27米梯形钢屋架钢课程设计

土木工程专业钢结构课程设计1－、设计资料梯形钢屋架长度为72m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/㎡，雪荷载标准值为0.3kN/㎡，积灰荷载标准值为0.6kN/㎡。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235级，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27米轴线处的端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。图1屋架形式及几何尺寸土木工程专业钢结构课程设计2屋架支撑布置见图2所示。符号说明：GWJ-（钢屋架）；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）图2屋架支撑布置图土木工程专业钢结构课程设计3三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12×6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10kN/㎡总计3.387kN/㎡可变荷载标准值雪荷载0.3kN/㎡积灰荷载0.60kN/㎡总计0.90kN/㎡永久荷载设计值1.35×3.387=4.572kN/㎡（由可变荷载控制）可变荷载设计值1.4×0.9=1.26kN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(4.572+1.26)×1.5×6=52.488kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载1P=4.572×1.5×6=41.148kN2P=1.26×1.5×6=11.34kN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载3P=0.417×1.2×1.5×6=4.5kN4P=(1.4×1.35+0.7)×1.5×6=23.31kN3.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。土木工程专业钢结构课程设计4注：表内负责表示压力；正值表示拉力图3屋架接点图四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-585.77KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1057.11KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度Oxl=150.8cm屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取土木工程专业钢结构课程设计5上弦横向水平支撑的节间长度：Oyl=4500cm因为3Oxl≈Oyl，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4图4上弦截面设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807需要截面积*A=fN.=31057.11100.807215=60932mm需要回转半径*xi=601508oxl=2.51cm*yi=450060oxl=7.50cm根据需要的*A、*xi、*yi查角钢型钢表，初选2L16010014，A=69402mm，xi=2.80cm，yi=7.86m。按所选角钢进行验算x=xoxil=828150..=52.9＜[λ]=150y=yoyil=4507.86=57＜[λ]=150由于xy，只需求出miny，查轴心受力稳定系数表，x＝0.82331057.11100.8236940xNA=185N/2mm215N/2mm所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1106.45kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Oxl=4500mm土木工程专业钢结构课程设计6屋架平面外根据支撑布置取Oyl=13350mm计算需要净截面面积*A=31106.4510215Nf=5146.32mm选用2L1409014（短肢相并），见图5。图5下弦截面A=69402mm，xi=2.51cm，yi=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取AAn（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响）31106.45106100nNA=181.4N/2mm215N/2mmx=xoxil512450.=179.3[]=250y=9361335.ilyoy192.6[]=350所选截面满足要求。3.端斜杆Ba已知N＝-585.77kN，Oxl＝Oyl＝253.9cm因为Oxl＝Oyl，故采用等肢角钢，使xi＝yi选用角钢2L10012,见图6土木工程专业钢结构课程设计7图6端斜杆BaA＝45602mm，xi＝3.03cm，yi＝4.64cm截面刚度和稳定验算x=0339253..ilxox=83.8[]=150y=6449253..ilyoy=54.7[]=150由于1092535805803832110/..b/l.../t/boy=14.73557219253104750175447501224224.)...(.)tlb.(oyyyzxmin0.66243585.77100.66244560xNA193.9N/2mm215N/2mm所选截面满足要求。填板放两块，a=84.6cm＜40xi=40×3.03=121.2cm4.斜杆Bb已知N=470.29kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Oxl=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm屋架平面外根据支撑布置取Oyl=2622mm选用2L1006，见图7。图7斜杆BbA=23862mm，xi=3.10cm，yi=4.44cm。土木工程专业钢结构课程设计83470.29102368NA=198.6N/2mm215N/2mmx=xoxil10376209..=67.7[]=350y=4442262..ilyoy59.1[]=350所选截面满足要求。填板放两块，a=87.4cm＜80xi=80×3.10=248cm5.再分腹杆c1G1N1cN=-239.35kN，2N1GN=-197.35kN，1=4174mm计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Oxl=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm屋架平面外根据支撑布置取Oyl=1（0.75+0.2521NN）=4174（0.75+0.25620899252..）=4396mm选用2L1006，见图8。图8再分腹杆c1G图9中竖杆JeA=23862mm，xi=3.10cm，yi=4.44cm。x=xoxil10396166..=53.9[]=350y=4446439..ilyoy99[]=350由于1064395805807166010/..b/l.../t/boy=25.5810560643910475019947501224224.)...()tlb.(oyyyz土木工程专业钢结构课程设计9yzmin0.51823239.35100.51282386yzNA195.6N/2mm215N/2mm所选截面满足要求填板放两块，a=109.9cm＜40xi=40×3.10=124cm6.中竖杆Je已知N＝0，ll9.00＝0.9335＝301.5cm中间竖杆选用2L756的角钢，并采用十字形截面，见图9A=17.62cm,4520.ixcm,91253010..ilxoox=103.6[]=150所选截面满足要求填板放五块，a=60.3cm＜400xi=40×2.45=98cm其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2土木工程专业钢结构课程设计10杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（2cm）回转半径（cm）max[λ]min计算应力（N/2mm）xl0yl0xiyi上弦杆-1057.11150.8300短肢相并2L160*100*1469.42.807.8653.91500.8384-192下弦杆1106.454501335短肢相并2L140*90*14612.516.93179.3350/191.7Aa-26.24201.5201.5T型截面2L50*517.61.532.53131.71500.3795-41.5Ba-585.77253.9253.9T型截面2L100*1245.63.034.6483.81500.6624-205Bb470.29209.76262.2T型截面2L100*623.863.104.4467.7350/208.3Cb-52.49184230T型截面2L50*59.61.532.53120.31500.6624-136.1Db-390.51229.84287.3T型截面2L100*1245.63.034.4675.91500.7146-125.7Dc287.63229.84287.3T型截面2L75*617.62.313.5399.5350/172.7Ec-78.73208260T型截面2L75*617.62.313.5397.71500.5701-82.9E138.32151.2189T型截面2L50*59.61.532.5398.8350/42.21F1-52.49104130T型截面2L50*59.61.532.53681500.763-75.7c1-239.35166.96439.6T型截面2L100*623.863.104.44105.81500.5182-204.6G1-197.35Gd1.72261.2326.5T型截面2L75*617.62.313.53113150/1.34-126.222500.475-165.7Hd0.00244305T型截面2L75*617.62.313.531051500.5230.00H20.00162.8203.5T型截面2L50*59.61.532.53106.41500.5140.00I20.00137.25152.5T型截面2L50*59.61.532.5379.71500.6880.00J2-d2150.38179.92449.8T型截面2L75*617.62.313.53129.6350/93.5-2.111500.688-4.2Je0.00301.5301.5十字型截面2L75*617.6mini=2.91mini=2.91103.6150/0.00土木工程专业钢结构课程设计11五、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值2/160mmNfwf各杆件内力由表2查得，最小焊缝长度不应小于fh81.下弦节点b见图10图10下弦节点b（1）斜杆Bb与节点的连接焊缝计算：N=470.29kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为：肢背：16067.021029.470323wl+12=245.3mm，取wl＝270mm肢尖：16057.021029.470313`wl+10=150mm，取`wl＝170mm（2）