钢结构课程设计任务书--30m跨梯形钢桁架.docx

钢结构课程设计一、设计资料（一）、课程设计题目30m跨梯形钢桁架（二八设计资料1、某单层轻型工业厂房，平面尺寸30mX90m,采用钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20o屋面板采用L5X6米预应力钢筋混凝土大型屋面板；16Omm膨胀珍珠岩保温层；卷材屋面（三毡四油），屋面坡度i=l10,0钢材采用Q235B（设计强度为215MPa）,C（含碳量）0.2%,硫、磷含量及格，满足六项保证。焊条采用E4303（设计强度为160MPa）,手工焊，焊缝质量达到一级标准。螺栓采用Q235B,M20,孔径为21.5mm。支座锚栓用Q235B,M24,孔径为25mm。屋架计算跨度为：0=/-2×150=3（XXX）3（X）=297（X）三?屋架端部高度为：Ho=O07L=2100mm（在L和1.825m1018范围内）；屋架跨中高度为：H=o+.×i5=3600mm;屋架跨中起拱为：V=%oo=60mm桁架形式及几何尺寸如下图1所示。桁架支撑布置如下图2所示。 一 一 O«1661661CQG61661CO&LG2出LG2LQgL6，LG2L02葭G612G62G6，2L6iLGlL62L&LBL62LG2L62L612661661661GSI(£1L4Lfi4像睁l£4CCIlf3taLSS域下¾MOICCI-031CCI木/10-1-0IVlVIM*1-1EClXGE2K»CK4<X£C2LQE)an<X.辆t支锻一2«W：SC-上弦支弹XC-下强支*CC垂直支并GG-WMfiLG三02桁蚊*梓二、荷载标准值及荷载计算2.1荷载标准值永久荷载（沿屋面分布）：预应力混凝土大型屋面板膨胀珍珠0.160x15=2.4（如V/m2卷材屋面（三毡四油）找平层（20mm0.0220=0.40W/加.4GkNInr岩保温层OAOkNZm2水泥砂浆）：桁架和支撑自重经验公式P=O.12+0.0Ilx跨度可变荷载:屋面活荷载（按水平面投影）050kN / 而积灰荷载2.2荷载计算永久荷载（沿屋面分布）:预应力 混凝土 大型屋1.40×1.35 = 1.89)WVm2膨 胀 珍 珠2.40×1.35 = 3.24foV/An2卷 材 屋 面 (0.40× 1.35 = 0.54foV/An2找 平 层 (20mm岩 保 温三 毡 四 油水 泥砂浆板层)0.40×1.35=0.54fcV/w2桁架和支撑自重(0.12÷0.011×30)×1.35=0.6075AN/m2共：6.S115kNm2可变荷载：屋面活荷载(按水平面投影)0.50l.4=0.7(RN/机2积灰荷载2.50x1.4=3.5OfaV/机2共：4.20kNm22.3设计桁架应考虑以下三种组合：2.3.1使用阶段荷载情况1、全跨永久荷载+全跨可变荷载F=(6.8175+4.20)×l.5×6=99.16fcV/2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=6.8175×L5×6=61.36半跨节点可变荷载：F?=4.20x1.5x6=37.80出2.3.2施工阶段荷载情况全跨桁架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨可变荷载全跨桁架及支撑自重：F3=(0.12÷0.011×30)×1.2×1.5×6=4.86V半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=(1.4×1.2+0.50×1.4)×1.5×6=21.422V三、内力计算桁架在上述三种荷载组合作用下的计算简图见下图3o由力学求解器解得F=I的桁架各杆件的内力系数（F=I作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1。表1桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=I)第一种组合F义第二种组合第三种组合计算杆件内力(kN)全跨左半右半6X+F2XKX+F?义KX+KX尸3乂+乙X口弦:AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC、CD-10.76-8.09-3.27-1066.96-966.04-783.84-225.58-122.34-1066.96DE、EF-17.40-12.53-5.96-1725.38-1541.30-1292.95-352.96-212.23-1725.38FG、GH-20.67-14.05-8.10-2049.64-1799.40-1574.49-401.41-273.96-2049.64HI-21.51-13.47-9.85-2132.93-1829.02-1692.18-393.07-315.53-2132.93IJ、JK-21.96-13.92-9.85-2177.55-1873.64-1719.80-404.89-317.71-2177.55下弦ab5.734.391.65568.19517.53413.96121.8863.19568.19be14.5010.694.671437.821293.801066.25299.45170.51437.82cd19.2913.537.051912.801695.071450.12383.56244.761912.80de21.2413.928.972106.161829.461642.35401.39295.362106.16ef20.4411.2511.252026.831679.451679.45340.31340.312026.83斜腹杆aB-11.09-8.49-3.18-1099.68-1001.40-800.69-235.75-122.01-1099.68Bb8.936.572.89885.50796.29657.19184.13105.3885.50bD-7.45-5.18-2.78-738