土木工程课程设计某梯形钢结构屋架设计计算.docx
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土木工程课程设计某梯形钢结构屋架设计计算
第一章设计任务
1・1V11~~1•・•・・・・・・・・・・・・・・・•・・・・・・・・・・・・・・・•・・・・・・・・・・・・・・・•・・・・・・・・・・.
1・2设计资料
1
2.1屋架形势、尺寸、材料选择及支撑布置2
2.2荷载和内力计算3
第三章内力计算及杆件设计4
3」内力计算4
3.2杆件设计
第四章节点设计及支座设计8
4.1节点设计8
4.2支座设计11
参考书目13
《钢结构》课程设计任务书
1•设计目的
为了使学生更好地掌握钢结构的基本理论与设计方法,同时更好地锻炼学生综合运用已经学过的专业基础知识解决工程实际问题的能力。
2.设计资料
1)该车间无悬挂式起重机、无天窗、无振动。
2)钢屋架支承在钢筋混凝土柱顶,钢材釆用Q345,混凝土等级为C30o
3)屋面采用1.5mX6.0m的预应力钢筋混凝土大型屋面板(屋面不作支撑用)。
4)车间长度为78m,柱距为6m,屋架的排水坡度为5%。
杆件的尺寸由图中量出。
有12种屋架形式,跨度为18m(端距1.5m和1.6m),20m(端距1.6m和1.7m),22m(端距1.7m和1.8m),24m(端距l・8m和1.9m),26m(端距1.9m和2.0m),28m(端距2.0m和2.1m)o
3.荷载类型见表1
4永久荷载分类情况见表2。
5•可变荷载分类情况见表3。
6•分组情况见表4。
7.各跨度的内力系数表见后面附表.
表1荷载类型
荷载类型
序号
荷载需称
重力(标准值)/(N/m?
)
永久荷载A
1
预应力钢筋混凝上屋面板(包括嵌缝)
1500
2
SBS改性沥青防水卷材
400
3
找平层(2cm厚)
400
4
保温层
(1)
1000
5
保温层
(2)
1200
6
保温层(3)
1400
a
活载(雪荷载)
600
11000
可变荷载B
b
作用在屋架下弦节点上的设备
2
800
C
活载加积灰荷载
1500
表2永久荷载分类情况
类型
考虑荷载
屮
A-lA-2A-3A-4
乙
A-lA-2A-3A-5
A-lA-2A-3A-6
表3可变荷载分类情况
类型
考虑荷载
A
B-a
B-bl
B
B-a
B-b2
C
B-c
B-bl
I)
B-c
B-b2
8.设计时间安排和成果
时间:
5天
成果:
计算书一份(计算机打印A4纸),施工图1张(计算机出图,1号图)。
9•参考书目:
《钢结构》戴国欣主编武汉理工大学出版社
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
《建筑结构荷载设计规范》
表4设计分组情况
荷载
屋架跨度20m
屋架跨度24m
屋架跨度28m
永久荷载
可变荷载
端部为
1.6m
端部为
1.7m
端部为
1.8m
端部为
1.9m
端部为
2.0m
端部为
2」m
甲
A
1
2
3
4
5
6
B
7
8
9
10
11
12
C
13
14
15
16
17
18
D
19
20
21
22
23
24
乙
A
25
26
27
28
29
30
B
31
32
33
34
35
366
C
37
38
39
40
41
42
D
43
44
45
46
47
48
丙
A
49
50
51
52
53
54
B
55
56
57
58
59
60
C
61
62
63
64
65
66
D
67
68
69
70
71
72
第二章荷载汇集及组合
2.1屋架形势、尺寸、材料选择及支撑布置
本设计为无標屋盖方案,i=5%,采用平坡梯形屋架,屋架计算跨度Lo=L=20000mm,端部高度取Ho=17OOOmm,中部高度H=1700+5%*20000=2200,钢材采用Q345焊条采用E53O手工焊。
屋架杆件儿何长度见图
图2.1桁架形式及几何尺寸
2.2荷载和内力计算
(1)荷载计算
永久荷载:
可变荷载:
0.6KN/nr
1.0KN/nr
1.6KN/nr
活载(雪荷载)
作用在屋架下弦节点上的设备
活荷载总合
屋面坡度不大,对荷载影响小,不予考虑。
风荷载对屋面为吸力,重屋盖可不考虑
(2)荷载组合
一般考虑全垮荷载,对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载。
本设计•在设讣杆件截面时,将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比,不必考虑半跨荷载作用惜况,只计算全垮满载时杆件内力。
节点荷载设计值:
按可变荷载效应控制的组合
Fd=(1.2X3.84+1.4X0.6+1.4X0.9X1)X1.5X6=60.37KN
其中,永久荷载的荷载分项系数为1.2:
屋面活荷载的荷载分项系数为1.4:
屋架设备组合系数为0.9:
按永久荷载效应控制的组合
Fd=(1.35X3.5+1.4X0.6X0.7+1.4X0.9X1)X1.5X6=59.16KN
其中,永久荷载的荷载分项系数为1.35
屋面活荷载的荷载分项系数为1.4;
故节点荷载取为60.37KN。
支座反力为Rd=7Fd=414.12KN
第三章内力计算及杆件设计
3.1内力计算
用图解法或数解法皆可解出全垮荷载作用下屋架杆件的内力。
见图
屋架几何尺寸及内力图3.1
1b
td
e
20000
d
cD1
•
X
•・
\,/
I•/
v
桁架支撑布置图
3.2杆件设计
(1)、上弦杆
整个上弦不改变截面,按最大内力计算:
N二-931.57KN1。
尸150.2cm1。
尸300cm
故山
2=2x=55按b类査附表4.2得乞二0.8433
cr=—=9192、()“=161$4N/mm2v/=31ON/mm2(pA5680/w/r
填板每个节间放一块h二150cm〈80i二464cm
(3)、斜腹杆
1杆件B・a:
N=451・93KNlos=le=201.6cm选用
2L140X90X10(长肢相连)A=44.6cm2ix=4.47cmi7=3.73cm
201.6c/?
