钢结构设计原题课程设计--24m跨厂房普通钢屋架设计Word下载.docx
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图2.1桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2所示
图2.2 桁架支撑布置
桁架及桁架上弦支撑布置
桁架及桁架下弦支撑布置
垂直支撑1-1
垂直支撑2-2
符号说明:
SC:
上弦支撑;
XC:
下弦支撑;
CC:
垂直支撑GG:
刚性系杆;
LG:
柔性系杆
三、荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现,从资料可知屋面活荷载大于雪荷载,故取屋面活荷载计算。
由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2,故不考虑风荷
载的影响。
沿屋面分布的永久荷载乘以1cosa=
112+111=1.004换算为沿水
平投影面分布的荷载。
桁架沿水平投影面积分布的自重(包括支撑)按经验公式(Pw=0.12+0.011´
跨度)计算,跨度单位为m。
标准永久荷载:
改性沥青防水层 1.004x0.35=0.351kN/m2
2.5水泥砂浆找平层 1.004x0.4=0.402kN/m2
100厚泡沫混凝土保温层 1.004x0.6=0.602kN/m2
预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝) 1.004x1.4=1.406kN/m2
屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m2
共 3.145kN/m2
标准可变荷载:
屋面活荷载 0.7kN/m2
共 1.45kN/m2
考虑以下三种荷载组合
全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载
(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载效应控制的组合)全跨节点荷载设计值:
F=(1.35´
3.145kNm2+1.4´
0.7´
0.7kNm2+1.4´
0.9´
0.75kNm2)
´
1.5m´
6m=52.89kN
(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值:
对结构不利时:
F1,2
F
=1.35´
3.145kNm2´
6m=38.21kN
=1.2´
6m=33.97kN
(按永久荷载效应控制的组合)
1,2
对结构有利时:
F1,3
(按可变荷载效应控制的组合)
=1.0´
6m=28.31kN
半跨可变荷载设计值:
F2,1
=1.4´
(0.7´
0.7kNm2+0.9´
0.75kNm2)´
1.5m´
6m
=14.68kN(按永久荷载效应控制的组合)
F2,2
(0.7+0.9´
0.75)kNm2´
=17.33kN(按可变荷载效应控制的组合)
(3)全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载效应控制的组合)
全跨节点桁架自重设计值:
F3,1
F3,2
=1.2´
0.384kNm2´
6m=4.15kN
0.384kNm2´
6m=3.46kN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值:
4
F=(1.2´
1.4kNm2+1.4´
0.7kNm2)´
6m=23.94kN
四、内力计算
荷载组合
(1)计算简图如图4.1,荷载组合
(2)计算简图如图4.2,荷载组合
(3)计算简图如图4.3.
F F F
F F F F F
H I F F
E
D
F/2 F F F GA B C
F F F/2
a b c d e
图4.1 荷载组合
(1)
F F2
F2
F2 2
F2 F2
F2 F2/2F1
2/2
1/2
1
F F
F1
F1 1
F1 F1
F1 F1 F
1 F1/2
图4.2 荷载组合
(2)
F4
F4/2 4
F4 4
F4 F4
F3 F3
F4/2
3
F3/2 F3
F3 3
F3 3
F3 F3
F3 F3/2
图4.3 荷载组合4.3
由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、走半跨和右半跨)。
然后求出各种荷载情况下的内力进行组合,计算结果见附表1
五、杆件设计
(1)上弦杆
整个上弦杆采用等截面,按FG、GH杆件的最大设计内力设计。
N=788.27kN=788270N
上弦杆计算长度:
在桁架平面内,为节间轴线长度:
lox=150.7cm
在桁架平面外,根据支撑布置和内力变化情况,取:
loy=150.7´
3=452.1cm
因为lox=3loy,故宜选用两个不等肢角钢,短肢相并。
腹杆最大内力N=470.35kN节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度用12mm
