18m跨梯形钢屋架课程设计.pdf

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1、-钢结构课程设计 南昌大学建筑工程学院 姓名_杜巍_ 班级_土木3_ 学号_601907_ 指导老师：汤海林 -目录 一、设计资料 3 二、屋架形式、尺寸的确定 3 三、支撑布置 四、荷载计算 五、内力计算 6 六、杆件设计 8 1.上弦杆 2.下弦杆10 端斜杆 aB 11 4.腹杆 2.竖腹杆 13 6.屋 架 杆 件 截 面 选 择 表 15 七、节点设计 16 1.支座节点“a”16.下弦跨中节点“”1 3.屋脊节点“F”20.下弦节点“”23 5.上弦节点“B”5 2 -单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计 一、设计资料 某批车间总长 60 米,跨度 A 为8 米，柱距为 6 米，屋面

2、材料为预应力大型屋面板(.56 米,屋面板需保证与上弦个点焊牢，故上弦平面外计算长度为米)，屋架形式为梯形钢屋架,并支承于钢筋混凝土柱上，混凝土标号为2.钢材为235BF,焊条 E43 型。二、屋架形式、尺寸的确定 根据业主需要及屋面排水要求，选用梯形钢屋架,屋架坡度为 1/10。屋面材料为预应力大型屋面板,采用无檩屋盖体系。屋架水平布置图如下：屋架计算跨度:。mmll1770015021800015020 屋架端部高度取:mmH12140。跨中高：mmilH210020991.02/1770012142H00。屋架高跨比:5971770021000lH。屋架跨中起拱,36500/mmlf取0

3、 mm。为了使屋架节点受荷，配合屋面板1m 宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为 3.m 的人字形式,上弦节间水平尺寸为 1.m，屋架几何尺寸如-图所示。全跨 半跨 三、支撑布置 根据车间长度、屋架跨度、荷载情况、屋架上弦设置横向水平支撑剂垂-直支撑和系杆，使屋盖成为空间刚度很大的稳定体系,如图。其中:上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆,安装螺栓采用 C 级,螺杆直径：d=2mm，螺孔直径：d215mm。四、荷载计算 荷载(一)屋面恒载（标准值)：屋面板自重 26 k/坡向分布 屋架及支撑自重 0.2 km2 水平投影分布-(二)屋面可变荷载（标准值)坡屋面的屋面可变荷载(雪荷载)

4、.45 KN/，水平投影分布。风荷载为吸力,不考虑。各屋架满跨与半跨内力系数见内力系如下图。屋面与水平的夹角 a=5.71，cosa=095 屋面板自重 2.c5.71.61 k/2 水平投影分布 荷 载 计 算 表 荷载名称 标准值(kN/2m）设计值(kN2m）预应力屋面板.6.611.3=525 屋架和支撑自重 05.25.30.337 永久荷载总和 8 3861 屋面可变荷载 0.45.451.4=0.6 可变荷载总和 0.63 荷载组合 设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合：1、全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载：KNF419.4065.163.0861.3 2、全

5、跨屋架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架和支撑自重：kNF0375.365.13375.01 半跨节点屋面板自重：kNF97.3165.15235.32 五、屋架设计要求 1、内力计算 本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、半跨),内力计算结果如下表所示。屋架杆件内力组合表 杆件名内力系数(F=1)内力组合值 计算杆内力（k)-称 全跨 半跨 第一种组合 F 第二种组合 F3+F4 上弦 A000.00 00 000 0.0 JK.00 00 0.00 0.0 000 C-951-6.69 34.8-42-84.48 I-9

6、.5-283 34.8-19.30 38.4 -9.1-6.69-8.8-24264-3848 HI-95 2.83 38.48-119.30-384.DE-12.95-.1-52.32-29876-5.32 GH-125 4.83-523.32 193.87-23.32 EF-1295 1-523.28-298.76-52328 FG-12.95-4.83-5328-3.87 328 下弦 ab 5.5 4.6 224.45 6.65 24.4 55 49 2245 66 224.45 bc 1179 7.89 46.47 2.92 6.47 ef 119 3.0 76.4 160.61 7

7、6.47 d12.6.24 50.04 3.50.0 e12.6.24 50404 237.24 504 腹杆 Aa-0.50-50 20.21-15 201 g-0.5 000-20.2-1.5 0.21 aB-7.82-5.71-35.92 261 315.92 gJ-7.2-.10 319-0.6-35.Bb 5.8 3.0 21.8 18 23.58-Jf 5.2 1.8 21.5 7303 13.5 Cb-1.00-1.00-40.34 34.7-0.34 If-1.00 0.00-40.4 30-4.34 b 3.45-1.83 139.53-66 13.53 f-.4 1.2 1

