21米长120米梯形钢结构屋架设计计算书.docx

梯形钢屋架课程设计一、设计资料：某市（室外最低计算温度-29）某车间（或厂房），厂房跨度21米，长 度120m,柱距6m,采用梯形钢屋架，屋面板采用1. 5 X 6. 0m的预应力碎大型屋 面板，屋面坡度i =1/10,卷材屋面，屋架简支于钢筋碎柱上，上柱截面400mm X400mm,税强度等级C25,试布置屋盖支撑并设计钢屋架。二、屋架形式和几何尺寸：由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱 时的上弦坡度i=l/10,屋架跨度L=21m,每端支座中线缩进150mm计算跨度：10=21000-2 X150=20700mm屋架高度：轴线处的端部高度取h0= 1990mm,屋架支座反力点处的高度取 h=2005mm,跨中高度H=3040mm,起拱按L/500,取45mmo屋架几何尺寸见下图 所示：15075150751500*7=10500屋架外形图三、结构形式与布置：房屋长度为120m,且屋架跨度小于30m,故在房屋两端开间设置上、下弦横 向水平支撑、屋架两端及跨中三处设置垂直支撑、纵向水平支撑。上、下弦各在 两端和中央设三道系杆，其中下弦屋架支座处以及上弦屋脊处共三道为刚性系 杆，其他为柔性系杆。屋架支撑布置下图：，(靖了+(cF1M/i.22 = .61.962+(13527 = 127.02N/mm2 < 160N /mm2v' I 1.22 )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焊缝，而右半 边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝4、支座节点“a” ：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 = 27.495 x 8 = 219.960kN支座底板的平面尺寸采用280x400mmo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200x234=46800mm2混凝土强度等级为C30, £ = 14.3N/tw?验算柱顶混凝土的抗压强度：=219 9、xl° = 4.7N / mm2 < fc = 12.5N / mm2446800c底板两支承边之间的对角线长度:=(100-14/2)2 +1 102 = 144.0mm7 93x110 f 八 d 71.0 八届 a=71 .QmmAND = 0.49-144.0% 144.0查表得廿=0.0586底板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边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯 矩为：M = 0.0586 x 4.70 x 144.02 =5711.1 IN-mm/mm底板厚度：6M/6x5711.11Hn ”t = /= %= 12.6mm ,取, = 20mm f V 215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四分之一，即：R/4 = 219.96/4 = 54990N则焊缝内力为：V = 54.99kNM=Ve = 54.99 x 65 = 375.435kN - mm设焊缝% = 6mm ,焊缝计算长度Zw = 528-20-2x6 = 496mm则焊缝应力为：_ 16x357.435x1()3 丫 / 54.99 xlO3 "-1.22x2x0.7x6x4962 J +12x0.7x6x496,=13.20N / mm2 < 160N / mm2 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 = 219.96kN ，其中每块加劲肋各传R/4 = 54.99kN,节点板传递 R/2 = 109.80kN节点板与底板的连接焊缝长度：»w =2(200-2x6)= 376mm, 取九、=6mm=2.14N/mm2 < 160N/mm2=2.14N/mm2 < 160N/mm2_RI2_109.98x1()30 - 0.7/w x /；v x 1.22 0.7 x 376 x 160 x 1.22加劲肋与底板的焊缝尺寸，取=6mm,则、。力图比二”皿其余节点略,各杆焊缝长度列于表。屋架施工详图见附图腹杆杆端焊缝尺寸表杆件名称设计内力/kN肢背焊缝肢尖焊缝% (mm)/2(mm)h (mm)aB-243. 93690. 7910. 0075. 536. 00Be186. 93989. 028. 0053. 736. 00cD-149.13374. 268. 0045. 296. 00De100. 98955.458. 0034. 546. 00eF-68.62842.818. 0027. 326. 00Fg39. 14131.298. 0020. 746. 00gK37.01930. 468. 0020. 266. 00Kh61.00239. 838. 0025. 626. 00Aa-13.74819. 166. 0015. 076. 00Cc-27. 49526. 326. 0018. 146. 00Ee-27. 49526. 326. 0018. 146. 00Gg-27. 49526. 326. 0018. 146. 