/r.3201.6cm.十小
3.73cm
7^=45J 協/1.0讥空1o_0-48x201.6=1075 tb 故心仏(W.09bnE05X⑴需罟"3.56 由于;U〉尬故由兀按b类查附表4.2得乞二0・789 =129.06N/mm2<310N/mm2 N_451930N (pA0.789x4460〃"' 填板放两块,1尸67.2cm〈40i二103.6cm 2杆件A-a: N=30」9KN1。 尸170cm1^=170cm 3 选用21-63X6A二14.58cm2ix=l.93cmi7=2.98cm 杆A~a截而图(3.3) 按兀二;lx查附表4.2得©二0.562 =36.847V/mm2v/=31ON/mm2 N_30190N (pxA0.562x1458mm2 4竖杆CbN=—60・37KN1“二146cm1。 尸182.5cm内力较小可按[用选择截面 ix=lox/[A]=146/150=1.013cmiy=loy/[A]=182.5/150=1.267cm 选用21-50X5A=9.6cm: is=l.53cmi7=2.53cm 竖杆截而图(3.4) 按;IQx查附表4.2得钱二0.585 =107.5N/mm2 N6O37ON (pA0.585x960mm2 填板三块la=182.5/4=45cm<40i=61.2cm 其余杆件截面选择见表(3)需要注意的是连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面,腹 杆除A-a,B・a外1。 尸0・8L・ 表(3)屋架杆件截面选用表 杆件 名称 杆 件 号 内力 设计值 (KN) 计算长度(M) 所选截而 截面 积 计算应力 杆件端部角钢焊缝(mm) 填 板 数 l«x= 0.8loy lor 上弦 F-G -931.57 1.5 3.0 2L140X12 65.0 172.05 — 1 下弦 杆 c~d 919.25 3.0 10.0 2^-180X110X10 56.8 161.84 — 1 A~a -30.19 1.7 1.7 21-63X6 14.58 36.84 — 2 B-a -451.93 2.016 2.016 2L140X90X10 44.60 129.06 8-1706-120 2 B-b 405.20 1.844 2.305 21-140X90X10 44.60 113.42 8-1406-90 2 腹 C-b -60.37 1.460 1.825 21-50X5 9.60 107.50 3 D-b -315.01 1.937 2.421 21-90X6 21.28 196.34 8-1106-90 2 杆 D-c 217.09 1.937 2.421 2^70X5 13.71 252.94 8-1006-70 2 E-c -60.37 1.580 1.975 21-50X5 9.60 62.89 3 F-c -136.38 2.032 2.540 2L7OX5 13.71 168.03 6-156-20 2 F-d 54.57 2.032 2.540 21-50X5 9.60 150.78 6-205-40 2 G-d -60.37 1.700 2.125 21-50X5 9.60 130.47 3 H-d 19.74 2.130 2.663 21-70X5 13.71 25.48 6-506-30 2 H-e 0.00 1.980 1.980 21-63X6 14.58 0.00 5 第四章节点设计及支座设计 4.1节点设计 (1)下弦节点b 先算腹杆与节点的连接焊缝: B-b杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取h亍8mm,hf: =6mm,则所需焊缝长度(考虑起灭弧缺陷): 肢背: /;,= 0.67x4052007V“”“⑴ =: +2〃门=167.49〃〃〃用170mm 2x0.7x8x200N/力肺z, 肢尖: 人2: 0.33x405200/V「"八中“ =: •+2〃门=86.61mm用90mm 2x0.7x6x200N;mnr D-bff: 肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf: =8mm,h孑6mm 肢背: 3 0.67x315010/V“Fe-c =: +2hn=133.78/n/w用140mm 2x0.7x8x200N/〃肿z, 肢尖: 0・33x315010N“““e“ =: +2hfl=89・34〃““用90mm 2x0.7x6x200N/血八 • 其次验算下弦杆与节点板连接焊缝,内力差4V=%.-N“=683・15-224・21=458・94KN 山斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸。 