24m梯形钢屋架

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中南大学钢结构基本原理中南大学钢结构基本原理 课程设计任务书课程设计任务书学 院: 土木工程学院专业班级: 土木工程 1203姓 名: * 学 号: * 指导老师: * 梯形钢屋架设计书1第一篇第一篇 设计资料设计资料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。第二篇第二篇 设计计算设计计算一、一、 屋架支撑系统的设置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,梯形钢屋架设计书2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。梯形钢屋架设计书3梯形屋架支撑布置图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 3:1 9 9 013502 2 9 02 5 9 02 8 9 03 1 9 02608285931193370253528593129339615091508150AacegIBCDFGHI15008=12000 150815081508150815081508起 拱 5 0屋架几何尺寸图2.1 荷载计算梯形钢屋架设计书4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 20.384 1.20.4608/kN m合计 2 1/3008. 1qmkN(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: 2/7 . 04 . 15 . 0mKN雪荷载: 2/7 . 04 . 15 . 0mKN积灰荷载: 2/63. 04 . 145. 0mKN合计 2 2/33. 1mKNq 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:KNP6772.2365 . 1)3008. 133. 1 (a 种荷载组合屋架受力图b.全跨永久荷载+半跨可变荷载节点荷载设计值:KNP7072.1165 . 13008. 11梯形钢屋架设计书5KNP97.1165 . 133. 12b 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:KNP1472. 465 . 14608. 03KNP53.1965 . 1)84. 033. 1 (4c 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:梯形钢屋架设计书6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:屋架杆件内力组合表内力系数(P=1)第一种组 合第二种组合第三种组合P1=11.7072kNP3=4.1472kNP=23.6772kNP2=11.97kNP2=19.53kN 全跨左半跨右半跨PP1P2P1P2P1P2P1P2计算内力杆件名称KNKNKNKNKNKNAB000000000BC-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-13.53-9.04-4.49-320.353-264.347-187.964-232.663-143.801-320.353EF-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-15.26-9.17-6.09-361.314-288.417-251.549-242.376-182.224-361.314上 弦 杆HI-14.76-7.38-7.38-349.475-261.137-261.137-205.344-205.344-349.475ac4.733.481.25111.99397.03170.33887.58144.029111.993ce11.538.003.53272.998230.774177.238204.057116.758272.998eg14.659.345.31344.740283.310234.018243.167164.461344.740下 弦 杆 gi15.178.446.73359.183278.625258.156227.746194.350359.183 斜aB-8.87-6.53-2.34-210.017-182.007-131.853-164.317-82.486-210.017梯形钢屋架设计书7Bc6.884.762.12162.889137.523105.922121.49669.936162.889cD-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-2.460.71-1.75-58.246-20.301-49.7473.664-44.380-58.246Fg1.11-0.451.5626.2827.60831.668-4.18535.07035.070gH0.021.55-1.530.47418.788-18.07530.354-29.79830.354腹 杆Hi-1.08-2.471.39-25.571-42.210-3.995-52.71822.668-52.718Aa-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-1.0-1.00-23.6772-23.6772-11.97-23.6772-4.1472-23.6772竖 腹 杆Ii1.940.970.9745.93434.32334.32326.99026.99045.934 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:KNN314.361-max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,oxl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,且短肢并联。oyloxloyl设=80,查轴心受力稳定系数表,=0.688则需要截面特性为:223 43.2463.2442215688. 010314.361cmmmfNAcmlixox x88. 18075.150cmliyoy y77. 3805 .301查附表 2.1 得:选用 2100808(短肢相并)。截面特性为:2cm888.27A梯形钢屋架设计书8cmix37. 2cm66. 4yi则: 61.6337. 275.150xxox xil 15070.6466. 45 .301yoy yil由cm 查附表 1.20 得,cmy70.64782. 0故 22 23 /215/68.16510888.27782. 