跨度24m梯形钢屋架设计.docx
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跨度24m梯形钢屋架设计.docx
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跨度24m梯形钢屋架设计
跨度24m梯形钢屋架设计
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
24m钢结构开始设计
1、设计资料
1)某厂房跨度为24m,总长90m,柱距6m,屋架下弦标高为18m。
2)屋架铰支于钢筋混凝土柱顶,上45柱截面400×400,混凝土强度等级为C30。
3)屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。
(屋面板不考虑作为支撑用)。
4)该车间所属地区为北京市5)采用梯形钢屋架
考虑静载:
①预应力钢筋混凝土屋面板(包括嵌缝)、②二毡三油加绿豆沙、③找平层2cm厚、④支撑重量
考虑活载:
活载(雪荷载)积灰荷载6)钢材选用Q345钢,焊条为E50型。
2、屋架形式和几何尺寸
屋面材料为大型屋面板,故采用无檩体系平破梯形屋架。
屋面坡度i=(3040-1990)/__=1/10;
屋架计算跨度L0=__-300=__mm;
端部高度取H=1990mm,中部高度取H=3190mm(约1/7。
4)。
屋架几何尺寸如图1所示:
1拱50
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
图1:
24米跨屋架几何尺寸
3、支撑布置
由于房屋长度有90米,故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。
其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆,其中屋脊和两支座处为刚性系杆,其余三道为柔性系杆。
(如图2所示)
上弦平面支撑布置
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
垂直支撑布置
4、屋架节点荷载
屋面坡度较小,故对所有荷载均按水平投影面计算:
计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况
1)满载(全跨静荷载加全跨活荷载)节点荷载
①由可变荷载效应控制的组合计算:
取永久荷载γG=1.2,屋面活荷载γQ1=1.4,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9,则节点荷载设计值为F=(1.2×2.584+1.4×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×6=45.7992kN
②由永久荷载效应控制的组合计算:
取永久荷载γG=1.35,屋面活荷载γQ1=1.4、ψ1=0.7,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9,则节点荷载设计值为F=(1.35×2.584+1.4×0.7×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×60=46.593kN2)全跨静荷载和(左)半跨活荷
①由可变荷载效应控制的组合计算:
取永久荷载γG=1.2,屋面活荷载γQ1=1.4,
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9全垮节点永久荷载
F1=(1.2×2.584)×1.5×6=27.9072kN半垮节点可变荷载F2=(1.4×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×6=17.892kN
②由永久荷载效应控制的组合计算:
取永久荷载γG=1.35,屋面活荷载γQ1=1.4、ψ1=0.7,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9全垮节点永久荷载
F1=(1.35×2.55)×1.5×6=31.347kN半垮节点可变荷载
F2=(1.4×0.7×0.70+1.4×0.9×0.80)×1.5×6=31.347kN故应取P=46.23kN
3)全跨屋架和支撑自重、(左)半跨屋面板荷载、(左)半跨活荷载+集灰荷载①由可变荷载效应控制的组合计算:
取永久荷载γG=1.2,屋面活荷载γQ1=1.4,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9全跨屋架和支撑自重
F3=1.2×0.384×1.5×6=4.4172Kn半跨屋面板自重及半跨活荷载
F4=(1.2×1.4+0.7×1.4)×1.5×6=23.94kN
②由永久荷载效应控制的组合计算:
取永久荷载γG=1.35,屋面活荷载γQ1=1.4、ψ1=0.7,屋面集灰荷载γQ2=1.4,ψ2=0.9全跨屋架和支撑自重
F3=1.35×0.384×1.5×6=4.617kN半跨屋面板自重及半跨活荷载
F4=(1.35×1.4+1.4×0.7×0.7)×1.5×6=23.184kN
5p屋架杆件内力计算
见附表1
6p选择杆件截面
按腹杆最大内力Nab=-413.28KN,查表7.6,选中间节点板厚度为8mm,支座节点板厚度10mm。
1)上弦杆
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
整个上弦杆采用等截面,按最大内力NFH=-711.01KN计算在屋架平面内:
为节间轴线长度,即lox=l。
=150.8cm,loy=301.6cm
=0.659Areq=N/f=__/(0.659×310×100)=34.803cm2假定=xreq=lox/=150.8/70=2.54cm
iyreq=loy/=301.6/70=5.08cm由附表9选2
125×80×10,短肢相并,如下图所示,
A=2×19.71=39.42cm2、ix=2.26cm、iy=6.04cm
截面验算:
