鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)---普通鋼屋架設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　普通鋼屋架設(shè)計(jì) </b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　沈陽(yáng)某金工車間，跨度30m，長(zhǎng)度102m，屋架間距6m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)30/5t中級(jí)工作制橋式吊車。屋面采用1.5x6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，10cm厚水泥珍珠巖預(yù)制塊保溫層，卷材屋面，屋面坡度1/10。屋架簡(jiǎn)支在鋼

2、筋混凝土柱上，上柱截面400cmx400cm混凝土選C20。</p><p><b>　　鋼材和焊條選擇</b></p><p>　　根據(jù)沈陽(yáng)冬季的計(jì)算溫度（-22℃）和荷載性質(zhì)（靜荷載）及連接方法（焊接），按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，鋼材選用Q235B。焊條選用E43型，手工焊。</p><p><b>　　屋架形式及尺寸</b>&

3、lt;/p><p>　　由于屋面采用預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板和卷材防水層（i=1/10),故采用緩坡梯形屋架。屋架的計(jì)算跨度為</p><p>　　L0=L-300=30000-300=29700(mm)</p><p>　　屋架在30m軸線處得端部高度取</p><p><b>　　H0=1990mm</b></p&g

4、t;<p><b>　　跨中高度</b></p><p>　　H=H0+1iL/2=1990+0.1x30000/2=3490(mm)</p><p><b>　　屋架的高跨比</b></p><p>　　H/L=3490/30000=1/8.6</p><p>　　在屋架常用高度范圍

5、內(nèi)。</p><p>　　為使屋架上弦承受節(jié)點(diǎn)荷載，配合屋面板1.5m的寬度，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間長(zhǎng)為3m的人字式，僅在跨中考慮到腹桿的適宜傾角，采用再分式，屋架跨中起拱60mm（L/500），幾何尺寸如圖7.50所示。</p><p>　　圖1 屋架幾何尺寸</p><p><b>　　屋蓋支撐布置</b></p>&l

6、t;p>　　根據(jù)車間長(zhǎng)度（102m>60m)、跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房?jī)蛇叺臋M向水平支撐設(shè)在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝是上弦的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設(shè)置剛性系桿以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。在屋脊節(jié)點(diǎn)及支座節(jié)點(diǎn)處沿廠房縱向設(shè)置通長(zhǎng)的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一道縱向通長(zhǎng)的柔性系桿，支撐布置

7、見圖2。圖中與橫向水平支撐連接的屋架編號(hào)為GWJ-2，山墻的端屋架編號(hào)為</p><p>　　GMJ-3，其他屋架編號(hào)均為GWJ-1。</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　荷載和內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　(1)荷載計(jì)算 荷載計(jì)算及匯總見表1</p&

8、gt;<p>　　注：非輕型屋蓋不考慮風(fēng)荷載作用</p><p>　　計(jì)算屋架桿力是應(yīng)考慮如下三種荷載組合：</p><p>　　使用階段“全跨恒荷載+全跨屋面均布荷載”和“全跨恒荷載+半跨屋面均布荷載”。應(yīng)注意半跨屋面活荷載可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨，恒活載和活荷載引起的節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值，P恒及P活分別為 </p><p>　　P恒=3.9x

9、1.5x6=35.1（kn）</p><p>　　P活=2.90x1.5x6=26.1（kn）</p><p>　　施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載”。這是只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒活載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數(shù)值）即可能出現(xiàn)在左半跨，也可能出現(xiàn)在右半跨，取決于屋面板的安裝順序。當(dāng)從屋面兩端對(duì)稱安裝屋面板時(shí)，則不必考慮此種荷載組合。施工階段恒荷

10、載和活荷載引起的節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值P'恒和P'活分別為</p><p>　　P'恒=0.54x1.5x6=4.86（kn）</p><p>　　P'活=（1.68+2.90）x1.5x6=41.2（kn）</p><p><b>　?。?）內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用圖解法

11、計(jì)算了屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)。根據(jù)算得的節(jié)點(diǎn)荷載和桿力系數(shù)，求得各桿的最不利內(nèi)力。計(jì)算結(jié)果3</p><p><b>　　荷載圖 圖3</b></p><p><b>　　桿件截面選擇</b></p><p><b>　　上弦</b></p><p>　　整

12、個(gè)上弦不改變截面，取上弦最大設(shè)計(jì)桿力（IK桿）計(jì)算。</p><p>　　N=-1386.80kn，l0x=150.8cm，l0y=301.6cm（按大型屋面板與屋架保證三點(diǎn)焊接考慮，取l1為兩塊屋面板寬）。根據(jù)腹桿最大設(shè)計(jì)桿力NaB=-689.73kn查表得中間節(jié)點(diǎn)板厚t=14mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚t=16mm。</p><p>　　先由非對(duì)稱軸選擇截面，假設(shè)λ=60，由附表2.2查得f=0