.74-652.94-562.22-147.16-95.75-738.74Dc5.523.502.47547.36471.01432.07101.8079.73547.36cF-4.24-2.28-2.41-420.44-346.35-351.26-69.44-72.23-420.44Fd2.740.972.16271.70204.79249.7734.0959.58271.70dH-1.580.15-2.12-156.67-91.28-177.08-4.47-53.09-156.67He0.38-1.201.9237.68-22.0495.89-23.8642.9795.89eg1.503.35-2.27148.74218.676.2379.05-41.33218.67g2.204.06-2.27218.15288.4649.1997.66-37.93288.46gi0.630.630.0062.4762.4738.6616.563.0662.47竖杆Aa-0.50-0.500.00-49.58-49.58-30.68-13.14-2.43-49.58Cb、Ec-1.00-1.000.00-99.16-99.16-61.36-26.28-4.86-99.16Gd-1.00-1.000.00-99.16-99.16-61.36-26.28-4.86-99.16Ie-1.50-1.500.00-148.74-148.74-92.04-39.42-7.29-148.74Jg-1.00-1.000.00-99.16-99.16-61.36-26.28-4.86-99.16Kf0.000.000.000.000.000.000.000.000.00注：F=99.16kN；F1=61.36kN;F2=37.80kN;F3=4.86kN;F4=21.42kN四、杆件设计4.1上弦杆整个上弦杆采用等截面，按最大设计内力的IJ、JK杆设计,根据表2,有N=-2177.55kN0上弦杆计算长度：在桁架平面内：为节间轴线长度，即：（w=o=15O8m%在桁架平面外：根据支撑布置和内力变化情况，取loy=3×1508=4524三根据屋架平面处上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如下图4所示。R4上弦痂腹杆最大内力N=T099.68kN,查表得，节点板厚度选用16mm,支座节点板厚度用ISmrno设入=60,双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类,查Q235钢的稳定系数表，可得0=0.807。根据稳定性公式，需要的截面面积为:N2177550SUuC2A=12550加"f0.807x215需要回转半径为:i4L=空§=25.13加*604=受丝=75407?)60根据需要Am3查角钢规格表，选用2L200X125X18。该截面特性如下:A=Ill(X)m2,ix-34.9mm,iy=97Amm按所选角钢进行验算如下:翳62一十黑"5满足长细比刃=150截面在X和y平面皆属于b类截面，由于入y入X,只需要求6。查表得%=0872工=217755。=214.97WyA0.872x11100所需截面合适。4.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的de杆计算，根据表2,有N=2106.16kNo又有：Iox=3000mm,oy29700= 14850机机所需截面积为:J="生2=9796版f215选用 2L200× 125X16,因L 心，故用不等肢角钢,短肢相并（下图5）。yH16VH5 TSO2L200×125×16该截面特性如下:A=9940mm2,ix-35.2mm,iy=97.0wm按所选角钢进行验算如下:4十翳m”导翳mo9满足长细比刃=350由于是拉杆，选择截面时已满足强度要求，故不必再验算强度。4.3端斜杆aB杆件轴力N=TO9968kN,计算长度LX=Ioy=2658mm0因为b二心，故采用不等肢角钢，长肢相并,使i1=i,0选用2L160×100X16（如下图6）o三6WUB该截面特性如下：A=7860mm2,ix=27.7mm,L=41.6mm公=2=95.96X=£=63.89Xi27.7)zv41.6yy=0786,因y>x9只求y°N1099680、=178.0(Wmm<215kNmmA0.786×7860所需截面合适。4.4腹杆eg-gk此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：Mk=288.46左N,另一段Neg=21867kN；最大压力：NCg=-41.33加，另一段S=-37.93他；再分析桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距:x=2343w"在桁架平面外的计算长度10、.按式（075+0.25当计算:NN3793v=Z1(0.75+0.25%)=4686×(0.75+0.25X)=4590mm1 .33选用2L70×8,(如下图7)oy-16XX2L70X8y图7eggk截面该截面特性如下：A=2134mm2,r=23mm,i=34.6m?/2343I45902 =-=三=110.00x=4=132.66XL21.3)Zv34.6yy=0365,因>4,只求y4133000A 0.365×2134=53.06/V/mm2<25kNmm2拉应力：=-=28846°=135.17N/mm?<215Nmm2A2134所需截面合适。45竖杆Ie杆件轴力N=-148.74kNIQX=0.8/=0.8X3297=2638wnlov=I=3297mm内力较小，按"=150选择，需要的回转半径为:,型= 17.6 如* 150二q=Jk=3297=2198_）150查钢型表，选截面的、和i,较上述计算的要略大些。