24m梯形钢屋架(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上中南大学钢结构基本原理课程设计任务书 学 院： 土木工程学院专业班级： 土木工程1203姓 名： * 学 号： * 指导老师： * 第一篇 设计资料1. 某单层单跨工业厂房，跨度24m，长度102m。2. 厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度C20，上柱截面尺寸400400mm，钢屋架支承在柱顶。3. 吊车一台50T，一台20T，中级工作制桥式吊车（软钩），吊车平台标高12.000m。4. 荷载标准值：(1)永久荷载屋面材料自重： 0.7kN/m2屋架（包括支撑）自重0.12+0.011L=0.384kN/m2(2)可变荷载屋面活载标准值 0.5 kN/m2雪荷载标

2、准值 0.5 kN/m2积灰荷载标准值 0.45 kN/m25. 屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1(屋面坡度1:10)。图1 梯形屋架示意图(单位：mm)6.钢材选用Q235钢，角钢、钢板各种规格齐全，有各种类型的焊条和C级螺栓可供选用。7.钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装设备。第二篇 设计计算一、 屋架支撑系统的设置屋架支撑的种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。在本设计中，屋架支撑系统设计如下：1.1 厂房柱距6m,屋架间距取为6米。1.2 在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下

3、弦平面横向支撑。房屋长度较大，为102m，其两端横向支撑间距超过了60m，为增加屋盖的刚性，在长度方向正中间的柱间加设一道横向支撑。1.3 房屋是厂房，且厂房内有吊车，高度较高，对房屋整体刚度的要求较高，设置纵向支撑，对梯形屋架，纵向支撑设置在屋架的下弦平面。1.4 在屋架中和两端各布置一道垂直支撑。垂直支撑的形式根据高度与柱距的比值确定。在此屋架结构中，h/l=3085/6000=0.51，故取如下图垂直支撑形式：垂直支撑图样1.5 在屋架上弦平面，屋架跨中和两端各布置一道通长的刚性系杆，其他结点设通长的柔性系杆；下弦平面，仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。屋架支撑系统设置如图2所示。梯形屋

4、架支撑布置图1垂直支撑；2系杆；3上弦横向支撑；4下弦横向支撑；5下弦纵向支撑二、杆件内力的计算先定出屋架所有杆件的尺寸，画出屋架示意图如图3：屋架几何尺寸图2.1 荷载计算恒载设计值=恒载标准值1.2活载设计值=活载标准值1.4(1) 永久荷载设计值屋面材料自重： 0.71.2=0.84kN/m2屋架（包括支撑）自重 合计 (2) 可变荷载设计值由于积雪时人不大可能大量拥上屋面等原因，对屋面均布可变荷载和雪荷载，只取其较大者。屋面活载： 雪荷载： 积灰荷载： 合计 2.2 荷载组合设计屋架时应考虑三种组合：使用阶段a.全跨永久荷载+全跨可变荷载 结点荷载设计值： a种荷载组合屋架受力图b.全

5、跨永久荷载+半跨可变荷载 节点荷载设计值： b种荷载组合屋架受力图施工阶段c.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板+半跨活载节点荷载设计值： c种荷载组合屋架受力图2.3 内力计算实际采用pf程序计算杆件在单位节点作用下各杆件的内力系数，见下表（全跨和左半跨相关数据见附录）。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合二和组合三，可能引起跨中几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均与铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。杆件及节点编号：节点编号示意图屋架节点编号，如下图所示：节点编号图示根据电算所得各荷载组合下杆件内力系数，即可求得其对应控制内力，结果见下表：屋

6、架杆件内力组合表杆件名称内力系数（P=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算内力全跨左半跨右半跨P=23.6772kNP1=11.7072kNP3=4.1472kNP2=11.97kNP2=19.53kNPP1P2P1P2P1P2P1P2KNKNKNKNKNKN上弦杆AB000000000BC-8.72-6.25-2.47-206.465-176.899-131.653-158.226-84.403-206.465CD-8.72-6.25-2.47-206.465-176.899-131.653-158.226-84.403-206.465DE-13.53-9.04-4.49-320.353-

7、264.347-187.964-232.663-143.801-320.353EF-13.53-9.04-4.49-320.353-264.347-187.964-232.663-143.801-320.353FG-15.26-9.17-6.09-361.314-288.417-251.549-242.376-182.224-361.314GH-15.26-9.17-6.09-361.314-288.417-251.549-242.376-182.224-361.314HI-14.76-7.38-7.38-349.475-261.137-261.137-205.344-205.344-349.