13、.807（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于B類）需要的截面面積</p><p>　　AS=N/ff=1386.80*103/（0.807*215）=7992.85mm=79.93cm</p><p>　　一般角鋼厚度15mm，屬第一組，故取f=215N/㎜2。需要的回轉(zhuǎn)半徑為 </p><p>　　ixs=L0X/=150.8/60=2.51（cm）</

14、p><p>　　iys=L0y/λ=301.6/60=5.03（cm）</p><p>　　上弦應(yīng)采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的T形截面，根據(jù)需要的As、ixs及iys查附表3.5，選用2L20012512:A=75.82（cm2），ix=3.57㎝，iy=9.68㎝（節(jié)點(diǎn)板厚為14㎜），[λ]=150。</p><p>　　驗(yàn)算 λx=L0X/ix

15、=150/3.57=42[λ]=150,fx=0.891</p><p>　　故 x=N/fx=1386.80103/（0.8917582）=186.45（N/㎜2)＜f=215 N/㎜2</p><p>　　驗(yàn)算對(duì)稱軸y的穩(wěn)定承載力。</p><p>　　b1/t=20/1.2=16.67＞0.56L0y/b1=0.56301.6/20=8.44換算

16、長(zhǎng)細(xì)比</p><p>　　λyz=＜[λ]=150,查附表202,y=0.791</p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　墊板每節(jié)間放置一塊（滿足L1范圍內(nèi)不少于兩塊），Ld=150.8/2=75.4cm＜40i（

17、i為5.81cm）。</p><p><b>　　下弦</b></p><p>　　下弦亦不改變截面，采用最大設(shè)計(jì)桿力，（de桿）計(jì)算，N=1348.85Kn，L0X=300cm，L0Y=2970/2=1485（cm），需要的凈截面面積為</p><p>　　選用2L16010014（斷肢相連）：A=69.42，ix=2.80（cm），iy=7

18、.94（cm）</p><p>　　驗(yàn)算：在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，將位于de桿連接支撐的螺栓孔包在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)，且使栓孔中心到節(jié)點(diǎn)近端邊緣距離不小于100mm，故截面驗(yàn)算中不考慮栓孔對(duì)截面的削弱，按毛截面驗(yàn)算（[λ]=350）：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　墊板每節(jié)點(diǎn)放一塊，Ld=150cm＜80i（i為5.14）&l

19、t;/p><p><b>　　端斜桿</b></p><p>　　N=-689.93kn。LOX=253.5cm，LOX=253.5cm，選用2L1409012（長(zhǎng)邊相連）：A=52.80cm2，ix=4.44cm，iy=3.84cm，[λ]=150。</p><p><b>　　驗(yàn)算:</b></p><

20、p>　　由b2/t=90/1.2=7.5＜</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　設(shè)有兩塊墊塊，為2.59cm)。</p><p><b>　　斜腹桿ek</b></p><p>　　此為再分式主斜桿，ek、gk兩段同時(shí)受壓，Nek=-75.35kn，Ngk=-7

21、1.90kn，其他情況兩段均受拉，最大拉力為Neg=157.84kn,Ngk=195.32kn。按受壓桿設(shè)計(jì)時(shí)，L0x=230.6cm，</p><p>　　選用2L708，A=21.33cm2，ix=2.12cm，iy=3.46cm。</p><p><b>　　按壓桿驗(yàn)算</b></p><p>　　對(duì)y軸：b/t=70/8=8.75＜&l

22、t;/p><p><b>　　查得y=0.378</b></p><p><b>　　按拉桿驗(yàn)算</b></p><p>　　無(wú)論受拉、受壓都能滿足要求。雖然承載力富余較多，但截面不能在減小，否則</p><p>　　λy將不能滿足要求。</p><p>　　eg、gk桿各放兩塊

23、墊塊，Ld=76.9cm＜40i（i為2.16cm）。</p><p><b>　　豎桿Ie</b></p><p>　　N=-91.80kn，。選用2L638, A=19.03cm2,ix=1.90cm,iy=3.18cm。</p><p><b>　　驗(yàn)算：</b></p><p>　

24、　對(duì)y軸：b/t=63/8=7.88＜</p><p>　　根據(jù)λmax=λx=134，查得x=0.370：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　設(shè)置三塊墊板，Ld=79.8cmy40i（i為1.94cm）。</p><p><b>　　豎桿Gd</b></p&