设l=60,选用角钢,为b类截面,查表得j=0.807。
需要截面积:
A=N=
jf
778270N
=4485.6mm2
0.807´
215kNmm2
需要的回转半径:
i=lox
x l
=150.7cm=2.51cm,60
i=loy
y l
=452.1cm
60
=7.54cm
根据需要的A、ix、iy查角钢规格表,选用
2∟160´
100´
10,A=5063mm2,ix=2.85cm,iy=7.70cm,
b1
l=lox
t=160cm10cm=16,按所选角钢进行验算:
=150.7cm=52.88
i
x
x 2.86cm
∵b1
t=16>0.56lox
b1=5.27
bæ
l
2t2ö
160æ
45212´
102ö
ç
÷
ø
lyz
=3.711+oy =3.7
t 52.7b4 10
ç
1+
è
52.7´
1604÷
∴
=60.26<
è
1ø
[l]=150
,只需要求
截面x和界面y都为b类截面,由于lx>lyz jy。
查表的
jy=0.806。
N= 778270N
=190.72
y
jA 0.806´
5063mm2
故所选截面合适。
(2)下弦杆
<215Nmm2
整个下弦杆采用同一截面,按最大内力设计值设计。
N=779070N
平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为:
lox=300cm,loy=1185cm
所需截面面积:
n f
779070N
215Nmm2
=3623.6mm2
,=2.56cm, =6.77cm,由于
选用2∟140´
90´
10,A=4452mm2 ix iy loy?
lox,故用不等肢角钢短肢相并
loy=loy
iy=1185cm6.77cm=175<[l]=350
考虑到下弦有2f21.5mm的栓孔削弱,下弦净截面面积:
n
A=4452mm2-2´
21.5´
10mm2=4022mm2
s=N
An
=779070N4022mm2
=176.3Nmm2
<215Nmm2
所选截面合适。
(3)端斜杆aB
杆件轴力:
N=470.35kN=470350N
计算长度lox=loy=249.4cm,因为lox=loy,故采用不等值角钢长肢相并。
使ix»
iy设l=60,查表得j=0.807。
470350N
=2710.9mm2
ix=lox
l=249.4cm60=4.16cm选用2∟125´
80´
10,A=3942mm2,
ix=3.98cm,iy=3.31cm,按所选角钢进行验算:
=249.4cm=62.67
x 3.98cm
∵b2
t=8<0.48loyb2=14.96
æ
1.09b4ö
249.4æ
1.09´
804ö
l t
lyz=lyç
1+ 2÷
÷
=
1+ ÷
=80.76<
22
oy ø
3.31è
24942´
102ø
jy=0.683。
N= 470350N
=174.70Nmm2
jA 0.683´
3942mm2
(4)腹杆He
最大拉力:
21.46kN
最大压力:
97.75kN
按最大压力进行计算,设计计算值为97.75kN。
由于节点板的嵌固作用,桁架平面内的计算长度取0.8lox=0.8´
329.5cm=263.6cm,节点板在桁架平面外的刚度很小,故桁架平面外的计算长度仍取节间距离,即loy=l=329.5cm。
设l=60,查表得j=0.807
97750N
=563.4mm2
ix=0.8´
lox
l=0.8´
329.5cm60=4.39cm,ix=loxl=329.5cm60=5.49cm,选用等肢角钢,
2∟70´
4,A=1114mm2,ix=1.96cm,iy=2.94cm,按所选角钢进行验算:
=263.6cm=120.9
x 2.18cm
<[l]=150
∵bt=15.75<0.58loy
b=0.58´
329563=30.3
l=l
0.475b4ö
329.5æ
0.475´
704ö
yz yç
l2t2
÷
=2.94ç
1+32952´
42÷
=119.4<
oy ø
è
ø
截面x和界面y都为b类截面,由于lyz>lx,只需要求jx。
jx=0.433。
s=N=
97750
=202.6
jxA 0.433´
1114 <215Nmm
2
由于腹杆压力大于拉力,故可不比验算拉应力。
(5)腹杆Bb
腹杆拉力设计值为 N=357.85kN
f
357850N
=1664.4mm2
选用2∟80´
6组成梯形截面,A=1879mm2,ix=2.47cm,iy=3.65cm,按所选截面进行验算:
平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为0.8lox=205.5cm,
loy=256.9cm,
=205.5cm=83.2
l=lox
=256.9cm=70.4
x 2.47cm
<[l]=350, ix
3.65cm
<[l]=350
A=1879mm2>1664.4mm2
(6)竖杆Ie
竖杆拉力设计值:
N=144.39kN
144390N
=671.6mm2
选用2∟50´
