梯形钢屋架课程设计15641.pdf

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1、 梯形钢屋架课程设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】长沙理工大学继续教育学院 梯形钢屋架课程设计 年 级：专 业：姓 名：学 号：指导老师：时间：2017 年 月 日 目录 长沙理工大学继续教育学院 课 程 设 计 任 务 书 专 业 土木工程 层次 专升本 指导老师 课程设计名称 梯形钢屋架课程设计 课程代码 课程设计题目 梯形钢屋架课程设计 课程设计依据和设计要求：1、确定屋架型式与尺寸；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；2、进行屋盖支撑布置，按比例绘出屋架结构及支撑的布置图；3、进行荷载汇集、杆

2、件内力计算、内力组合，内力图，选择各杆件截面；4、设计下弦节点、上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。（荷载组合选其一，1 全跨永久+全跨不变，2 全跨永久+半跨不变，3 全架屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活载）课程设计内容：参考文献：1 陈绍蕃主编.钢结构.第二版.北京:中国建筑工业出版社，2002年 7 月 2 陈绍蕃主编.钢结构设计原理.北京:科学出版社，2002 3 赵根田、孙德发.钢结构.北京:机械工业出版社，2005 4 张耀春.钢结构设计原理.北京:高等教育出版社，2005 5钢结构设计规范（GB500172003）6建筑结构荷载规范(GB50017-2002)

3、一、设计资料：1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m，柱距6m。2、采用6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面桁架，板厚 100mm，檩距不大于 1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢 C2207520，屋面坡度i=l/10。3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为 450mm450mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值cfmm2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4、钢材用 Q235，焊条用 E43 系列型。5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图 1 所示。图1 二、屋架几何尺寸及

4、檩条布置 1、屋架几何尺寸 屋面采用6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；屋架上弦节点用大写字母 A,B,C连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母 a,b,c连续编号。由于梯形屋架跨度 L 30m 24m，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f L/500 60mm。屋架计算跨度 l0 L 2 30 2 。跨中高度H0=h0+i l0/2=3585mm。为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。图 2 运输单元的最大尺寸为长度 15m，高度 4m。此屋架跨度 30m，高

5、度，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为 15m，高为。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。2、檩条布置 采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为。檩条跨度 l 6，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。檩条、拉条和撑杆的设置如图 3 所示。三、支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。本车间长度为96m,因此需要布置四道横向水平支撑，如图4所示。图 4 2

6、、下弦横向和纵向水平支撑 屋架跨度 L 30m 16m，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图 5所示 图5 3、垂直支撑 垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。图 6 4、系杆 没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中，檩条长细比 200，故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。下弦平面设置两道柔性系杆（图 5），可采用 45

7、5 的单角钢。四、荷载与内力计算 1、荷载计算 1）永久荷载 （1）永久荷载 预应力混凝土大型屋面板 m2 檩条自重 m2 屋架及支撑自重 m2 永久荷载总和：1,92kN/m2（2）可变荷载（a）活荷载：屋面活荷载 m 2活荷载计算信息:考虑活荷载不利布置 风荷载计算信息:不计算风荷载 2、荷载组合 设计屋架时，应考虑以下四种组合：（1）组合一：全跨永久荷载全跨活荷载 永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为 q 2 m2 屋架上弦节点荷载为 P qA 6 kN（2）组合二：全跨永久荷载半跨活荷载 全跨永久荷载：q1 2 m2 P q1 A 6 半跨活荷载：q2 m 2 P2

8、 q2 A 6 （3）组合三：全跨屋架及支撑自重半跨屋面板重半跨施工荷载 全跨屋架及支撑自重：q3 m 2 P3 q3 A 6 半跨屋面板重半跨屋面活荷载：q4 m2 P4 q4 A 6 上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、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、左半跨和右半跨），内力计算结果如表 1 所示 杆件 内力系数（P=1）组合一 组合二 组合三 计算内力 名称 全跨 左半跨 右半跨 P P1+P1+P3+P3+(kN)P2 P2 P4 P4 AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC -3 CD -3 DE