25、gt;<p>　　N=-61.20kn,l0x=0.8i=0.8289=231.2（cm），l0y=289cm。因?yàn)闂U力很小，可按容許長(zhǎng)細(xì)比[]=150選擇截面。需要的回轉(zhuǎn)半徑為：</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p><b>　　（cm）</b></p><p>　　按ixs、iys

26、查型鋼表。選用2L506，ix=1.53，iy=2.63＞iys，滿足要求。</p><p>　　墊板放三塊，雖然ld=289/4=72.3cm略大于40i=401.53=61.2cm，但實(shí)際上，節(jié)點(diǎn)板寬度較大，桿件的凈長(zhǎng)較小，可以夠用。</p><p>　　其余個(gè)桿件的選擇見表2，需注意連接垂直的支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計(jì)算長(zhǎng)度為io=0.9l，其他腹桿除Aa和Ba外，lo

27、x=0.8l。</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由前述施工圖繪制可見，在確定節(jié)點(diǎn)板得外形和尺寸時(shí)，需要斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的長(zhǎng)度。為簡(jiǎn)潔起見，下面先算出個(gè)斜腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計(jì)算公式為：</p><p>　　角鋼肢背所需焊縫長(zhǎng)度l1 </p><p>　　

28、角鋼肢尖所需焊縫長(zhǎng)度l2 </p><p>　　例如腹桿aB,設(shè)計(jì)桿力N=689.73kn，設(shè)肢背與肢尖的焊縫尺寸各為。因aB桿系不等邊，角鋼以長(zhǎng)肢相連，故K1=0.65，K2=0.35。則 </p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><

29、;p>　　其他腹桿所需焊縫長(zhǎng)度的計(jì)算這里不再?gòu)?fù)述，直接放在下述表2中。</p><p><b>　　下弦節(jié)點(diǎn)“b”</b></p><p>　　按表2所列Bb、bD桿所需焊縫長(zhǎng)度，按比例繪制節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板得形狀和尺寸（圖4）。由圖中量出下弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長(zhǎng)度為415mm，設(shè)焊腳尺寸，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左右弦桿的內(nèi)力差ΔN=Nbc-Nab=930.85-375

30、.15=555.7kn。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度；</p><p>　　圖4 下弦節(jié)點(diǎn)“b”</p><p>　　滿足要求。肢尖的焊縫應(yīng)力更小，定能滿足要求。豎桿bC下端應(yīng)伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點(diǎn)板滿焊。</p><p>　　（2）上弦節(jié)點(diǎn)板“B”</p><p>　　按表2所列腹桿Ba、bB所需焊縫長(zhǎng)度，確定節(jié)點(diǎn)板形狀

31、和尺寸，如圖5所示</p><p>　　圖5 上弦節(jié)點(diǎn)“B”</p><p>　　量得上弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長(zhǎng)度為525mm，設(shè)hf=5mm，因節(jié)點(diǎn)板伸出上弦肢背15mm，故由弦桿與節(jié)點(diǎn)板的四條焊縫共同承受節(jié)點(diǎn)集中荷載P=35.1+26.1=60.21k和弦桿內(nèi)力差?N=NBD=690.95kn的共同作用。忽略P對(duì)焊縫的偏心并視其與上弦垂直，則上弦肢背的焊縫應(yīng)力為</p>&l

32、t;p>　　滿足要求。由于肢尖焊縫的hf也為5mm，故應(yīng)力更小，定能滿足要求，不必驗(yàn)算。</p><p>　?。?）下弦中央拼節(jié)點(diǎn)“f”</p><p>　　圖6 下弦中央拼節(jié)點(diǎn)“f”</p><p><b>　　拼接角鋼計(jì)算</b></p><p>　　因節(jié)點(diǎn)兩側(cè)下弦桿力相等，故用一側(cè)桿力Nef=1290.09

33、kn計(jì)算。拼接角鋼采用與下弦相同的截面2L16010014，設(shè)與下弦的焊縫的焊腳尺寸hf=8mm，豎直肢應(yīng)切去?=t+hf+5=14+8+5=23mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計(jì)算長(zhǎng)度為</p><p>　　拼接焊縫所需要的長(zhǎng)度為</p><p>　　L=2（lw+16）+10=2（360+16)+10=762（mm）</p><p>　　為保證拼接點(diǎn)處得剛度L

34、=770mm。</p><p>　　下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算</p><p>　　下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按0.15Nef計(jì)算。取焊腳尺寸hf=5mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長(zhǎng)度l1、l2分別為</p><p>　　在圖6中節(jié)點(diǎn)板板寬是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，從圖中量得每條肢背焊縫長(zhǎng)度為155mm，每條肢尖焊縫長(zhǎng)度為120mm，滿足要求。</