8、.53-62.29-139.5 Dc 1.63 0.2 576 13.93 65.H.63 1.35 5.7 47.8 65.7 c1.9-.50-60.27-5-62 Ge-1.49 0.0-0.27 4.53-6027 h00 0.0 0.0 0.00 00 Gi 00 000.0 0.00 00 Fh 0.50 2.24 03 3.27 3.27 Fi 0.50-1.4 2.33 54.1 20.54.16 hc.0 2.24 2033 7327 7.27 ie 0.-1.74 203-416 0.33-54.16 Fd 0.00 0.00 0 0.00 0.0 2、杆件设计(1）上弦杆

9、 整个上弦采用等截面,按 EF、FG 杆件的最大设计内力设计。=23.28N 上弦杆计算长度:在屋架平面内:为节间轴线长度mmllox30150,在屋架平面外：屋面板需保证与上弦 3 个点焊牢,故上弦平面外计算长度mmloy3000-腹杆最大内力=315.915kN,查表得,中间节点板厚度选用 8mm，支座节点板厚度选用 10m。杆件受到的最大弯矩值：mKNdPPMMx19.184/995.0015.342.406.04/)(6.06.0210选用2L16X14,截面地)8(92.6,92.4,8.181,4683231mmcmicmicmWcmWyxxx(）平面内稳定性验算 相应的 塑性 发

10、展 系 数2.1,05.121xx，28.612.49/3015x,查 表得801.0 x KNEANxEx1.42581028.611.186601006.21.1325222 上弦杆在弯矩作用平面内，节间正弯矩和支座负弯矩都是最大弯矩,所以分别利用最大正弯矩和最大负弯矩进行稳定性的验算。用正弯矩:)/8.01(11ExxxxmxxNNWMAN =)1.4258/28.5238.01(1046805.11019.1885.08660801.01028.523363 =2/2154.11096.3444.75mmNf 对于这种T 形截面压弯杆,还应验算截面的另一侧,即 )/25.11(22Ex

11、xxxmxNNWMAN )1.4258/28.52325.11(108.1812.11019.1885.086601028.523363 =22/215/96.2238.8342.60mmNfmmN 用负弯矩：)/8.01(22ExxxxmxxNNWMAN )1.4258/28.5238.01(108.1812.11019.1885.08660801.01028.523363 =2/21519.15475.7844.75mmNf 平面内的稳定性可以得到保证。(2）平面外的稳定性验算 平面外的计算长度mmly30000,35.432.69/3000y,-边厚比9.10/58.043.1114/1

12、60/0bltby,则双角钢截面的换算长细比为 yz=3.b1+l0yt2/（18 6b）t=3.+021.4(.66)/.4=51.0查表得y=0.82。关于梁的整体稳定系数，现12035.43y,故在正负弯矩下分别取926.00017.01yb 和978.00005.01yb。因为在计算长度范围内弯矩图和曲率出现多次符号改变，tx按规范的条文取为 5。用正弯矩:223631/215/6.10668.3592.7010468926.01019.1885.08660852.01028.523mmNmmNWMANxbxtxy用负弯矩:223632/215/88.15796.8692.70108.

13、181978.01019.1885.08660852.01028.523mmNmmNWMANxbxtxy平面外的稳定性可以得到保证。(3）强度验算 截面上无翼缘一边的强度应该验算 2236322/215/8.14338.8342.60108.1812.11019.1886601028.523mmNmmNWMANxxx强度可以得到保证。（）刚度验算 15003.51,15028.61yzx,刚度可以得到保证。（2）下弦杆-因为oyoxll,故采用等肢角钢,使yii x。选用 2L108,肢背间距 a=8m则：A31.22cm，m3.08cix，mc41.4iy 3.6208.39.191ilxx

14、0 x 5,满足。5.4341.49.191ilyy0y 0,满足。由于xy，只需求x。查表x.95，则:aaMP215MP4.127 0213795.0315920ANx，故所选截面合适。端斜杆截面如图:()腹杆 验算再分式腹杆 h-F 在中间节点不断开,采用通长杆件。chNkNNhF27.73 桁架平面内的计算长度系数取 1.0,平面外的计算长度系数偏安全地取为2.0，计算长度-mmlx18310 mmly36620 选用 2L638，肢背间距 a=8m,则有:A19022cm，cm9.1ix，cm95.2iy 15037.96191831iloxxx,150 1.1245.293662i