选用2L63×8（下图8）oX2L63X8生生= 138.8419.0“广篝396图8IU截面该截面特性如下:zy =31.StnmA=1902mm2,ix=19.Qmm,因4>4，只求（p,x=0-350N 148740 0.350×1902= 213.43Wmm2 <215kW所需截面合适。其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于表2中。表2杆件截面选择表杆件计算内力截面截面面计算长度(cm)回转半径长细比容许长稳定系数应力。名称编号(kN)规格积（Cnr）loxIoyixi)y细比Xy(N/mm2)上弦IJ、JK-2177.55200111.00150.80452.403.499.7443.2146.451500.872214.97下弦de2106.1618099.40300.001485.003.529.7085.23153.09350194.55腹杆aB-1005.0916078.60265.80265.802.774.1695.9663.891500.786-162.69Bb885.5010059.26212.64265.802.984.8071.3655.383500.743201.11bD-738.7410052.26235.92294.903.004.7578.6462.081500.703-201.08Dc547.3610045.60235.92294.903.034.7177.8662.613500.702170.99cF-420.4410038.52257.12321.403.054.6784.3068.821500.66-165.38Fd271.7090×27.88257.12321.402.764.2493.1675.803500.6162.42dH-156.6775×20.32278.80348.502.303.63121.2296.011500.431-178.89gi62.4770×16.32169.52211.902.153.4178.8562.143500.69555.08Aa-49.5856×10.84168.00210.001.722.8597.6773.681500.57-80.24Cb-99.1656×10.84191.04238.801.722.85111.0783.791500.487-187.84Ec-99.1656×10.84215.28269.101.722.85125.1694.421500.41-213.11Gd-99.1656×16.74239.52299.401.682.91142.57102.891500.335-176.82Jg-99.1656×16.74131.84164.801.682.9178.4856.631500.696-85.11Ie-148.7463×19.02263.76329.701.903.18138.8482.961500.35213.43Kf0.0063×12.29288.00360.002.452.45117.55146.942000.3180.00He95.8963×819.02278.80348.501.903.18146.74109.591500.319158.04-23.86eg218.6770×821.34234.30467.502.133.46110.00135.121500.365135.17-41.33gk288.4670×821.34234.30467.502.133.46110.00135.121500.36553.06-37.93五、节点设计5.1下弦节点“b”上图9为下弦节点“b”的设计简图。E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值图9下弦节点wbf=60Nmm2设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝2mm和Iomm,则所需的焊缝长度为肢背OJN _ 0.7x885500- 2/zJ” 2x0.7x12x160=230.6mm取 24cmhN,.03N0.3x885500llor股大m.=11S.6rnm,W2hef'2×0.7×10×160取13cm设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝分别为12mm和IOmm,所需的焊缝长度为日土北.07N0,7×738740版目1,=192.4mm,m2h2×0.7×12×160取20cmg-h,03N03×738740CQC股大m.=98.9根加W2×0.7×10×160,取Ilcm“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hz=6mmo根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的问隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为440×510mmo下弦与节点板连接的焊缝长度为51CnIj尸8mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差2V=1295.07-537-758.07kNmm2,受力较大的肢背处的肢背处的焊缝应力为:=137.577mm2 < GONhnm20.75×7580702x0.7x6x(510-18)焊缝强度满足要求。5. 