010314.361mmNfmmNAN3.3 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: KNN183.359max计算长度:,=23700/2=11850mm (因下弦有纵向支撑和3000oxlmmoyl系杆)截面选择:223 71.1662.167021510183.359cmmmfNA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: 2cm734.19Acmix38. 1cm02. 4yi截面验算:3504 .21738. 1300xox xil 3508 .29402. 41185yoy yil22mm/215mm/01.182NNAN故下弦杆满足要求。梯形钢屋架设计书93.4 腹杆(轴心受力构件)(1) 端斜杆 aB计算内力:N=-210.017KN计算长度:mlloyoxm2535由于=,故选用两个不等肢角钢,且长肢并联,使oxloyloyoxii截面选择:选取 2100638截面特性: 2cm168.25Acmix18. 3cm60. 2yi截面验算:3507 .7918. 35 .253xox xil 3505 .9760. 25 .253yoy yil查附表 1.20 得:571. 0y22mm/215mm/14.1468 .2516571. 0210017NNANy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:cm64.2088 .2608 . 0oxlcm8 .260oyl截面选择:需要截面积223 58. 76 .75721510889.162cmmmfNA选取 2564,截面特性: 2cm78. 8Acmix73. 1cm59. 2yi截面验算: 3506 .12073. 164.208xox xil 3507 .10059. 28 .260yoy yil梯形钢屋架设计书1022mm/215mm/52.185878162889NNAN(3) 斜腹杆 cD计算内力:N=-128.804KN计算长度:cm7 .2289 .2858 . 0oxlcm9 .285oyl截面选择:设,查附表 1.20 得,.65yx78. 0则需要截面积:223 68. 776821578. 010804.128cmmmfNA选取 2755,截面特性: 2cm824.14Acmix33. 2cm37. 3yi截面验算: 1509833. 27 .228xox xil 1508537. 39 .285yoy yil由查附表 1.20 得:,98x568. 0x22mm/215mm/97.1524 .1482568. 0128804NNANx(4) 斜腹杆 eF计算内力:N=-58.246KN计算长度: cm5 .2499 .3118 . 0oxlcm9 .311oyl截面选择:设,查附表 1.20 得,.80yx688. 0则需要截面积:)(94. 3215688. 010246.5823 cmfNA估选取 2704,截面特性: 2cm14.11Acmix18. 2cm14. 3yi梯形钢屋架设计书11截面验算: 1504 .11418. 25 .249xox xil 1509914. 39 .311yoy yil由查附表 1.20 得:,4 .114x467. 0x22mm/215mm/96.1111114467. 0246.58NNANx(5)竖腹杆 Ii计算内力:N=45.934KN计算长度: cm2 .2553198 . 0oxlcm319 lloy截面选择:需要截面积223 14. 265.21321510934.45cmmmfNA选取 2563(两角钢间距为 6mm)截面特性: 2686. 6343. 32cmAcmix75. 1cmiy57.2截面验算: 35014675. 12 .255xox xil3506 .12750. 2319yoy yil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 系数应力名称编号计算内力 (KN)截面规格截面 面积 (cm2)l0xl0yixiyxyN/mm2梯形钢屋架设计书12上弦杆FG/GH-361.31410080827.888150.75301.52.374.6663.6164.701500.782165.58下弦杆gi359.1838050819.73430011851.384.02217.4294.8350182.01Aa-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-23.6675636.686231.22891.752.57132.11112.451500.37893.65竖腹杆Ii45.9345635.318255.23191.752.57146127.635086.37aB-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-58.24670411.14249.5311.92.183.14114.4991500.467111.96Fg35.0705636.686249.52311.91.752.57142.58149.9535051.1gH30.3545636.686271.68339.61.752.57155.2132.135044.2腹杆斜 腹 杆Hi-52.71870411.14269.63372.183.14123.67107.321500.418113.2梯形钢屋架设计书13四、节点设计四、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。(1) 斜杆 Bc 与节点板的连接焊缝计算,KNN889.162角焊缝强度设计值,设焊缝 ,则焊缝所需长度:2160/w ffN mm6fhmm角钢背:计算长度: mmhmmfhNlfw few360608516067 . 0210889.1627 . 0 27 . 03 实际长度:,取mm976285mml1001角钢趾:梯形钢屋架设计书14计算长度: 据构mmhmmfhNlfw few4884 .3616067 . 0210889.1623 . 0 23 . 03 造要求取为 48mm实际长度:,取mm606248mml602(2) 竖杆 Cc 与节点板的连接焊缝计算, KNN6772.23-角焊缝强度设计值,设焊缝,则焊缝所需长度:2160/w ffN mm6fhmm角钢背: 计算长度: 据mmhmmfhNlfw few4883 .1216067 . 02106772.237 . 0 27 . 03 构造要求取为 48mm实际长度:,取mm606248160lmm角钢趾:计算长度: 据构mmhmmfhNlfw few4883 . 516067 . 02106772.233 . 0 23 . 03 造要求取为 48mm实际长度:,取mm606248160lmm(3) 斜杆 cD 与节点板的连接焊缝计算 cD 杆焊缝计算, KNN804.128角焊缝强度设计值,设焊缝 ,则焊缝所需长度:2160/w ffN mm6fhmm角钢背:计算长度: mmhmmfhNlfw few3606008.6716067 . 