00Hh-54. 05536. 8910. 0025. 058. 00斗>s四、荷载计算：1、荷载清算：(1)永久荷载：0.02kN/m21)保护层：lmm20% 107胶水泥素浆2)防水层：SBC120聚乙烯丙纶双面复合防水卷材(300g/ni2) O.OO3kN/m23）粘结层：水泥与5%107胶OSkN/n?4）基 层：20mm厚1:3水泥砂浆0.40kN/m25）保温层：150nini厚水泥膨胀珍珠岩（自重4. 5kN/m3） 4.5x0.15=0.675kN/m26）隔汽层：SBC120聚乙烯丙纶单面复合防水卷材（250g/m2） 0.0025kN/m27）找平层：20mm厚1:3水泥砂浆O/OkN/n?8）结构层：预应力钢筋碎大型屋面板1.45kN/m2合计：2.9705kN/m2（2）可变荷载：积灰荷载：C3该厂房为某水泥厂的机修间，且屋面无挡风板；0. 5kN/m2屋面活荷载：0.50kN/m2屋面雪荷载：0.65kN/m2屋面活荷载和雪荷载中的较大值与积灰荷载组合：1.15kN/m22、荷载组合：考虑三种荷载组合：（1）全跨永久荷载设计值+全跨可变荷载设计值按永久荷载效应控制的组合：F= （1.3x2.9705 + 1.5x1.15） xl.5x6=50.28kN（2）全跨永久荷载设计值+半跨可变荷载设计值全跨节点永久荷载：Fi=L3x2.9705xl.5x6=34.75kN半跨节点可变荷载：F2=1.5xl,15xl.5x6=15.53kN（3）全跨屋架（包括支撑）+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重：F3=1.3x0.351 x 1.5x6=4.11 kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4= （1.3x1.45 + 1.5x1.15） xl.5x6=32.49kN（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况五、屋架杆件内力：经计算屋架分别在全跨荷载和半跨荷载作用下的杆件内力系数见表，据此进 行内力组合，计算得出各杆件的最不利内力，如下表所示：杆件名称内力系数（F=l）第一种组第二种组合第三种组合计算杆件全跨左半跨右半跨合FXFIX +F2XFIX +F2XF3X +F4XF3X +F4X内力(KN)上弦杆AB0. 0000. 0000. 0000. 0000. 0000.0000. 00()0. 0000. 000BC> CD-7. 472-5. 253-2.219-286. 775-103.415-90. 035-226.886-115. 780-286. 775DE、EF-11.262-8. 036-3. 226-432. 236-156. 393-135. 181-346. 309-170. 167-432. 236FG、GK-12. 180-8. 152-4. 028-467. 468-166. 764-148. 577-354. 798-203. 777-467. 468下弦杆ac4. 1002. 4891.611157. 35855.01051. 139110. 08977. 937157. 358ce9.7446. 9992.745373. 975135. 516116. 756301.321145. 539373. 975eg11.9628. 3243.638459. 102165. 181144.515360. 089188.488459. 102gh11.7687.4164.352451.656159. 093145. 581325. 942213. 738451.656斜腹杆aB5.808-5. 53211.340222.91137. 982112. 387-175.749442. 104-243. 936Be-4. 4093. 687-8. 096-169.217-31.093-83. 056114. 648-316. 845186. 939cD2.792-2. 3955. 187107. 15719. 42452. 861-74. 806202. 847-149. 133De-1.5720. 882-2. 454-60. 333-12. 994-27. 70525. 036-97. 128100. 989cF0. 328-0. 6971.02512. 5890. 4498.043-24. 00939. 051-68. 628Fg0.713-0. 4561. 16927. 3655. 64712.81313. 40546. 10339. 141竖杆Aa-0. 500-0. 5000. 000-19. 190-7. 575-5. 370-20. 620-2. 310-20. 620Cc-1.000-1.0000. 000-38. 380-15. 150-10. 740-41. 240-4. 620-41.240Ee-1.000-1.0000. 000-38. 380-15. 150-10. 740-41. 240-4. 620-41.240Gg-1.000-1.0000. 000-38. 380-15. 150-10. 740-41.240-4.620-41.240屋架杆件内力计算六、杆件设计：1、上弦杆：整个上弦采用等截面，按FG、GK杆件之最大设计内力设计：N = T67.468kN平面内计算长度：1(>X = 1507.5mm平面外计算长度：4V = 4 =1507.5x2 = 3015/加腹杆最大内力N = -243.936左N,查表，节点板厚度选用12mm,支座节点板厚 度用14mm截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。