8 f"= 0.8xl60A/mm2 = 128A/mz7i2上弦肢尖角焊缝的剪应力为: f T2x1.22)(0.25x337700)2 +435900、2xl.222x0.7也2 x 0.7x10mm x(420 - 20)=35.28 N/m 根 2 60A/mm2（3）屋脊节点“K”见下图弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密 和，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削弱，且截去垂直肢的一部分 宽度（一般为，+ %+5mm）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝/2/=10mm,则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：=160.69 mmI 719900 N“4 x 0.7 x 10mm x 160 N/mm2拼接角钢的长度取 400mm>2x160.69mm = 32。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板的 连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝% = 10mm,节点 板长度为59cm ,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为59-1cm- 2cm = 26.5cm ,焊缝应力为:1.22(29.1 IN/mm +n. 0.15x719900_29HN/2t f -zy. 1 1 /V/ nlrrl2 x 0.7 xlOmmx 265m 0.15x719900x95x612%z- = 62.61 N mm12x0.7xl0x2652/I 1.222=59.00 N/mm?16G 用荷因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦，斜杆和竖杆与节点板连接用工厂施焊，而右半边的上弦，斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆与节点板连接施焊计算方法与以上几个节点相同。(4)支座节点“a”如下图为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取 160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度 相等，厚度为14mm。1）支座底板的计算。支座反力：R=10F=239000N支座底板的平面尺寸采用280mmx360/nm,如仅考虑有加劲肋部分的底 板承受支座反力，则承压面积为280mmx 360mm=l00800/W.屋面材料：预应力大型屋面板桁架支撑布置如图所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车，布置下弦纵向水平支撑。（见下图）i 60005006000x132-CC1LG1jX/ GG1 LG1XXLG1r-4GG2QJLG1LG1二LG1/ 、LG1LG1 1>LG1XXLG1GG2>GG2cuLG1LG1LG1LG1LG1/cc>LG1LG1CC3LG1桁架及桁架上弦支撑布置6000tt500LG1GG1 LG1XXCUT-4>GG2三LG1LG1LG1/XLG1 1 CC1=;>0S寸CU2一y</ GG1 LG1GG4xCC1GG4LG1OJ / cuLG1CU / OJGG4/ GG3 GG4cu / cu/ CC3 GG4CC3GG49LG1/ GG1 $/ CC2 GG4xxGG4CC1桁架及桁架下弦支撑布置桁架支撑布置图符号说明：sc±上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆239000100800验算柱顶混凝土抗压强度:=2.37 N mm? fc = 12.5 N/ivm1式中，力为混凝土强度设计值，对C25混凝土，fc = 2.5N/nun底边的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中，0为底板下平均应力：239000 c 2r 脑/ 2 a = Z.J / N mnr2SQmmx 360mm卬为两支承边之间的对角线长度：/14? 二 :a.- A 140mnr +145 mtrr =196.76帆加n2；夕为系数，由a/查表得,4为两支承边的相交点到对角线外的垂直距。由相似三角形的关系，得:卜=980 =0.4984 196.76145x133 = 980mm?1196.76查表8.4.1,得/°0.058.M = 0.058 x2.37 N/nmi2 x 196.762mm2 =5321.69 N.ivm/mm底板厚度：t=理=6*5321.69/而=12.19mm 16mm,取仁13mm。 f V2i5N mnr2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4,即:2390004= 59750N则焊缝内力为:V = 59750NM = 59750N x 70mm=4182500N.mm设焊缝hf =6mm,焊缝计算长度。=455-12-20=423mm,则焊缝应力：'59750N、2x 0.7 x 6mm x 423/72/7： ?(4182500x61+ 弓<2x0.7x6mmx423 xl.22)-21.68 Nhnm1160N/ mm23）节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R=239000N,其中每块加劲肋各传；R=59750N,节点板传递R/2 = 119500N。设节点板与底板的连接焊缝的焊角尺寸%=6mm,则焊缝长度 人,=2x(280/77m-12mm) = 536mm ?焊缝强度验算如下：R/21195000.7x536x6= 53.1 N/71/712 (1.22x1602每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为:£4二(145-20-12) xl2=226mm焊缝强度验算如下：Of=譬="图=62.95 N卜病 <1.22 x 160 N/mm20.7 x ' lw x hf 0.7 x 226 rrun x 6mm符合强度要求。4.荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。因 此，取屋面活荷载0.7kN/m2进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括 支撑）按经验公式gK二（0. 