15、loyyy 由于yx，只需求y。查表y0.416，则：aaMP215MP60.92 1902614.073270ANy 另，验算其他腹杆 取其他腹杆最大值 b 杆件，N=2158KN mmlx6.16138.020170 15093.84191613.6iloxxx aaMP215MP29.112 1902213580AN，满足要求 再验算最大受压腹杆 D杆件，N=-139.5N 平面内外计算长度，mmlx8.17848.022310mmly22310 15094.93191784.8iloxxx,150 63.755.292231iloyyy b/=63/=7.88max 10,40260m

16、mfflhh 肢尖焊缝焊脚尺寸取 ,minmax,2,max1.51.5105.2mm6mm1028mmfffhthh 所需焊缝长度 32,2,20.350.15504.041022628.88mm20.720.76 160fwffNlhhf 取2,2,260mmmax 10,40260mmfflhh(3）“Fd”杆与节点板的连接角焊缝 杆件轴力0kNN,截面为2L455,节点板厚,按构造要求确定焊缝尺寸。肢背焊缝焊脚尺寸取,minmin,1,maxmin5mm5mm1.21.256mmfffhthht 所需焊缝长度取1,1,160mmmax 10,40250mmfflhh 肢尖焊缝焊脚尺寸取

17、,minmin,2,max=5mm5mm5mmfffhthht 焊缝长度取2,2,260mmmax 10,40250mmfflhh 3、屋脊节点“F”“”节点与一般上弦节点的区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。(1)、拼接角钢的截面和长度 EF 杆，弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合,并便于施焊,需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节-点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。拼接角钢采用上弦杆同号角钢,顶部截去棱角,宽度为16mm，垂直肢截去5mmfht。焊脚尺寸,minmax,max1.51.5145.6mm10mm14212m

18、mfffhthh 设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm。则需焊缝长度为 32523.28 10225022 1050382mm4 0.74 0.7 8 160sfwffNlhh f ,400mmsl (2)、腹杆与节点板的连接焊缝 hF 杆 73.27kNN 截面为L638 肢背和肢尖的内力分配系数分别为肢背焊缝焊脚尺寸取0.70.3、肢背焊缝焊脚尺寸取,minmin,1,maxmin8mm8mm1.21.289.6mmfffhthht 所需焊缝长度 31,1,10.773.27 1022 844.6mm20.720.78 160fwffNlhhf 取1l=22010fh 肢尖焊缝焊脚尺寸取 ,m

19、inmin,2,max8mm8mm8mmfffhthht 32,2,20.373.271022 828.27mm20.720.78 160fwffNlhhf 取2,2,2220mmmax 10,40280mmfflhh Fd 杆与节点板的焊缝尺寸和节点”d”相同 -(4)上弦杆与节点板的连接焊缝 FE 杆与节点板的焊缝尺寸 节点处523.28kNN，上弦杆截面为2L160，节点板厚m,肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.70.3、,角焊缝强度设计值2160N/mmwff。肢背焊缝焊脚尺寸取 ,minmax,1,maxmin1.51.584.2mm8mm1.21.289.6mmfffhthht 所

20、需焊缝长度 31,1,10.7523.28 1022 8220.4mm20.720.78 160fwffNlhhf 取1,1,1230mmmax 10,40280mmfflhh 肢尖焊缝焊脚尺寸取,minmax,2,max1.51.584.2mm6mm26mmfffhthht 所需焊缝长度 32,2,20.3 523.28 10226128.8mm20.720.76 160fwffNlhhf 取2,2,2220mmmax 10,40260mmfflhh(5）上弦杆与节点板的连接焊缝 上弦肢背与节点板的槽焊缝长度1230mml,承受节点荷载20.21kNP；肢尖焊缝长度2220mml,承受偏心荷

21、载10.1578.49kNN。上弦杆截面为2 16014L，节点板厚8mm。（a）上弦肢背与节点板的槽焊缝 槽焊缝按两条0.54mmfht的角焊缝计算。屋面倾角arctan 110,节点荷载 的偏心距100mme。槽焊缝所受到的应力为 3223322sin20.21 100.09951.62N/mm2 0.72 0.7423024cos6cos2 0.72 0.720.21 100.995620.21 100.995 10059.9N/mm2 0.74230242 0.7423024ff wff wf wPh lPPeh lh l 22222259.91.6249.13N/mm0.80.8 1

