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钢结构屋架设计

时间:2020-04-08 19:23

  钢结构屋架设计 设计要求 1.课程设计计算书一份,计算书须用钢笔书写, 插图应用铅笔按1:1-1:5比例绘制,做到眉目清 晰,文图配合。 装订顺序:封面?目录?设计任务书?计算书 2.绘制厂房钢屋架的施工图,用铅笔绘制A1图纸。 设计的节点应尺寸齐备,满足构造要求。 3.屋架跨度、保温层及积灰荷载取值见附表所示。 请将自己的取值填入设计任务书中。 钢结构课程设计 一、题目 某厂房总长度120m,跨度____,纵向柱距6m。 二、设计内容 1.作屋盖结构及支撑的布置图; 2.选择钢材及焊接材料,并明确提出对保证项目的要求; 3.对钢屋架进行内力计算、确定杆件截面尺寸;计算书给出一个 下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点 等的详细设计过程及设计图。 4.绘制运送单元的施工图,用铅笔绘制白纸图。设计的节点应尺 寸齐备,满足构造要求。 三、设计资料 1. 结构形式:钢筋混凝土柱,梯形钢屋架。柱的混凝土强度等 级为C30,屋面坡度i=L/10;L为屋架跨度,屋面结构采用 1.5×6.0m预应力混凝土屋板(考虑屋面板起系杆作用);地区 计算温度高于-200C,无侵蚀性介质,地震设防烈度为8度,屋架 下弦标高为18m;厂房内桥式吊车为2台150/30t(中级工作制)。 2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数 (节点荷载P=1.0作用下杆件的内力)如附图所示。亚博竞彩官网,屋架采用的 钢材、焊条为:学号为单号的同学用Q235钢,焊条为E43型;双 号的同学用Q345钢,焊条为E50型。 3.荷载: ①屋架及支撑自重:按经验公式g=0.12+0.011L,L为屋架跨度, 以m为单位,g为屋架及支撑自重,以KN/m2为单位; ②屋面活荷载:屋面活荷载标准值为0.5KN/m2,雪荷载的基本雪 压标准值____KN/m2,积灰荷载标准值____KN/m2。 ③屋面各构造层的荷载标准值: 改性沥青(上铺绿豆砂)防水层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层 ____KN/m2 一毡二油隔气层 0.05KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45KN/m2 四、设计步骤及方法 1.屋架形式及几何尺寸 设计任务书已给出屋架的型式及几何尺寸,如下图所示: 25 3 5 1990 2290 2 23590 e 8 59 a 3 5 0 1 5 0 1 2.支撑布置 c 根据厂房长度、屋架跨度、荷载情况,设置上、下弦横向水 1 5 0 0 ×8 = 1 2 0 0 0 平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆,绘制屋架支撑布置图。 2890 129 1 0 8 1 5 8 0 81 5 5 0 1 0 8 1 5 8 0 5 F G 9 1 5 0 1 D C B A 28 59 311 9 26 08 g 钢结构单层厂房的组成 (a)无檩屋盖 大型屋面板 垂直支撑 上弦横向支撑 天窗架 屋架 柱间支撑 优点:屋盖横向刚度大, 整体性好, 构造简单,耐久 缺点:屋面自重较大, 抗震不利 (b)有檩屋盖 上弦横向支撑 柱间支撑 屋架 柱间支撑 檩条 拉条 檩条 垂直支撑 优点:构件自重轻, 用料省, 运输安装轻便 缺点:构件较多, 构造较复杂, 吊装次数较多 屋盖支撑类型 平面屋架在屋架平面外的刚 度和稳定性很差,不能承受水平 荷载。因此,为使屋架结构有足 够的空间刚度和稳定性,必须在 屋架间设置支撑系统。 上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑 组成 纵向水平支撑 垂直支撑 系杆 1.上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端 的第一柱间或第二柱间,其最大间距为60m,否则在中间应增设一 道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间,但在第一个柱间要 设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。 2.下弦横向水平支撑 当屋架间距 12m 时,尚应在屋架下弦设置横向水平支撑,一 般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定体系的基 本组成部分。但当屋架跨度比较小(18m)又无吊车或其他振动 设备时,可不设下弦横向水平支撑。 