设入=60,截面为b类，查表得(P = 0.879Tn7 AA ±r 7777Xn a N 467.468 X 10 c 4 1 c 八 2需要的截面积：A =2413.0加根-cpf 0.807x215所需的回转半径：i =米=150.75 =251mm， i = = 22L5 = 50.27mm x 2605260根据需要的查角钢规格表，选用2L 125x80x8, A = 31.98cm2,i = 2.28cm， i = 6.15cm xy按所选角钢进行验算：4=L ="喳=66.144=/=竺空=49.04x i 3.1） i 8.76入y满足4<M = 150的要求& =哓=15.60.56 乜= 0.56x图 = 21.11t 8b8取 &z>4,，查表得 %z= 6870N 467.468 xlO31szic5。 ，一口 2a = 150.48N/mm2 < 215N/mm2% A 0.870x31.98xl022、下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大内力de所在的杆计算：N = 459.10kN,平面内计算长度，ZOx = 3000mm ,由于跨中设一通长系杆，取/（）=11850相机 ay壬由. 2 不工口A N 459.1X103 1czi 2需要的截面积：A = 一 =- = 19.4cm-f 215xl02因儿>儿，故用不等肢角钢，短肢相并，选用2L125X80X2,A = 31.98cm2, i = 2.54cm , i = 6.89cm xy%& = 300 = 132V350= 193 < 350x ( 2.28) iy 6.153、端斜杆aB：杆件轴力：N = -243.936kN计算长度几=九=2530小加，因为几=九,故采用不等肢角钢长肢相并，使A 。选用 2l_100X63X7, A = 22.222cm2, i = 3.2cm, i = 2.66cm X )X)L =汉2 = 79.47,丸=九=至12 = 95.60x i 3.2丫 i 2.66Ay% =图=14.3 <0.48 乞= 648x2 = 17.4t 7b70由于Ayz < 2 V ,查表得(Px= 0.586N _243.936x1()3A-0.586 x 22.222 xlO2N _243.936x1()3A-0.586 x 22.222 xlO2=187.32N/mm2 < 215N/mm24、竖杆Cc:杆件轴力：N = TL24kN计算长度：/Ox =0.8/= 0.8x2290 = 1840771m, /Oy = / = 2290mm内力较小，按d=150选择需要的回转半径：(=幺= l.23cm* 2150七=垩=2 J3c机y 2 150查型钢表，选截面的ix和iy较上述计算的 二和I略大些，选用2L50X4得截面几何特性：A = 7.790cm2,1.54cm, i = 2.70cm入y% = & =g燹= 119.48<1502 =位=当= 85.19 <150x 41.54y i 2.70入y由于 2 =色=12.5 < 0.58 位=0.58 X 型=26.68 t 4h50由于&z=4=12。，查表得以=0.378_41.24X1Q34-0.378x7.790xl02_41.24X1Q34-0.378x7.790xl02= 93.37N/mm2 <215N/mm2其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于下:屋架杆件截面选择表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面形式和规格截面面积回转半径/cm长细比容许长细比囚稳定计算应力系数VNAj/A(N/mm2)lox10y/cm2ixiy囚x囚y上弦FK-418.836150.750301.500q 125x80x831.9802.2806.15066.14049.041150.0000.800163.710下弦gh417.044300.0001185.000q pl25x80x831.9802.2806.150131.579192.683350.0001.000130.408斜 腹 杆aB-243.936253.000253.000q 100x63x722.2223.2002.66079.46995.602150.0000.586187.325Be186.939209.040261.300q 