12 +0.011X1） kN/irT计算，跨度单位为米（山）。 荷载计算详见表（1）。标准值(kN/m2)1.40.40.40. 360. 12+0.011X24 = 0. 380. 103.010. 70. 51.2荷载名称预应力混凝土大型屋面板 三毡四油防水层找平层（厚20mni）永久荷载保温层屋架和支撑自重管道荷载永久荷载总和屋面活荷载可变荷载积灰荷载可变荷载总和表（1）荷载计算设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合，在组合时，偏于安全不考虑屋面活荷载 和积灰荷载的组合值系数。（1）全跨节点永久荷载十全跨可变荷载。全跨节点永久荷载及全跨可变荷载为F = （3.01X1.3 + 1.5X0.7+ 1.5X0, 5X0. 9） X 1.5X6 -50. 7kN（2）全跨节点永久荷载+半跨节点可变荷载。全跨节点永久荷载为F1 = 3.01X1.3X1.5X6 =35. 21kN半跨节点可变荷载为F2 = （1.5X0. 7+ 1.5X0.5X0.9） XI. 5X6 = 15. 53kN（3）全跨节点屋架（包括支撑）自重+半跨节点屋面板自重+半跨屋面活荷载。全跨节点屋架自重为F3 = 0. 38X 1.3X 1.5X6 = 4. 47 kN半跨节点屋面板自重及活荷载为F4 = （1.3X1.4+0.7X1.5） XI. 5X6 = 25. 83kN上述计算中，（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。5.内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图见图所示由已知得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=l作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合桁架杆件内力组合桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合 F*第二种组合第三种组合计算杆件内 力全跨左半跨 右半跨 Fl:KD+FZ* F1MD+F2* 峥 +F4*母 十尸伊上弦AB000000000BC, CD-8.51-5. 94-2. 35-431.7-391.72-340. 50-185. 13-94. 79-431.7DE, EF-13. 38-8. 59-4. 27-678. 6-598. 88-537. 23-271.53-162. 78-678. 6FG,GH-15. 23-8.71-5. 79-772. 3-661. 56-619.82-281. 73-208. 12-772. 3HI-14. 85-7.01-7.01-753. 1-619. 70-619. 70-236. 90-236. 90-753. 1下弦ab4. 463. 311. 19226.3213. 70183. 48102. 5749. 27226.3be11.237. 603. 35569.6514. 37453. 80238. 47131.64569.6cd14. 468. 875. 04733.0642. 38587. 78283. 29186. 97733.0d(?15. 118. 026. 39766.0648. 50625. 33263. 91223. 04766.0斜腹杆aB-8. 63-6. 20-2. 22-437. 3-400. 79-344. 02-192.43-92. 29-437. 3Bb6. 834. 522.01346.5306. 74270.97141.9778. 88346.5bD-5. 48-2.98-2. 19-277. 6-234. 09-222. 71-97. 35-77. 27-277. 6De3. 901.811.71197.6156. 02154. 6760. 5858. 19197.6cF-2.73-0. 67-1.66-138.4-96. 24-110. 33-27. 06-51.91-138.4Fd1. 52-0. 431.4877.332.9960.22-6. 2041.8477.3dll0.911.47-1.4545.921.71-20. 0337. 13-36. 4945.9He-1.39-2. 351.32-70.6-71.50-19. 19-63. 4628. 79-70.6竖杆Aa-0. 47-0. 480. 00-24.0-24. 38-17.61-14.00-2. 05-24.0Cb-0. 95-0. 950. 00-48. 1-48. 76-35.21-28. 00-4. 10-48. 1Ec-0. 95-0. 950. 00-48. 1-48. 76-35.21-28. 00-4. 10-48. 1Gd-0. 95-0. 950. 00-48.2-48. 76-35.21-28. 00-4. 10-48.2Ie1.870. 920. 9295.081.4581.4531. 1431. 1495.06.杆件设计(1)上弦杆整个上弦采用等截面，按HI杆件最大内力设计N=-753.1KN=7531OOKN上弦杆长度：在桁架平面内，为节间轴线长度lox= 150.6cm在桁架平面外，根据支撑布置合内力变化情况，取loy =150. 6cm因为故截面宜选用两个等肢角钢101I7 2L110>K10腹杆最大内力N=437.3KN,查表得：中间节点板厚度取10mm,支座节点板厚度取12mm。设4=60,查轴心受力稳定系数表，。=0.807需要截面积：A二/黑二4340.5mm2需要回转半径：ix = =25.1mm, iy= = -=25.1mmA 60260根据所需要的A, ix, iy查角钢型钢表，选用2L110X10, A=4252mm2,ix =3.38cm, iy=4.92cm,=按所选角钢进行验算:A 4= 1=44.6<入=150x ix 3.38因为4 = 110/10 = 11>0.58/乙=0.58x1506 /110 =7.94所以 +等；黑。+黑黑因为人九，只需求90.858公武二讲皿公州所而所选截面合适（7）下弦杆1012LU0 米 102LU0 米 10整个下弦采用同一截面，按最大设计值计算。N=766. 0KN=766000NlOx=300cm, /0 v = 1185cm所需截面积=3562.8/71/722人 N 7660004 =l= f 215选用 2L110X10, A=4252mm2>3562.8mm2 ix =3.38cm, iy=4.92cm考虑下弦有2021.5皿的栓孔削弱，下弦净截面面积:4=4252-2x21. 5x10mnr =3822mrrrN7660003822= 200AN/mnr215 NI mm1102L11010下弦截面(8)端斜杆aB