4组成十字形截面,A=779mm2,ix=1.54cm,iy=2.43cm,按所选截面进行验算:
平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为0.8lox=246.5cm,loy=308.1cm,
=246.5cm=160.1
=308.1cm=126.8
x 1.54cm
2.43cm
A=779mm2>671.6mm2
其他腹杆:
竖杆Aa、Cb、Ec、Gd选用2∟50´
4组成的十字形截面,腹杆Db选用2∟140´
10短肢相并,腹杆Dc、Fd、Hd选用2∟70´
4组成的梯形截面,腹杆Fc选用2∟80´
6组成的梯形截面。
经验算,所选截面都能满足要求。
各杆件的截面的选择见附表2
(1)下弦节点“b”
六、节点设计
52.89
357.85
280.26
235.31
605.59
有E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值
fw=160Nmm2
。
设
“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm,则所需的焊缝长度为:
肢背:
'
0.7N=
l
ef
=
w 2hfw
0.7´
357850N
=139.8mm
2´
8mm´
160Nmm2
,加
2hf后取16cm
肢尖:
'
0.3N=
0.3´
6mm´
=79.9mm
,加2h
f后取10cm
设“Db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=8mm和6mm,所需的焊缝长度为:
=0.75N=
0.75´
280260N
=117.2mm
2hf后取14cm
=0.25N=
0.25´
=52.1mm
f后取7cm
“Cb”杆的内力很小,只需要按构造确定焊缝,取hf
=6mm。
根据上面求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板的尺寸为310mm´
400mm。
下弦与节点板的连接的焊缝长度为400mm,hf=6mm。
焊缝所受的左右两下
弦杆的内力差为DN=605.39kN-235.31kN=370.08kN,肢背的力最大,取肢背进行计算,则肢背处的焊缝应力为:
t= 0.75´
370080N
=85.2Nmm2
f 2´
6mm´
(400-12)焊缝强度满足要求。
<160Nmm2
(2)上弦节点B
“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。
“Ba”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为hf
为:
=10mm和8mm,所需的焊缝长度
=0.65N=
10mm´
0.65´
470350N
=136.5mm
f后取16cm
0.35´
=91.9mm
f后取11cm
考虑焊缝长度,同时为了在上弦搁置屋面板,节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm,选择节点板尺寸为295mm´
480mm。
用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。
验算上弦杆的焊缝:
忽略桁架上弦坡度的影响,假定集中荷载F与上弦杆垂直。
上弦肢背承受集中荷载,肢尖承受左右弦杆的内力差。
1 1
hf
槽焊缝的计算焊角尺寸为
= 节点板厚度= ´
10=5mm2 2
h'
,f=8mm
ë
K N-N
(
1 2
)
û
+
F ö
2´
1.22÷
(0.75´
462420N)2+æ
52890ö
由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm,
h'
l'
= 2´
5´
(480-10)
fw
=105.6Nmm2<
0.8fw=0.8´
160Nmm2=128Nmm2
é
K N-N ù
+
(0.25´
上弦肢尖角焊缝的剪应力为:
8´
(480-16)
=22.6Nmm2<
0.8fw=160Nmm2
故焊缝强度满足要求。
(3)下弦节点“c”
设“Dc”杆的肢背和肢尖焊缝hf=6mm和6mm,则所需的焊缝长度为:
186230N
=97.0mm
=41.6mm
f后取6cm
设“Fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=6mm和6mm,所需的焊缝长度为:
15
120380N
=62.7mm
f后取8cm
=26.9mm
,由于焊缝计算长
度不得小于8hf和40mm,肢尖焊缝长度取6cm。
=6mm。
节点板取265mm´
315mm,取hf=6mm,下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm,
焊缝受左右弦杆的内力差为DN=759.5kN-605.59kN=153.91kN,受力较大
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