9、 上 EF 弦 FG .杆 GH HI -502 IJ -13 JK -13 ac 下 ce 弦 eg 杆 gi ik aB Bc 201 cD 斜 De 腹 eF -103 杆 Fg 2 gH Hi ij jk Ij 0 Aa-1 0-27 -27 Cc-1-1 0-27 -27 竖 Ee-1-1 0-27 -27 杆 Gg-1-1 0-27 -27 Ii 0 Kk 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ij-1-1 0-27-27 -27 表1 五、杆件截面设计 1、节点板厚度 对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力（一般在支座处）按下表取用：梯形桁架腹杆内力或三角形屋架弦杆端节间内力(kN

10、)=180 181300 301500 501700 701905 中间节点板厚(mm)6 8 10 12 14 支座节点板厚(mm)8 10 12 14 16 本屋架中腹杆最大内力 N ，因此中间节点板厚取 8mm，支座节点板厚取10mm。2、杆件计算长度系数及截面形式（1）上弦杆 面内计算长度系数x。根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4），面外计算长度系数y。y4x，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短肢相并组成的T形截面。（2）下弦杆 与上弦杆类似，面内计算长度系数x，由图 5 可知，面外计算长度0Yl6m。下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（3）

11、支座腹杆（Aa、aB）面内和面外计算长度系数都为，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（4）再分式腹杆（ij、jK）面内计算长度系数x，面外计算长度 2011122.70.750.2546640.750.2539440.5233259.4YNlllN 采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 形截面。（5）跨中竖腹杆（Kk）采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为。（6）其它腹杆 面内计算长度系数x，面外计算长度系数y，根据等稳定原则，采用两等 肢角钢组成的 T 形截面。3、上弦杆 上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按、杆的最大内力设计，即 N kN。计算长度0Xll 1507mm，0Yl

12、 4l mm。截面选用 2110 70 10，短肢相并，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为：A 2，ix ，iy 。（1）刚度验算 0 x0y150.766.681502.2630.1449.31506.11XXyylili，满足（2）整体稳定验算 bt/t=125/10=As=15086mm2,满足要求。（b）底板的厚度 节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，所受应力为：=mm2 两支承边之间的对角线长度以及支承边交点到对角线的距离分别为 111240821640.5822ammbamm，由5.011ab，查附表 2 可得0.0602，则单位宽度的

13、最大弯矩为 2210.06022.861644631NmmMa 底板厚度为 66463111.6mm,205mm20mmMtft由于底板的最小厚度一般取20，所以取（2）节点板的尺寸（a）腹杆与节点板的连接焊缝 焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“Aa”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背,1fh4mm，l1 50mm；肢尖,2fh 4mm，l2 50mm。“aB”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背,1fh5mm，l1 120mm；肢尖,2fh5mm,l2 0mm。（b）下弦与节点板的连接焊缝 焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“ac”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背,1fh5mm，l1 70mm；肢尖

14、,2fh 5mm，l2 50mm。（c）节点详图 根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图 8 所示。（3）加劲肋的尺寸 加劲肋的高度和厚度与节点板相同，分别为 350mm 和 8mm；底部外边缘与底板大致齐平，宽度为 115mm；为避免 3 条互相垂直的角焊缝相交于一点，加劲肋底端角部切除 15mm；从轴线交点开始往上，加劲肋的宽度逐渐减小，顶部宽度取为 022050mm404047mm3030shb，满足 加劲肋的平面尺寸相见图 8 所示。（4）加劲肋与节点板的连接焊缝 每块加劲肋近似按承受 R/4 计算 27167.75kN44R

15、F 焊缝受力 367.75kN115 1567.75104.4kN m2VFM 节点板和加劲肋厚度都为 8mm，焊脚尺寸取为,minmax,maxmin1.51.584.2mm5mm1.21.2 89.6mmfffhthht 焊缝计算长度 23501525325mmwfllch 焊缝应力 32622222222267.75 1029.8N mm2 0.72 0.7 5 32566 4.4 1035.7N mm2 0.72 0.7 5 32535.729.841.8N mm160N mm,1.22ff wffwfwfffVh lMh lf 满足（5）加劲肋、节点板与底板的连接焊缝 设焊缝传递全部

16、支座反力271kNR，加劲肋和节点板厚 8mm，底板厚 20mm，焊脚尺寸取为,minmax,maxmin1.51.5206.7mm7mm1.21.2 89.6mmfffhthht 焊缝总计算长度 22402 74115 152 7796mmwl 焊缝应力 322271 1069.5N/mm1.22 160195.2N/mm0.70.77 796wfffwRfhl 满足。其余各节点的计算过程：表 3 腹杆和下弦杆端部焊缝尺寸计算表 杆件名称 计算内力(kN)肢背焊缝长度 肢尖焊缝长度,minfh(mm),maxfh(mm),1fh(mm)lw1(mm)l1(mm)hf,min(mm)hf,ma