x=lox/ix=150.8/2.26=66.7[]=150(满足)y=loy/iy=301.6/6.04=49.9[]=150(满足)
双角钢T形截面绕对称轴(y轴)应按弯扭屈曲计算长细比yzb1/t=12.5/1.0=12.50.56loy/b1=0.56×301.6/12.5=13.51,则:
2
14(1+301.62×0.82/52.7×12.54)=54.1t2/52.7b12)=3.7×yz=3.7*b1/t(1+loy
〈x
故由max=x=66.7查附表1.2得=0.686
由N/A=711.01×1000/(0.686×39.42×100)=262.93N/mm2f(满足)故上弦杆采用2
125×80×10截面形式
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
2)下弦杆
整个下弦杆采用等截面,按最大内力Ngi=706.82KN计算
lox=300cmloy=2370/2=1185cm,Anreq=N/f=706.82×1000/(310×100)=22.80cm2
由附表9选
2
125×80×7短肢相并
A=2×14.1=28.2cm2,ix=2.3cm,iy=5.97cm103/(28.2×102)=250.65N/mm2f(满足)=N/An=706.82×
x=lox/ix=300/2.3=130.43[]=350(满足)
y=loy/iy=1185/5.97=198.49[]=350(满足)
故下弦杆采用
2
125×80×7短肢相并
3)腹杆①、aB杆
NaB=-413.28KN,loy=lox=l=253.5cm选用
2
110×70×8长肢相并
查附表9得:
A=2×13.94=27.88cm2,ix=3.51cm,iy=2.85cm
x=lox/ix=253.5/3.51=72.2[]=150(满足)
y=loy/iy=253.5/2.85=88.9[]=150(满足)
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
因为b2/t=7/0.8=8.750.48loy/b2=0.48*253.5/7=17.38
22
按式yz=y[1+(1.09b42)/(loyt)]
=88.9×[1+1.09×74/(253.52×0.82)]=94
yzx,由yz查附表1.2得x=0.472
则N/A413.28×1000/(0.472*27.88*100)=314.058N/mm2f(满足)故Ab杆采用
2
110×70×8长肢相并
②、Bc杆
NBc=320.56KN,lox=0.8L=0.8*260.8=208.6cm,loy=L=260.8cm选用
2
75×8
A=2×11.5=23cm2,ix=2.28cm,iy=3.42cm
x=lox/ix=208.6/2.28=91.51[]=350(满足)
y=loy/iy=260.8/3.42=76.26[]=350(满足)
1000/(23×100)=139.37N/mm2f(满足)=N/An=320.56×
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
③、cD杆
NBc=-253.47KN,lox=0.8L=0.8×285.9=228.72cm,loy=L=285.9cm选用
2
75×8
A=2×11.5=23cm2,ix=2.28cm,iy=3.42cm
x=lox/ix=228.72/2.28=100.32[]=150(满足)
y=loy/iy=285.9/3.42=83.60[]=150(满足)
因为b/t=75/8=9.3750.58loy/b=0.58×285.9/7.5=22.11,则
2
(1+0.475×7.54/285.92×0.82)=86t2)=83.6×yz=y(1+0.475b4/loy
由于xyz,则由x查附表1.2得=0.430
1000/(0.411*23×100)=268.14N/mm2f(满足
)=N/An=253.47×
④、De杆
NDe=172.39KN,lox=0.8L=0.8*285.9=228.72cm,loy=L=285.9cm
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
选用
256*5
A=2×5.42=10.84cm2,ix=1.72cm,iy=2.62cm
x=lox/ix=228.7/1.72=132.98[]=350(满足)
y=loy/iy=285.9/2.62=109.12[]=350(满足)
1000/(10.84×100)=159.03N/mm2f(满足
)=N/An=172.39×
⑤
、eF杆
-114.62
NeF按压杆进行计算:
5.1
lox=0.8L=0.8×312.9=250.3cm,loy=L=312.9cm选用2
75×8
A=2×11.5=23cm2,ix=2.28cm,iy=3.42cm
x=lox/ix=250.3/2.28=109.79[]=150(满足)
y=loy/iy=312.9/3.42=91.49[]=150(满足)
因为b/t=75/8=9.3750.58loy/b=0.58×285.9/7.5=22.11,则
2
(1+0.475×7.54/312.92×0.82)=93.68t2)=91.49×yz=y(1+0.475b4/loy
由于xyz,则由x查附表1.2得=0.375
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
103/(0.375×23×102)=132.89N/mm2f(满足)=N/An=114.62×
103/(23×102)=2.22N/mm2f(满足
)=N/An=5.1×
⑥、
Fg杆
+58.58KN按压杆进行计算:
NFglox=0.8L=0.8×311.9=249.5cm,loy=L=311.9cm
选用2
56×5
A=2×5.42=10.84cm2,ix=1.72cm,iy=2.62cm
x=lox/ix=249.5/1.72=145.1[]=150(满足)
y=loy/iy=311.9/2.62=119.05[]=150(满足)