3.纵向水平支撑 当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时,设有支承中 间屋架的托架,或设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等 屋架间距12m时,通常布置在屋架下弦平面。 屋架间距≥12m时,宜布置在屋架的上弦平面内。 较大振动设备时,均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。 上弦纵向水平支撑 下弦纵向水平支撑 4.垂直支撑 无论有檩屋盖或无檩屋盖,通常均应设置垂直支撑。屋架 的垂直支撑应与上、下弦横向水平支撑设置同一柱间。 垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆 ( 或斜杆 ) 间平面内 设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下,当梯形屋架跨度 l≤30m时在两端和跨度中央共设三道。 当l>30m时在两端 以及跨度 l/3处或天窗 架侧柱处共设四道。 l /3 l /3 l /3 5.系杆 在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。在屋 架上弦平面内,对无檩体系屋盖应在屋脊处和屋架端部处设置系 杆;对有檩体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。 系杆能保证无横向水平支撑的所有屋架在上弦杆平面外的稳 定和安装时屋架的稳定。 3.荷载和内力计算 (1)荷载 作用在屋架上的荷载有永久荷载、可变荷载、施工荷载。 永久荷载:屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管 道等的自重。 可变荷载:风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷 载等。可由荷载规范和吊车规格查得。雪荷载和积灰荷载的计算应 考虑其在屋面上的不均匀分布情况。积灰荷载与雪荷载或屋面均布 活荷载两者中的较大者同时考虑。 施工荷载:考虑在施工中采取临时性措施。 根据任务书确定永久荷载标准值和可变荷载标准值。 (2)荷载组合 设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合: ① 全跨永久荷载+全跨可变荷载:即全跨永久荷载+全跨屋面活 载或雪荷载(取较大值)+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。 ② 全跨永久荷载+半跨可变荷载:即全跨永久荷载+半跨屋面活 载(或半跨雪荷载)+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。 ③ 采用大型混凝土屋面板的屋架,尚应考虑安装时可能的半跨 荷载: 全跨屋架、支撑和天窗自重 + 半跨屋面板重 + 半跨屋面活 荷载。 荷载组合: 可变荷载效应控制的组合: ? 0 (? G? GK ? ? Q1? Q1K ? ? ? Qi? ci? QiK ) ? f i ?2 n 永久荷载效应控制的组合: ? 0 (? G? GK ? ? ? Qi? ci? QiK ) ? f i ?1 n 活荷载 积灰荷载 ? 0[1.2? GK ? 1.4? Q1K ? 1.4 ? 0.9? Q2K )] ? f 积灰荷载 活荷载 ? 0 (1.2? GK ?1.4? Q2K ?1.4 ? 0.7? Q1K ) ? f 活荷载 积灰荷载 ? 0[1.35? GK ?1.4(0.7? Q1K ? 0.9? Q2K )] ? f 全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载 ? 0 (1.2? GK ? 1.2? Q1K ? 1.4? Q2 K ) ? f 半跨屋面板重 半跨屋面活荷载 (3)内力计算 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 0 1 . 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 -5 .4 4 -2 .4 6 -1.0 -0.5 -8 -1.0 .8 7 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 + 4 . 7 3 + 1 1 . 5 3 + 1 4 . 6 5 a c -1.0 .600 . 2 5 0 0 6 . 0 0 0.1 4 1. 0 0.71 .+01. 55 +0. 9 7 1.3 4 . 0 9 - 9 . 