35、p><p><b>　　屋脊節(jié)點(diǎn)“K”</b></p><p>　　圖7 屋脊節(jié)點(diǎn)“K”</p><p><b>　　1）拼接角鋼的計(jì)算</b></p><p>　　拼接角鋼采用與上弦相同的截面2L20012512。設(shè)兩者間的焊腳尺寸hf=8mm，豎直應(yīng)切去?=t+hf+5=12+8+5=25mm。按

36、上弦桿力NIK=1386.80kn計(jì)算拼接角鋼與上弦的焊縫，節(jié)點(diǎn)每側(cè)每條焊縫需計(jì)算長(zhǎng)度為</p><p><b>　　拼接角鋼所需長(zhǎng)度</b></p><p>　　L=2（lw+2hf）+20=2（386+16）+20=824（mm）</p><p>　　為保證拼接節(jié)點(diǎn)處得剛度。取L=900mm。</p><p>　　上

37、弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫計(jì)算</p><p>　　上弦與節(jié)點(diǎn)板間在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點(diǎn)荷載P與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力。近似地取sinα=tanα=0.1該合力數(shù)值為</p><p>　　2Nsinα-P=21380.800.1-60.21=217.17kn</p><p>　　設(shè)焊腳尺寸hf=5mm，每條焊縫所需長(zhǎng)度為</p><p>　　由

38、圖7量得的焊縫長(zhǎng)度為220，很富余。</p><p>　?。?）支座節(jié)點(diǎn)“a”</p><p>　　圖8 支座節(jié)點(diǎn)“a”</p><p><b>　　底板計(jì)算</b></p><p>　　底板承受屋架的支座反力R=10P=60.21kn,柱采用C20，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=10N/mm2.底板需凈面積An為&

39、lt;/p><p>　　錨栓直徑采用d=25mm,錨栓孔布置見圖7栓孔面積為</p><p>　　π252=5963（mm2）</p><p><b>　　底板需總面積為</b></p><p>　　AS=An+?A=60210+5963=66173（mm2）</p><p>　　按構(gòu)造要求底板面積取

40、A=280280=78400（mm2）＞As,滿足要求。</p><p>　　底板承受的實(shí)際均布反力</p><p>　　節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊相同的兩相鄰邊支承板，它們的對(duì)角線長(zhǎng)度a1及內(nèi)角頂點(diǎn)到對(duì)角線的距離b1分別為</p><p>　　b1=0.5a1=99（mm）</p><p>　　b1/a1=0.5,由表查得β=0.058，

41、兩相鄰邊支承板單位板寬的最大彎矩為</p><p>　　M=βqa12=0.0588.311982=18895（N·mm)</p><p><b>　　所需底板厚為</b></p><p>　　實(shí)取底板尺寸為-28028024。</p><p>　　加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算</p><p&g

42、t;　　焊縫長(zhǎng)度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點(diǎn)板高度。有節(jié)點(diǎn)圖7量得焊縫長(zhǎng)度為492mm，計(jì)算長(zhǎng)度lw=492-12-15=465（mm)（設(shè)焊腳尺寸為hf=6mm），每塊加勁肋近似的按承受R/4計(jì)算，R/4作用點(diǎn)到焊縫的距離為e=（140-6-15）/2+15=74.5（mm)。則焊縫所受剪力V及彎矩M為</p><p>　　V=602.1/4=150.5（kn）</p><p>　　M=V

43、·e=150.574.5=11212.3（kn·mm）</p><p><b>　　焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　加勁肋和節(jié)點(diǎn)板與底板的焊縫計(jì)算</p><p>　　上述零件與底板連接焊縫的總計(jì)算長(zhǎng)度為圖7（設(shè)hf=8m

44、m）</p><p><b>　　所需焊腳尺寸為</b></p><p>　　Hf尚應(yīng)滿足角焊縫的構(gòu)造要求：，，實(shí)取長(zhǎng)度hf=8mm。</p><p>　　其他節(jié)點(diǎn)的計(jì)算不在一一敘述，詳細(xì)構(gòu)造見手繪施工圖。</p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)板計(jì)算</b></p><p>　　

45、1)節(jié)點(diǎn)板在受壓腹桿的壓力作用下的計(jì)算</p><p>　　所有無(wú)豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，受壓腹桿桿端中點(diǎn)至弦桿的凈距離c與節(jié)點(diǎn)板厚度t之比，均小于或等于。所有豎桿相連的節(jié)點(diǎn)板，c/t均小于或等于，因而節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定性能夠保證。</p><p>　　所有節(jié)點(diǎn)板在拉桿的拉力作用下，也都滿足 的要求，因而節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度均能保證。</p><p>　　此外，節(jié)點(diǎn)板邊緣與腹桿軸線