因为b/t=5.6/0.5=11.20.58loy/b=0.58×311.9/5.6=32.3,则
2
(1+0.475×5.64/311.92×0.52)=121.34t2)=119.05×yz=y(1+0.475b4/loy
由于由于xyz,则由x查附表1.2得=0.235
1000/(10.84×100)=54.04N/mm2f(满足)拉=N/An=58.58×
‘
1000/(0.235*10.84×100)=20.84N/mm2f(满足)压=N/An=5.31×
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
⑦、
gH杆
按压杆进行计算:
NgHlox=0.8L=0.8×339.6=271.7cm,loy=L=339.6cm
-35.38KN
选用2
63×5
A=2×6.14=12.28cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
x=lox/ix=271.7/1.94=140.1[]=150(满足)
y=loy/iy=339.6/2.89=117.51[]=150(满足)
因为b/t=6.3/0.5=12.60.58loy/b=0.58×339.6/6.3=31.26,则
2
(1+0.475×6.34/339.62×0.52)=120.56t2)=117.51×yz=y(1+0.475b4/loy
由于由于xyz,则由x查附表1.2得=0.250
1000/(12.28×100)=29.34N/mm2f(满足)拉=N/An=36.03×
‘
1000/(0.25×12.28×100)=115.24N/mm2f(满足)压=N/An=35.38×
由于NgH上的力都不大,选用的2
63×5可以满足力的要求
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
⑧、
Hi杆
按压杆进行计算:
NFglox=0.8L=0.8×337=269.6cm,loy=L=337cm
27.24KN
选用2
63×5
A=2×6.14=12.28cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
x=lox/ix=269.6/1.94=138.97[]=150(满足)
y=loy/iy=337/2.89=116.61[]=150(满足)
因为b/t=6.3/0.5=12.60.58loy/b=0.58×337/6.3=31.03,则
2
(1+0.475×6.34/3372×0.52)=119.68t2)=116.61×yz=y(1+0.475b4/loy
由于由于xyz,则由x查附表1.2得=0.253
1000/(12.28×100)=22.18N/mm2f(满足)拉=N/An=27.24×
‘
1000/(0.253*12.28×100)=243.04N/mm2f(满足)压=N/An=71.51×
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
4)竖杆①、Aa杆
NAa=-23.3KN,lox=loy=L=200.5cm选用
2
63×5
A=2×6.14=12.28cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
x=lox/ix=200.5/1.94=103.35[]=150(满足)
y=loy/iy=200.5/2.89=69.38[]=150(满足)
因为b/t=6.3/0.5=12.60.58loy/b=0.58×200.5/6.3=18.46,则
2
(1+0.475×6.34/200.52×0.52)=74.55t2)=69.38×yz=y(1+0.475b4/loy
由于由于xyz,则由x查附表1.2得=0.411,则:
103/(0.411×12.28×102)=46.17N/mm2f(满足
)=N/An=23.3×
②Cc.Ee.Gg
NCc=NEe=NGg=-46.59KN
内力大小相同,选用长细比较大的竖杆Gg进行设计,可保证其他竖杆的安
全。
则:
lox=0.8L=0.8×289=231.2cm,loy=L=289cm选用
2
63×5
A=2×6.14=12.28cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
x=lox/ix=231.2/1.94=119.18[]=150(满足)
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
y=loy/iy=289/2.89=100[]=150(满足)
因为b/t=6.3/0.5=12.60.58loy/b=0.58×289/6.3=26.61,则
2
(1+0.475×6.34/2892×0.52)=103.58t2)=100×yz=y(1+0.475b4/loy
由于由于xyz,则由x查附表1.2得=0.328,则:
103/(0.328×12.28×102)=115.67N/mm2f(满足
)=N/An=46.59×
③Ii杆
NIi=136.52KN,L0=0.9L=0.9×319=287.1cm选用
2
63×5如图所示十字相连,查附表8得:
A=12.28cm2,xo=2.45
xo=L0/i=287.1/2.45=117.2[]=350(满足)
x0
103/(12.28×102)=111.17N/mm2f(满足)=N/An=136.52×
7、节点设计
在确定节点板的形状和尺寸时,需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。
先
算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。
其计算公式为:
角钢肢背所需焊缝长度l1:
l1
K1N
w
20.7hf1ffK2N
20.7hf2ffw
角钢肢尖所需焊缝长度l2:
l2
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