0 1 . 01 1 . 0 0 . 0 51 . H IH G G F E 7 3 8 . 3 8 7 . A B C D 6 7 . 0 9 . 1 9 - e g 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 + 0 .0 0 . 5 C A B . 7 2 8 0 0 0 0 . 1 . 0 1 . 0 E D 3 . 5 3 1 2 + 1 5 . 1 7 G F 6 . 2 1 5 - H 1 . 7 4 1 -1 .0 8 + 3 .7 1 + 1 .1 + 6 .8 0 8 + 1.9 -2.4 -0.4 -1.5 + 4. 4.杆件截面设计 在截面设计时应对所有杆件进行设计,包括: (1)上弦 (2)下弦 (3)斜腹杆 (4)竖杆 设计步骤: (1)确定杆件的计算长度,即l0x和l0y; (2)假定柱的长细比 =50~100 loy N l ox A? i ? ; i ? x y ?? f ? ? ? (3)由已知截面面积A、两个主轴的回转半径 参照钢结构书附表,选择截面形式; i x 、i y , (4)按照选择的截面形式,验算刚度、强度及稳定性。 N ?f 当截面有削弱时: ? ? An 整体稳定验算: ? ? N ? f ?A 1.杆件的计算长度 (1)在桁架平面内(P180) A. 弦杆、支座斜杆、支座竖杆:本身线刚度大,但 两端节点嵌固程度较低,视为两端铰接杆件。 lox = l B.中间腹杆:考虑到节点处受到拉杆的牵制作用 , 视为弹性嵌固。lox= 0.8l (2)在桁架平面外 A.上弦:一般取上弦横向水平支撑的节间长度。 B. 下弦:取纵向水平支撑点与系杆或系杆与系杆间 的距离。 C.腹杆:所有腹杆均取loy= l 2.杆件的截面形式 桁架杆件截面型式应根据用料经济、连接构造简单和具有必 要的强度、刚度等要求确定。一般桁架中全部或多数杆件为轴心 受力杆件,应尽量使杆件在桁架平面内和平面外的长细比相接近, 这样刚度和稳定好而钢材省。等稳定原则.即可使两方向的长细比 接近相等。 基本上采用由两个角钢组成的 T形截面或十字形截面形式的 杆件,也可用 H 型钢剖开而成的 T 形钢代替双角钢组成的 T 形截面。 受力较小的次要杆件可采用单角钢。 截面选择 等稳定 A B C D E F G H I J g f a b c d e ?上弦杆: 宜采用不等边角钢短肢相 并或等边角钢相连的截面; 上弦杆采用双不等肢角钢短边相并的T形截面,宽 大的翼缘有利放置檩条或屋面板;较大的侧向刚度也有利 于运输和吊装的稳定要求。 垫板 ?下弦杆: 通常采用不等边角钢短肢相连的截面,或TW型截面以满足长 细比要求。提高侧向刚度,利于满足运输、吊装的刚度要求,且 便于与支撑侧面连接。下弦杆截面主要由强度条件决定,尚应满 容许长细比要求。 ?支座斜杆: 端斜腹杆可采用两不等肢角钢长边相并的T形截面, 其计算长度loy=lox=l;iy / ix=1.0。当杆件短.或内力小时 可采用双等肢角钢T形截面。 ?其他一般腹杆: 宜采用等边角钢相并的截面; ?中竖杆: 连接垂直支撑的竖腹杆宜采用两 个等边角钢组成的十字形截面; 受力很小的腹杆(如再分杆等次 要杆件),可采用单角钢截面。 ?双角钢杆件的填板: 由双角钢组成的T形或十字形截面 杆件按实腹式杆件进行计算,必须每 隔一定距离在两个角钢间加设填板。 填板的宽度一般取 50 ~ 80mm; 填板的长度:对 T形截面应比角钢肢 伸出 10 ~ 20mm,对十字形截面则从 角钢肢尖缩进 10 ~ 15mm。填板的厚 度与桁架节点板相同。 填板的间距对压杆l1≤40i1,拉杆l1≤80 i1;在T形截面中,i1为一 个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径;在十字形截面中,填 板应沿两个方向交错放置,i1为一个角钢的最小回转半径,在压杆 的桁架平面外计算长度范围内,至少应设置两块填板。 3.杆件的截面形式 考虑扭转效应时,双角钢组合 T 型截面绕对称轴的稳定应取 计及扭转效应的换算长细比λyz代替λy,简化计算如下: (1)等边双角钢截面 当 b / t ? 0.58l0y / b 时: 当 b / t ? 0.58l0y / b 0.475b ?yz ? ?y (1 ? 2 2 ) l0yt 2 2 0y 4 时: l t b ?yz ? 3.9 (1 ? ) 4 t 18.6b (2)长肢相并的不等边双角钢截面 当 b2 / t ? 0.48l0y / b2 时: 1.09b ?yz ? ?y (1 ? 2 2 ) l0yt 当 4 2 b2 / t ? 0.48l0y / b2 时: 2 2 0y l t b2 ?yz ? 5.1 (1 ? ) 4 t 17.4b2 5.节点计算 (1)下弦节点c 腹杆与节点板的连接 焊缝按角钢角焊缝承 受轴心力方法计算。 