8、475下弦杆ac4.733.481.25111.99397.03170.33887.58144.029111.993ce11.538.003.53272.998230.774177.238204.057116.758272.998eg14.659.345.31344.740283.310234.018243.167164.461344.740gi15.178.446.73359.183278.625258.156227.746194.350359.183斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-210.017-182.007-131.853-164.317-82.486-210.017Bc6.

9、884.762.12162.889137.523105.922121.49669.936162.889cD-5.44-3.14-2.30-128.804-101.273-91.218-83.885-67.480-128.804De3.701.901.8087.60666.06064.86352.45250.49787.606eF-2.460.71-1.75-58.246-20.301-49.7473.664-44.380-58.246Fg1.11-0.451.5626.2827.60831.668-4.18535.07035.070gH0.021.55-1.530.47418.788-18.0

10、7530.354-29.79830.354Hi-1.08-2.471.39-25.571-42.210-3.995-52.71822.668-52.718竖腹杆Aa-0.5-0.50-11.839-11.839-5.854-11.839-2.074-11.839Cc-1.0-1.00-23.6772-23.6772-11.7072-23.677-4.1472-23.6772Ee-1.0-1.00-23.6772-23.6772-11.7072-23.677-4.1472-23.6772Gg-1.0-1.00-23.6772-23.6772-11.97-23.6772-4.1472-23.677

11、2Ii1.940.970.9745.93434.32334.32326.99026.99045.934屋架杆件内力组合表三、杆件截面设计3.1、节点板厚选择支座斜杆最大内力设计值N=-210.017KN，查钢结构原理与设计课本表9.1：选取中间节点板厚t=8mm，支座结点板厚t=10mm。3.2、上弦杆（压弯构件）整个上弦杆采用同一截面，免去不同截面杆件间的拼接。截面按受力最大的部位F-G-H节间选用，最大内力为：计算长度：屋架平面内取节间轴线长度=150.75.屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面能起到一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度=301.5 。由于2=，故选用两个不等肢角钢，

12、且短肢并联。设=80，查轴心受力稳定系数表，=0.688则需要截面特性为： 查附表2.1得：选用2100808(短肢相并)。 截面特性为： 则： 由cm查附表1.20得，故 3.3 下弦杆（轴心受拉构件）整个下弦杆采用等截面。截面按受力最大的部位g-i节间选用，最大内力为： 计算长度：，=23700/2=11850mm（因下弦有纵向支撑和系杆）截面选择：根据所需截面特性，查附表2.1选用280508不等边角钢，且短肢相连。截面特性为: 截面验算： 故下弦杆满足要求。3.4 腹杆（轴心受力构件） (1) 端斜杆aB计算内力：N=-210.017KN计算长度： 由于=，故选用两个不等肢角钢，且长肢

13、并联，使截面选择：选取2100638截面特性： 截面验算： 查附表1.20得：故端斜杆aB符合要求。 (2) 斜腹杆Bc计算内力：N=162.889KN计算长度： 截面选择：需要截面积选取2564，截面特性： 截面验算： (3) 斜腹杆cD计算内力：N=-128.804KN计算长度： 截面选择：设，查附表1.20得，.则需要截面积：选取2755，截面特性： 截面验算： 由查附表1.20得：， (4) 斜腹杆eF计算内力：N=-58.246KN计算长度： 截面选择：设，查附表1.20得，.则需要截面积：选取2704，截面特性： 截面验算： 由查附表1.20得：， （5）竖腹杆Ii计算内力：N=4

14、5.934KN计算长度： 截面选择：需要截面积选取2563（两角钢间距为6mm）截面特性： 截面验算： 其它几根竖向腹杆的截面选择可根据同样的方法求算出来。3.5 杆件截面选择列表上弦杆和下弦杆采用等截面通长杆，腹杆截面形式有多种截面形式。各杆件截面选择表汇总如下杆件计算内力(KN)截面规格截面面积(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名称编号l0xl0yixiyxyN/mm2上弦杆FG/GH-361.31410080827.888150.75301.52.374.6663.6164.701500.782165.58下弦杆gi359.1838050819.734

15、30011851.384.02217.4294.8350182.01腹杆竖腹杆Aa-11.8394535.3181991991.402.14142.1931500.33766.06Cc-23.6774535.318183.22291.402.14130.86107.011500.383116.20Ee-23.6774536.972207.22591.402.14148121.031500.35396.20Gg-23.6675636.686231.22891.752.57132.11112.451500.37893.65Ii45.9345635.318255.23191.752.57146127