如腹杆aB,设计杆力N=-413.28kN,设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf1=8mm,hf2=6mm。
因aB杆系不等边,角钢与长肢相连,故K1=0.65,K2=0.35。
则:
l1=(0.65×413.28×103)/(2×0.7×8×200)=119.9mm取l1=130mm
3
l2=(0.35×413.28×10)/(2×0.7×6×200)=86.09,取l2=100mm
其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表。
未列入表中的腹杆均因杆力很小,可按构造取肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf1=6mm,hf2=5mm,l1=l2=8hf+10≈60mm
腹杆焊缝尺寸:
l2①、下弦节点“c”(见附图)
先计算腹板与节点板的连接焊缝:
B-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm,hf2=6mm,则所需焊缝长度:
肢背:
Lw1=0.7__/(2×0.7×8×200)=100.175mm用120mm肢尖:
Lw2=0.3__/(2×0.7×6×200)=57.243mm用100mm腹杆D-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取:
hf1=8mm,lw1取90mmhf2=6mm,lw2取60mmC-c杆因内力很小,焊缝尺寸可按构造确定为5mm。
其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝,内力差ΔN=537.22-220.38=316.84KN。
由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸,量得实际节点板长度为305cm,肢背及肢尖焊脚尺寸均取为8mm,则计算长度l=305-16=289cm。
肢背焊缝应力为:
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
附图下弦“c”节点
②、上弦“B”节点(见附图)
同样先计算腹杆B-a、B-c的杆端焊缝,方法同上。
“Bc”杆的与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。
“Ba”杆的肢背和肢尖焊缝
hf8mm和hf6mm
'
肢背:
lw
0.65N0.7__
119.9mm,取130mmw
2heff20.782022年.35N0.3__
86.09mm,取100mmw
2heff20.76200
“
肢尖:
lw
上弦肢背的槽焊缝内的应力由下面计算得到:
h'f8mm,h"f6mm上弦与节点板间焊缝长度为350mm
fw
159.4MPa0.8ffw160MPafw
36.4MPaffw200MPa
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
都满足要求。
附图上弦“B”节点
③、屋脊节点(见附图)
上弦与节点板的连接焊缝,角钢肢背采用塞焊缝,并假定仅受屋面板传来的集中荷载,一般可不作验算。
角钢肢尖焊缝应取上弦内力N的15%进行计算,即N0.15N0.15685.38102.807kN其产生的偏心弯矩为MNe102.80710006061N68m4。
m2节点板尺寸如下图所示:
设肢尖焊角尺寸hf26mm,则焊缝的计算长度lw2200265183mm验算肢尖焊缝强度:
126.90N/mm2ffw200N/mm2
拼接角钢采用与上弦相同截面,热弯成形。
拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受的内力计算。
设角焊缝焊脚尺寸hft28mm。
则接头一侧需要的焊缝计算长度为:
N685.38103lw153mmw
40.7hfff40.78200拼接角钢的总长度为:
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
1
l2lw2hfa21532810280364
10
取l400mm
拼接角钢竖肢需切去的高度为:
thf5108523mm取25mm,即竖肢余留高度为55mm。
④、支座节点(见附图)
根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝,节点板采用38010440。
为便于施焊,取底板上表面至下弦轴线的距离为160mm。
且在支座中线处设加劲肋9010,高度与节点板相同也为440mm。
①底板计算
支座反力R7F746.593326.151kN
根据构造需要,取底板尺寸为280mm380mm。
锚栓采用2M24,并用图示U形缺口。
柱采用的C30混凝土fcc14N/mm2。
作用于底板的压应力为:
R326.151103
p6.07N/mm2fcc14N/mm2(满足)
An192280
底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支承板,故应计算底板单位宽度上的最大弯矩:
b179.20.466查表得0.0546a1169.8
Mpa120.05466.07169.829555.6Nmm/mm
需要的底板厚度:
t②加劲肋计算
13.9mm取t20mm
跨度24米长度90米体形钢结构屋架
设hf6mm,取焊缝最大计算长度lw60hf606360mm425mm
V
R326.151
mm81.54kN,MVe81.5452.54280.85kN
44
33.18N/mm2ffw160N/mm2
③加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算
hfmin1.56.7mm,取8mm。
l
w
2a2b1t2c12hf2280219210215128768mm
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- 跨度 24 梯形 屋架 设计