钢结构课程设计21m跨径简支梯形钢屋架设计.doc

钢结构课程设计 21m跨径简支梯形钢屋架设计一、设计资料说明： 厂房跨径为21m，长度为108m，柱距为12m，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度为i=1/10采用热轧H型钢，雪载荷为。钢材采用Q235B,焊条采用E43型二、屋架形式及几何尺寸平面图：三、支撑布置：四、荷载计算 1、永久载荷计算： 压型钢板 檩条 屋架支撑自重 2、活动载荷计算 雪载 总载荷： 五、杆件内力计算及组合： 通过用有限元软件PATRAN计算后列出了单元的受力大小，利用的是Rod单元，计算结果如下表所示：内力计算表位置杆件编号轴线长度(mm)荷载内力（KN）上弦杆B21100C2111-185D2110-185E2111-235F2110-235下弦杆L1950114M2100222N2100228斜杆O2910-163P3013101H3327-60I3327200K366212.8竖杆A1950-13G2370-26J2790-26六、杆件截面选择及验算：1、 上弦杆截面选择： 上弦杆采用相同截面，以最大的压力设计； 在屋架平面内的计算长度为，在平面外的计算长度为。面积和特性（长支水平角钢组成T型截面节点板根据最大应力选用板厚8mm）： （上述选用两个不等支角钢，长支水平。）大型屋面与上悬杆焊牢，起纵横向水平支撑作用，上悬杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述数值。2、 下悬杆截面选择： 下悬杆也是采用相同截面，以最大轴力来选择：轴力为：；选用270×45×5； ； 3、支座竖杆截面选择:计算长度：选用256×5，则； 4、支座斜杆截面选择；计算长度：选取2100×63×6； 5、斜杆P截面选择: 杆轴力： 计算长度： 采用两个等角钢256×5组成T形截面。 截面集合特性： 6、竖杆G截面选择:N=-26KN； 计算长度：; 选用256×5组成T形截面；7、 斜杆H的设计： 杆轴力： 计算长度： 采用两个等角钢组成T形截面。 截面集合特性：截面验算：8、斜杆i的设计N=200KN；计算长度：；选取256×5；（不超过5%）；9、 竖杆j的设计 N=-26KN；计算长度：； 选用256×5则；验算：10、 斜杆K的计算；计算长度：；选取275×5，； 七、节点设计：各节点的节点板厚度一律取8mm，各杆件的内力如下图所示。1、 下弦节点h的设计：首先，计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝，已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值： 设杆P的肢背和肢尖焊缝分别为和 ，则所需焊缝长度为：肢背：取80mm肢尖：取110mm设计G的肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为：肢尖：肢背：设计H的肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为：肢尖：肢背：根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留有间隙，按比例绘出节点大样图如下，从而确定节点板尺寸为。焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差 222-114=108KN，受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度应满足要求。 2、支座节点h的设计： 为了便于施焊，下弦焊与支座底板的距离取190，在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，如图： （1）支座底板计算支座反力： 支座底板的平面尺寸取用 ，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：。 底板的厚度按屋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。每块板是两相邻边位固定支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为： 系数由查表确定,b1为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离，由相似三角形的关系得：,查表确定：,M=5523N/mm底板厚度： 取20mm （2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的四分之一，即： 焊缝受剪力 , 弯矩 :设焊缝 .焊缝应力: (3)节点板与底板的连接焊缝计算:设焊缝传递全部支座反力，其中，每块加劲肋各传 节点板传节点板与底板的连接焊缝，所需焊脚尺寸为： 采用每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：所需焊脚尺寸为: 采用 （4）下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆: 肢尖：肢背：支座斜杆：肢尖：肢背：支座竖杆：肢尖：肢背：根据节点板尺寸所确定的寒风长度均大于所需焊缝长度，全部焊缝满焊。 3、上弦节点b设计：为了便于在上弦搁置屋面面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊作为两条焊缝计算，这时，强度设计值应乘以0.8折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，且假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝的，节点板的长度为325mm，其应力为：上弦肢尖角焊缝的应力为： 腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算，可不必再计算，节点板尺寸就是根据腹杆焊缝长度按比例绘制确定。上弦为了便于搁置屋面板，在角钢两肢间设置肋板。4、上弦节点a,c设计： 这两个上弦节点的弦杆内力或弦杆内力差值均等于零，仅承受节点载荷，故均可采用构造焊缝而不必计算，腹杆焊缝已在下弦节点中计算过，节点构造如图： 5、上弦节点d的设计：屋脊节点构造与下弦跨中节点类似，用同号角钢拼接。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算，采用。 上弦与节点板之间的塞焊，假定承受节点载荷，可不验算。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，节点板长度为 150+150=300mm： 六、垫板计算 屋架各杆件的垫板间距，在受压杆件中不大于40i，在受拉杆件中不大于80i，T形截面中的i为一个角钢对平行于垫板自身重心轴的回转半径，在十字形截面中为一个角钢的最小回转半径。计算结果如下（表 ）。杆件轴线长度（mm）回转半径（cm）垫板数量垫板规格（mm）编号上弦杆B21103.171100*60*8C21113.171100*60*8D21103.171100*60*8E21113.171100*60*8F21103.171100*60*8下弦杆L19502.88180*60*8M21002.89180*60*8N21002.88180*60*8斜杆O29101.792120*60*8P30311.53280*60*8H33272.32280*60*8I33271.53380*60*8K36621.94380*60*8竖杆A19501.94280*60*8G23701.53380*60*8J27901.53380*60*8所有垫板焊缝仅为，满焊。各杆件内力计算表杆件计算内力（KN）截面规格截面面积（）计算长度（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数应力名称编号上弦F-2132L100×80×621.272114225.404.6162.865.41500.7780.842-100.14下弦N227.52L70×45×511.222102102.233.4990.1760.171500.5710.349202.76斜杆O-1632L10063619.232912913.212.5690.65113.671500.6140.470-84.76P1012L56510.84241301.31.722.61140.1115.415093.17H-602L75514.81266332.72.333.3697102.41500.5750.542-40.51I2002L56510.84266332.71.722.61154.6127.5150184.50K12.82L90827.88293366.22.333.36125.8108.91500.49竖杆A-132L56510.841951951.722.61113.474.71500.4750.72-11.99G-262L56510.841892371.722.61110.290.81500.4930.614-23.98J-262L56510.842232791.722.61129.6106.91500.3870.551-23.98