17、x(mm),2fh(mm)lw2(mm)l2(mm)斜腹杆 aB 5 105 120 5 45 60 Bc 6 4 105 120 5 4 45 60 cD 5 71 90 5 40 50 De 4 65 80 4 4 40 50 eF 4 51 60 4 4 40 50 Fg 4 40 50 4 4 40 50 gH-26 4 40 50 4 4 40 50 Hi 4 47 60 4 4 40 50 jK 4 42 50 4 4 40 50 ij 4 42 50 4 4 40 50 Ij 4 40 50 4 4 40 50 竖腹杆 Aa 4 40 50 4 4 40 50 Cc 4 40 5

18、0 4 4 40 50 Ee 3 40 50 3 3 40 50 Gg 3 40 50 3 3 40 50 Ii 3 40 50 3 3 40 50 Kk 0 4 40 50 4 4 40 50 Jj 4 40 50 4 4 40 50 下弦 ac 5 54 70 6 5 40 50 ef 5 193 210 6 5 83 100 表 4 下弦杆与节点板连接焊缝验算表 节点名称 计算内力(kN)l(mm)肢背焊缝验算 肢尖焊缝验算 结论,1fh(mm)lw1(mm)f(N/mm2),2fh(mm)lw2(mm)f(N/mm2)下弦节点 b 300 5 290 5 290 满足 c 290 5

19、280 5 280 满足 d 280 5 270 5 270 满足 e 270 5 260 5 260 满足 g 11 300 5 290 5 290 2 满足 表 5 上弦肢尖与节点板连接焊缝验算表 节点名称 计算内力(kN)偏心 e(mm),minfh(mm),maxfh(mm)fh(mm)l(mm)f(N/mm2)f(N/mm2)应力比 结论 A 0 45 5 170 满足 B 45 5 240 满足 C 0 45 5 190 满足 D 45 5 220 满足 E 0 45 5 200 满足 F 50 45 5 200 满足 G 0 45 5 220 满足 H 45 5 190 满足 I

20、 45 5 240 满足 J 0 45 5 220 满足 表 6 上弦肢背与节点板连接槽焊缝验算表 节点名称 节点荷载(kN)坡度 l(mm)偏心 e(mm)节点板厚度(mm)f(N/mm2)f(N/mm2)槽焊缝应力比 结论 A 170 0 6 满足 B 240 15 6 满足 C 190 0 6 满足 D 220 20 6 满足 E 200 0 6 满足 F 200 15 6 满足 G 220 0 6 满足 H 190 15 6 满足 I 240 20 6 满足 J 220 0 6 满足 七、填板设计 为了使双角钢截面整体工作，两角钢间必须设置填板。填板的尺寸和间距见表 7 所示。表 7

21、填板设计表 杆件名称 杆件长度(mm)截面规格 回转半径（cm）轴力符号 40i 或80i(cm)填板个数 填板间距(mm)填板厚(mm)填板宽(mm)填板高(mm)上弦杆 1507 2110 70 10 1 1 6 50 90 下弦杆 2850 28010 1 1 6 50 100 下弦杆 3000 28010 1 1 6 50 100 斜腹杆 aB 2656 26310 -1 2 6 50 85 Bc 2656 2635 1 1 6 50 85 cD 2942 2568 -1 4 6 50 80 De 2942 2504 1 2 6 50 70 eF 3201 2634 -1 4 6 50

22、 85 Fg 3201 2454 1 2 6 50 65 gH 3466 2634 -1 4 6 50 85 Hj 3466 2454 1 3 6 50 65 jK 2332 2454 1 2 6 50 65 ij 2332 2454 1 2 6 50 65 Ij 2113 2454 1 1 6 50 65 竖杆 Aa 2100 2454 -1 2 6 50 65 Cc 2382 2454 -1 4 6 50 65 Ee 2679 2503 -1 62 4 6 50 70 Gg 2976 2563 -1 70 4 6 50 80 Ii 3273 2563 -1 2 6 50 80 Kk 3585 2454 0 3 6 50 65 Jj 1644 2454 -1 2 6 50 65