2上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算,=1005.09kN肢背hf = 14Un0.65x10050902×0.7×14×160=208.33mm取 21cm肢尖 hf = 12mm035×10050902×0.7×12×160=130.87mm取 15cm为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背12mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来（如上图10）o槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应该乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上弦坡度的影响,而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内力的应力/二Lx节点板厚度=LXl6=8如9hf=Mmmj22上弦杆与节点板间焊缝长度为555mioJK(NLN2)2÷(-)2J(0.75961230)2+()2V2x1.22V2×L222×0.7h2×0.7×8×(555-16)=119.612Wmm2<0.8/；,=USNZmm2上弦肢尖角焊缝的剪应力为C2(V1-V2)2+(-4-)2J(0.25x961230)2+逑黑)2V2×1.222×1.222×0.7h,2×0.7×12×(555-24)Jm-27.32TVmm2<160Nmm2焊缝强度满足要求。5.3屋脊节点“K”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除（如下图11）,且截去垂直的一部分宽度（一般为t+与+5）。an明HMrK设焊缝hr=14则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）21775504×0.7×14×160=347.19mm拼接角钢的长度取740mm>2×347.19+28=722.38mm上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝h,=i4三,节点板的长度为60Cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为1“*-1-2.8=26.2mm（见图11）,焊缝应力为0.15N2×¼×L= 63.6iyVmm20.15×2177550-2×0.7×14×262136.92N/加0.15XNeX6_0.15x2177550x94x62×he×2×0.7×14×2622JG»+隽）2呼3而+（管） 129. 00 NZmm2 <160 NZmm2因桁架的跨度较大，需要将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊健，而右半边的上弦。斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。5.4支座节点“a”为了施工方便，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距理取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为18mm。B12IifA-a-1、支座底板的计算支座反力R=991600N支座底板的平面尺寸采用330×450mm,如果紧考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为330X284=93720W。验算柱顶混凝土的抗压强度R991600ncoxzz2，C2=9.58Nmm<f=9.6Nlmm-An93720C式中的人一一混凝土强度设计值，对C20混凝土，=9.6Nlmnro底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻支承而另外两相邻自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为M=a底板下的平均应力一两支承边之间的对角线长度系数，又心表格得出，A为两支承边的相交点到对角线片的垂直距离（如上图12）o又相似三角形的关系，得133×156h "、i(1332 +1562)=l.2bnmbl _ 101.21* - 205= 0.49查表得P*0058M=阳欣=0.058X6.20×2052=15112.19Nnn底板厚度:=20.54z%m取 I = 22fnm6M_6xl5112.19VT=V-2152、加劲肋与节点板的连接焊缱计算:加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似（如下图13)S13加劲腑算简图偏于安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的四分之一，即R 9916007 -4-=24790(W则焊缝内力为剪力：V=2479(XW弯矩：M=2479(X)×75=185925(XWmm设焊缝与=6如，焊缝计算长度=505J2-20=473ca,则焊缝应力为=62.92NW 16ON?247900Y(18592500Vl2×.7×6×473j+l2×0.7×6×4732×1.22;节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算:设焊缝传递全部支座反力R=991600N其中每块加劲肋各传;R=247900N节点板传递t=495800N节点板与底板的连接焊缝长度,=2x(330-=636W2,所需焊脚尺寸：=5.7 mmR/2_4958007lw×f×.220.7×636×160×1.22取hf=6nvn每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为:v=(133-20-12)×2=202/nm所需焊缝尺寸:hf>R/40.7×202×160×1.22参考文献：1、房屋建筑制图统一标准(GB/T50001-2001)2、建筑结构制图标准(GB/T50105-2001)3、建筑结构荷载规范(GB50009-2001)4、钢结构设计规范(GBJ17-88)5、钢结构工程施工质量验收规范(GB502052001)6、建筑钢结构焊接规程(JGJ8191)7、涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级(GB8923)