22、60128N/mm1.22fwffff,满足(b）上弦肢尖与节点的连接焊缝 上弦肢尖的两条焊缝承担偏心荷载10.15N，偏心距115mme。取焊脚尺寸,minmax,max1.51.584.2mm6mm826mmfffhthh-肢尖焊缝所受的应力为 132,13222,1178.49 1044.92N/mm2 0.72 0.762202 666 78.49 10115149N/mm2 0.720.0.762150.15202 6ffwffwh leh lNN 22222214944.92130.13N/mm160N/mm1.22fwffff，满足 4、下弦节点“b”（1）腹杆与节点的连接焊缝（

23、a）“Bb”杆 杆件轴力213.58kNN,截面为2L68,节点板厚8m，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.70.3、，角焊缝强度设计值2160N/mmwff。肢背焊缝焊脚尺寸取 ,minmax,1,maxmin1.51.584.2mm8mm1.21.289.6mmfffhthht 所需焊缝长度 31,1,10.7213.58 1022 899.4mm20.720.78 160fwffNlhhf 取1,1110mm6262 8496mmflh 肢尖焊缝焊脚尺寸取 ,minmax,2,max1.51.584.2mm6mm17mmfffhthht 所需焊缝长度 32,2,20.3213.58 10

24、22659.7mm20.720.76 160fwffNlhhf 取2,180mm62626372mmflh（)“bD”杆 杆件轴力139.53kNN ,截面为2L638,节点板厚8m，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.70.3、,角焊缝强度设计值2160N/mmwff。肢背焊缝焊脚尺寸取 ,minmax,1,maxmin1.51.584.2mm8mm1.21.289.6mmfffhthht 所需焊缝长度 31,1,10.7 139.53 1022 870.5mm20.720.78 160fwffNlhhf 取1,1100mm6262 8496mmflh 肢尖焊缝焊脚尺寸取 ,minmax,2,

25、max1.51.584.2mm6mm26mmfffhthht -所需焊缝长度 32,2,20.3 139.53 1022643.2mm20.720.76 160fwffNlhhf 取2,160mm62626372mmflh（c）“Cb”杆 杆件轴力40.34kNN ，截面为2L455，节点板厚8mm,肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.70.3、，角焊缝强度设计值2160N/mmwff。肢背焊缝焊脚尺寸取 ,minmin,1,maxmin5mm5mm1.21.256mmfffhthht 所需焊缝长度 31,1,10.740.34 1022 535mm20.720.75 160fwffNlhhf

26、取1,150mm62624248mmflh 肢尖焊缝焊脚尺寸取 ,minmin,2,max=5mm5mm8mmfffhthht 所需焊缝长度 32,2,20.340.34 1022 520.8mm20.720.75 160fwffNlhhf 取2,2,260mmmax 10,40250mmfflhh （2）下弦与节点板的连接焊缝 -（4）上弦与节点板的连接焊缝 上弦与节点板的连接焊缝长度570mml,所受的力与左右两上弦杆的内力差384.480384.48kNN 以及节点荷载40.42kNP。上弦杆截面为2L14，节点板厚8mm。(a)上弦肢背与节点板的槽焊缝 上弦肢背与节点的槽焊缝承受节点荷

27、载 P，槽焊缝按两条0.54mmfht的角焊缝计算。屋面倾角arctan 110，节点荷载 P 的偏心距50mme。槽焊缝所受到的应力为 3223322sin40.42 100.09950.86N/mm2 0.72 0.765702 6cos6cos2 0.72 0.740.42 100.995640.42 100.995 5013.19N/mm2 0.765702 62 0.765702 6ff wff wf wPh lPPeh lh l 22222213.190.8610.85N/mm0.80.8 160128N/mm1.22fwffff,满足(b)上弦肢尖与节点的连接焊缝 上弦肢尖的两条焊缝承担偏心荷载N，偏心距110mme。取焊脚尺寸,minmax,max1.51.584.2mm5mm826mmfffhthh 肢尖焊缝所受的应力为-32,13222,1384.48 1098.08N/mm2 0.72 0.755702 566 384.48 10110115.6N/mm2 0.72 0.755702 5ffwffwNh lNeh l 222222115.698.08136.4N/mm160N/mm1.22fwffff，满足