16、.635086.37斜腹杆aB-210.01710063725.168253.5253.53.182.6079.797.51500.571146.14Bc162.8895648.78208.64260.81.732.59120.6100.7350185.52cD-128.80475414.824228.7285.92.333.3798851500.568152.97De87.6064558.584228.7.0285.91.372.26166.9126.5350102.1eF-58.24670411.14249.5311.92.183.14114.4991500.467111.96Fg35.0

17、705636.686249.52311.91.752.57142.58149.9535051.1gH30.3545636.686271.68339.61.752.57155.2132.135044.2Hi-52.71870411.14269.63372.183.14123.67107.321500.418113.2专心-专注-专业四、节点设计 选取下弦端节点及其下弦相邻节点、跨中上弦与下弦节点、上弦典型受力位置节点（屋脊节点）5个节点作为主要节点进行设计，其余节点类同。其5个节点位置见下图：4.1 下弦节点c先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。

18、(1) 斜杆Bc与节点板的连接焊缝计算，角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度： 实际长度：，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：，取(2) 竖杆Cc与节点板的连接焊缝计算， 角焊缝强度设计值，设焊缝，则焊缝所需长度：角钢背： 计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：，取(3) 斜杆cD与节点板的连接焊缝计算cD 杆焊缝计算， 角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度: 实际长度：，取角钢趾：计算长度： 按构造要求取为48mm实际长度：，取 (4) 下弦杆焊缝验算下弦杆与节点

19、板连接焊缝承受两相邻内力之差： N=272.998-111.993=161.005kN根据节点放样，得节点板尺寸为400300mm。肢背焊缝验算，设，4.2 上弦节点F(1) Fe杆焊缝计算， 角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度:按构造要求取为48mm实际长度：，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：，取(2) Fg 杆焊缝计算， 角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度: 据构造要求取为48mm实际长度：482+6=60，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：，取(3) 上弦杆焊缝验算上弦杆与节点板连接焊缝承受两相

20、邻内力之差：N=361.314-320.353=40.961kN根据节点放样，得节点板尺寸为260230mm。考虑搁置屋面板的需要，节点板缩进上弦肢背10mm，用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算，取。焊缝设计强度应乘以折减系数0.8,假定集中荷载P与上弦杆垂直，忽略屋架上弦坡度的影响。肢背焊缝验算：肢尖焊缝验算：4.3 屋脊节点I(1) 拼接角钢与弦杆的连接计算及拼接角钢总长度的确定 拼接角钢与受压弦杆的连接可按弦杆中的实际压力设计值N进行计算，每边共有4条寒风平均承受此力，因而得焊缝长度为 由此可得拼接角钢总长度为： 取 (2) 弦杆与节点板的连接焊缝计算 由于屋脊节点的节点板宽度相对较大

21、且焊缝连接需抵抗的力一般不大，故上弦杆与节点板之间槽焊强度足够，不需计算。 考虑焊缝必须有一必要的最小承载力，需对此进行补充验算。上弦杆角钢趾部与节点板之间连接焊逢，按上弦杆内力15%计算 设，节点板尺寸取为400200mm，节点一侧焊缝：焊缝应力验算：4.4 跨中下弦拼接点i(1) 下弦杆拼接及长度计算（设焊缝hf=8mm）下弦杆双角钢截面选用同样大小的角钢作为拼接件，为使拼接角钢与原来的角钢相紧贴，对拼接角钢顶部截去棱角，宽度为r（r为角钢内圆弧半径），对其竖直边应割去：拼接接头一侧的连接焊缝长度按下弦杆强度计算，每条焊缝所需长度为： 由连接焊缝的强度条件可求出拼接拼接角钢的总长度为： 取

22、拼接角钢长度L600mm，节点板尺寸为450350mm。(2) 下弦节点与节点板连接角焊缝节点一侧的连接焊缝按下弦杆内力的15%验算，焊缝长度按构造决定，因此不再计算。4.5 支座节点a(1) 支座底板计算支座反力：所需底板净面积：设底板尺寸为250250mm，底板锚栓孔径为50mm底板平面净面积底板下平均应力：底板为两相邻边支撑板，单位宽度弯矩为：所需底板厚度：(2) 加劲肋与节点板的连接焊缝计算 设一个加劲肋承受四分之一屋架支座反力，即 焊缝内力为: 设焊缝hf=6mm，焊缝计算长度： 焊缝应力验算：(3) 底板与节点板、加劲肋板底端的角焊缝连接计算设焊缝传递全部支座反力R=189.34KN,其中每块加劲肋各传R/4=47.34KN，节点板传递R/2=94.67KN.节点板与底板的连接焊缝长度，所需焊脚尺寸为故取 每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为:所需焊缝尺寸为故取 其它节点的计算不再一一列出。