100x623.8643.1002.01067.510130.149350.00()0.373210.014cD-149.133213.120266.400-100x623.8643.1002.01074.258143.18415().0000.373167.541De100.989229.120286.400-I100x623.8643.1002.01073.987142.63735().0000.373113.455eF-68.628249.920312.400-I100x623.8643.1002.01080.981156.119150.0000.37377.099Fg39.141271.200339.000-|100x623.8643.1002.01080.697155.572350.0000.37343.972竖杆Aa-13.748159.200199.000-I50x47.7901.5402.700130.84474.630150.00()0.37846.689Cc-27.495183.200229.000150x47.7901.5402.700119.48185.185150.0000.37893.374Ee-27.495207.200259.000150x47.7901.5402.700135.06596.296150.0000.37893.374Gg-27.495231.200289.000-I50x47.7901.5402.700150.649107.407150.0000.37893.374Hh-54.055243.200304.000-I r50x47.7901.5402.700187.013106.667150.0000.378183.572七、节点设计：1、下弦节点“b” ：用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值力亚=16ON/租/设“Be”杆的肢背和肢尖焊缝"=8mmOR6mm,则所需的焊缝长度为:心北 0.7N 0.7x 186.939xlO3 ”小日口。八肢背：Zv =73.02mm,取 80mmw 2/zJw 2x0.7x8x160肢尖：=x 186.939 x 103 = 4 73mm ,取 50nlmw 2/zJw 2x0.7x6x160设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝分别为8mm和6nim,则所需的焊缝长度为:肢背：(且二 02133x1°： si,取 60mm w2x0.7x8x160肝小 70.3N 0.3 x 149.133 xlO3而 仆肢尖：/：, = 33.29mm , MZ 40mmw 2JW 2x0.7x6x160“Cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取得=6mm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170x150mm下弦与节点板连接的焊缝长度为17cm,=6根根。焊缝所受的力为左右两 下弦杆的内力差A/V = 316.88-130.299 = 186.58kN ,受力较大的肢背处的焊缝应105.44N/mm2 < 160N/mm2105.44N/mm2 < 160N/mm2上40.75 x 186.58 xlO3力为： T f =/ 2x0.7x6x(170-2x6)2、上弦节点“B” ：“Be”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算:“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算:N. = 243.9360VClD肢背3。小4 =渭=70.7877777?,取 80mm叶小 7"/0.35x243.936xlO3 0取 60mm肢尖 h； = 6mm , r = 63.53mm ,fw 2x0.7x6x160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8nlm。用槽 焊缝把上弦角钢和节点板连接起来,如上图所示。计算时可略去桁架上弦坡度的 影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间 内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝肯定是安全的，可不必验算。肢尖焊缝 验算如下：/z； =lx节点板厚度= lxl2mm=6mm, /?' = 10mm/ 22上弦与节点间焊缝长度为210mm,则回1+（忐板§ "243936八（|2 x 0.7 hf（-2x0.7x6x（210-12）=116.96 < 0.8f； = l28Mpa上肢角焊缝肢的切应力为J®"-'”'（象 j J0.35x243936 + （闾2x0.7%/：2x0.7x10x（210-12）=5l.OOMpa < 160Mpa均满足要求3、屋脊节点“H” ：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合，并 便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为 t+hf+5mm）o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h二10mm,则所需焊缝计算长度为：404.836x10- =9Q36mm4x0.7x10x160拼接角钢的长度取250mm上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。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hf=10mm,节点板长度为 200cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为4=®-1。-2xl0 = 70mm,焊缝应 力为：0.15x404.836xl06i96N/mm26x0.15x10310625 2x0.7x10x702x0.7xl0x702