0210804.1287 . 0 27 . 03 梯形钢屋架设计书15实际长度:,取mm806268mml801角钢趾:计算长度: mmhmmfhNlfw few4882916067 . 0210804.1283 . 0 23 . 03 按构造要求取为 48mm实际长度:,取mm606248160lmm(4) 下弦杆焊缝验算下弦杆与节点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,6fhmm223 /160/05.37)12400(67 . 0210005.16175. 07 . 02 75. 0mmNfmmNlhNw f wff4.2 上弦节点 F(1) Fe 杆焊缝计算, KNN246.58角焊缝强度设计值,设焊缝 ,则焊缝所需长度:2160/w ffN mm6fhmm角钢背:计算长度:mmhmmfhNlfw few48833.3016067 . 0210246.587 . 0 27 . 03 梯形钢屋架设计书16按构造要求取为 48mm实际长度:,取mm606248160lmm角钢趾:计算长度: 据构造mmhmmfhNlfw few4881316067 . 0210246.583 . 0 23 . 03 要求取为 48mm实际长度:,取mm606248160lmm(2)Fg 杆焊缝计算, KNN070.35角焊缝强度设计值,设焊缝 ,则焊缝所需长度:2160/w ffN mm6fhmm角钢背:计算长度: 据构造mmhmmfhNlfw few4883 .1816067 . 0210070.357 . 0 27 . 03 要求取为 48mm实际长度:482+6=60,取160lmm角钢趾:计算长度: 据构mmhmmfhNlfw few48883. 716067 . 0210246.583 . 0 23 . 03 造要求取为 48mm实际长度:,取mm606248160lmm(3) 上弦杆焊缝验算上弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻内力之差: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,槽焊梯形钢屋架设计书17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,/ 25fhtmm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:2232222 1/1281608 . 08 . 0/3 .1710)10260(57 . 02)22. 12667.23()961.407 . 0(7 . 02)22. 12/()(mmNfmmNlhPNKw fwff 肢尖焊缝验算:2232222 2 /160/9 . 810)10260(57 . 02)22. 12667.23()961.403 . 0(7 . 02)22. 12/()(mmNfmmNlhPNKw fwff 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2222222 2323/160/5 .98)22. 19 .98()9 .55()22. 1()(/9 .9817087 . 0265010249.70915. 07 . 02 615. 013016067 . 0410475.349 7 . 04mmNfmmNmmNlheNmmfhNlw fM Nn ffwfM fw ffw由此可得拼接角钢总长度为:弦杆杆端空隙fwshll22取 sl =600m m(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:8fhmm40020 101702wlmm梯形钢屋架设计书18焊缝应力验算:2222222 2322/160/5 .45)22. 16 .48()0 .22()22. 1()(/6 .4817087 . 0265010475.34915. 07 . 02 615. 0/0 .2217087 . 0234947515. 0 7 . 02 15. 0mmNfmmNmmNlheNmmNlhNw fM Nn ffwfM fwfN f4.4 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:mmthf215885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:mmfhfAlw ffw38.11816087 . 042154 .1973 7 . 042由连接焊缝的强度条件可求出拼接拼接角钢的总长度为:mm289201638.118222弦杆杆端空隙fwshll取拼接角钢长度 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:KNRR34.1896672.2388所需底板净面积:2233.197cmfRAcn设底板尺寸为 250250mm,底板锚栓孔径为 50mm 底板平面净面积22 585734502250250)2)(2(cmbaAn锚栓孔缺口面积底板下平均应力:2mm/23. 3NARn梯形钢屋架设计书19底板为两相邻边支撑板,单位宽度弯矩为:2 1aqMmmNabmmabmma2 .586917723. 3058. 0M058. 05 . 0892177222502111 11,查表得由所需底板厚度:mmtmmfMt148 .122152 .586966,取(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NV473354/189340焊缝内力为:NV47335mmNM32471816 .6847335设焊缝 hf=6mm,焊缝计算长度: mmlw3951015420焊缝应力验算:22222 /160/41.1422. 139567 . 0263247181 39567 . 0247335mmNmmN (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.梯形钢屋架设计书20节点板与底板的连接焊缝长度,所需焊脚尺寸为mmlw236121302mmflRhw fwf94. 222. 11602367 . 094670 22. 17 . 0 2/故取 mmhf6每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为: mmlw15612-15-1052所需焊缝尺寸为mmflRhw fwf22. 222. 11601567 . 047340 22. 17 . 0 4/故取 mmhf6其它节点的计算不再一一列出。
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