节点板应伸出弦杆 10~15mm以便焊接。 计算 h f max , h f min 确定肢尖、肢背焊缝 h f 2 , h f 1 计算肢尖、肢 背焊缝的长度 肢尖焊缝: 肢背焊缝: lw 2 k2 N ? ? 2h f 2 w 2 ? 0.7hf 2 f f k1 N lw1 ? ? 2h f 1 w 2 ? 0.7hf 1 f f 下弦杆与节点板的 连接焊缝,应考虑 承受弦杆相邻节间 内力之差,按下式 计算: 式中: ?N ? N 2 ? N1 通常因ΔN很小,实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定,并 沿节点板全长满焊。节点板的平面尺寸,应根据杆件截面尺寸 和腹杆端部焊缝长度画出大样图来确定。 (2)上弦节点B 上弦杆与节点 板的连接焊缝, 承受Q 为便于大型屋面板或檩条的放置,常将节点板缩进上弦角钢 背,缩进距离不宜小于(0.5t+2)mm,也不宜大于节点板厚度t。 Q ? ? f f fw 2 ? 0.7h f 1lw 式中:Q —节点集中荷载垂直于屋面的分量; h f 1 ——焊脚尺寸,取hf 1 =0.5t; ? f ——正面角焊缝强度增大系数。一般因Q不大,按构造满焊 角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受 屋面集中荷载,按下式计算其强度: ? f ? 上弦杆角钢肢尖与节点板的连接 焊缝承受上弦杆相邻节间的内力差 ?N ? N 2 ? N1 计 算 时 应 考 虑 偏 心 弯 矩 M= ΔN· e(e为角钢肢尖至弦杆轴线距 离),按下列公式计算: 对?N: 对M : ?N ?f ? 2 ? 0.7 h f 2lw 6M ?f ? 2 2 ? 0.7 h f 2lw 验算式为: ?? f ? ?? ? f ? w ? ?? 2 ? f f f ? ? 2 式中 hf 2 ——肢尖焊缝的焊脚尺寸。 (3)屋脊节点I 屋架一般在工厂制成两半,工地拼接后再安装就位。工 厂制造时节点板和中央竖杆属于左半桁架,焊缝在车间施焊; 节点板与右方杆件的焊缝为工地施焊,称为安装焊缝。 为减轻节点板负担和保证整个屋架平面外的刚度,通常不利 用节点板作为拼接材料,而以拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢 宜采用与弦杆相同的截面,使弦杆在拼接处保持原有的强度和刚 度。 割棱切肢引起的截面削弱不宜超过原截面的15%,并由节点 板和填板补偿。 Δ=t+hf+5mm (4)下弦跨中节点i 下弦杆与节点 板的连接焊缝 hf 1 肢背焊缝: k1?N ≥ 2 ? 0.7l f w w f 式中 : ?N ? N2 ? N1 k2?N h f 2 ≥ 2 ? 0 .7 l f w 肢尖焊缝: w f 或?N ? Nmax ?15% 两者取较大值 (5)支座节点a 锚栓 20~24mm 锚栓直径的2~2.5倍 (1)支座底板的计算: 支座底板的毛面积应为: R A ? a ? b ? ? A0 fc 底板的厚度应按底板下柱顶反力(假定为均布分布)作用产生 的弯矩决定,底板经节点板及加劲肋分隔后成为两相邻边支撑的四 块板,其单位宽度的弯矩按下式计算,一般不宜小于16~20mm。 查表 t? 6M f M ? ? ?q?a 2 1 q ? R / ( A ? A0 ) (2)加劲肋的高度由节点板的尺寸决定,其厚度 取等于或略小于节点板的厚度。加劲肋可视为支承 于节点板上的悬壁梁,一个加劲肋通常假定传递支 座反力的1/4,它与节点板的连接焊缝承受剪力。 V ?R/4 ? V ? ? 2 ? 0.7 ? h ? l f w ? 2 M ?V ?b / 4 ? ? f fw ? ? ? 2 ? ? 6M ? ? ? ? ? 2 ? 0.7 ? h ? l 2 ? ? f w f ? ? (3)底板与节点板、加劲肋的连 接焊缝按承受全部支座反力计算。 ?f ? R ? ?f ? ffw 0.7 ? hf ? ? lw ? l w ? [2 a ? 2(b ? t ? 2 c ) ? 6] 钢桁架的节点绘图要求(P184) ①以桁架杆件的形心线为轴线并 在节点处相交于一点,肢背至轴线mm的倍数。 ②节点处,腹杆与弦杆或腹杆与腹杆之间焊缝的净距,不宜小 于10mm,或者杆件之间的空隙不小于15~20mm。 ③角钢端部的切割一般垂直于其轴线。有时允许切去一肢的部 分,但不允许将一个肢完全切去而另一肢伸出的斜切。 ④节点板的外形应简单而规则,至少宜有两边平行,如矩形、 平行四边形和直角梯形等。节点板边缘与杆件轴线°。 节点板的平面尺寸,一般应根据杆件截面尺寸和腹杆端部 焊缝长度画出大样图来确定。

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