量得实际节点板长度是40・5cm,角焊缝讣算长度 /M.i=420.5-1.0=39.5cm米用hf=6mm 肢背焊缝应力为: 067x45测0匚92.67必宀200晞肿 72x0.7x6x395 (2)下弦节点C 先算腹杆与节点的连接焊缝: D-c杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取h沪8mm,hf: =6mm,则所 需焊缝长度(考虑起灭弧缺陷); 肢背: 人厂 0.67x2170902“心,⑴“八 =F2/? Z1=97.17mm用100mm 2x0.7x8x200 肢尖: : 0・33x217090N“wm“ =r+2〃门=65・3mm用/0mm 2xO・7x6x2OON”加八 • 其次验算下弦杆与节点板连接焊缝,内力差A/V=Ndc-Nfc=880.18-669.45=210.73KN 山斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸。 量得实际节点板长度是36.5cm角焊缝计算长度/vl=36.5.5-1.0=35.5cm米用hf=6min 肢背焊缝应力为: 才需二黑”呵加y2oom肺 (3)上弦节点B “aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算 承受节点荷载Q二60.37KN,你二t/2二6mmlw[=lw2=70-1.0二69cm 60370N 2x0.7x6x690 =10.42N/mm: 肢尖焊缝承受弦杆内力差A/V二488.51-0=488.51KN偏心距e二14-2・5=11.5cm偏心力矩 M二4Ve二479.22X11.5=55.11KN•m采用/? r2=10mm 对4V: Tf =488510/V,=50.57N/血 2x0.7x8x690 对“由式: ,z=^=6X56170000/(2X0.7X8X64^)=62."N/W /62XH2+505? 2=71.7N/『<200"/〃〃2『V1.22 (4)上弦节点F “cF”杆和“d・F”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算 肢尖焊缝承受弦杆内力差4V二931・57-818.68=112.82KN偏心距e二14-2・5=11.5cm偏心 力矩M=A7Ve=112.82X11.5=12.97KN•m釆用/亿二6mm 对4V: H2820.V=27.45血 J2x0.7x5x490 对M由式: /=^-2=6X112820/(2X0.7X6X490=)=0.34N/^ 山于S与5的值都较小所以一定满足焊缝强度条件。 (5)屋脊节点H 进行拼接计算,拼接角钢采用与上弦杆相同截面2丨140X12除倒棱外竖肢 △=t+h+5mm=12+10+5=27 931570 T^4x10x200x0.7+2°=228^ L=2IW+20=476mm取拼接角钢长500mm 4.2支座设计 (1)支座节点& 支座节点图4・1 1底板计算 支反力心二414.12KN,混凝土强度C30,/r=14.3N/mm2所需底板毛面积 锚拴直径取d二25mm锚拴孔直径为50mm,则所需底板毛面积: A二A”+Ao=289.59+2X4X5+3.14X574=349.22cm2 按构造要求釆用底版面积为AXB二28X28=784c/n2垫板采用二100X100X20孔径26mm 实际净面积An=784-2X4X5+3.14X574=724.4c/n2 414120 底板实际应力: =^=5.72N/点 m二J(14一乎)2+(14-¥)2=18.90c” 133 b{=13.3X=9.43cm 18.90 眷帯。 .5查表4.8得"0.056则: M=fiqa1=0.56X5.72X1892=11442N/mm 用t二22mm底板尺寸为-280X280X22 2加劲肋与节点板连接焊缝计算 一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取V二兰二”E=103.53KN 44 M二Ve二103.53X6.65二688.47,加劲肋高度,厚度取与中间节点板相同(一495X140X10)。 釆用的二6mm验算焊缝应力: 1O353ON 2x0.7x6x(490-12) =25.52N/mm' 6x688470 2x0.7x6x(490—12)2 I乞+T~=\/(士? )2+25.52? =30.82N/mm2<200N/mm2吐0/丿Y1・22 3节点板,加劲肋与底板连接焊缝计算采用%二8mm 实际焊缝总长度: 22^=2x(28+11.8x2)-12x0.8=93.6 焊缝设计应力: =41412()=79“/mm2<0£二1.22X200=244N/mm. 0.7x8x936? 参考书目 1.《钢结构》魏明钟.戴国欣主编武汉理工大学出版社 2.《钢结构设计规范》(GB50017-2003) 3.《建筑结构荷载设计规范》
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