普通钢屋架专业课程设计样本.doc
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1、普通钢屋架专业课程设计 目 录一、 主要设计参数1二、 钢材和焊条的选用1三、 屋架形式、尺寸及支撑布局1四、 载荷和内力计算2五、 杆件截面选择4六、 节点设计9七、 焊接工艺12八、 检验及质量标准14九、 参考文献15一 、设计资料 某车间跨度30m,长度90m,柱距6m,车间设有30/5t 中级制桥式吊车,使用温度-29,*,10cm厚沥青珍珠岩保温层,卷材屋面,屋面坡度1/10,屋架制成在钢筋混凝土柱上,上截面400*400mm,混凝土型号C20。二、 钢材和焊条的选用根据设计资料参数、使用温度-29、连接方法及载荷性质(静载荷),屋架钢材应选用Q235,焊条应选E4303型,焊接方
2、法应选择手工焊。三、 屋架形势、尺寸及支撑布局1、由于屋面材料为预应力混凝土大型层面板,所以采用无檀层盖体系平缓坡度型钢屋架,屋架尺寸如下:屋面坡度: i=1/10 屋架计算跨度: L0=L2*150=300002*150=29700mm屋架端部高度取: H0=2000mm跨中高度: H=H0+L0/2*i=2000+29700/2*=34853490mm屋架高度比: H/L0=3490/297001/2、屋架示意图 3、梯形钢屋架支撑布置 四、载荷和内力计算 1、荷载计算 荷载名称标准值(KN/m2)设计值(KN/m2) 永久荷载预应力混凝土大型屋面板1.401.68三毡四油防水层 0.40
3、0.48找平层(厚20mm)0.400.48100mm厚沥青珍珠岩保温层0.300.36屋架及支撑自重0.450.54管道荷载0.100.12永久荷载总和3.053.66 可变荷载屋面活荷载3.050.98积灰荷载0.700.84可变荷载总和0.601.82 设计屋架应考虑以下三种组合:(1)全跨节点永久荷载+全跨可变荷载。全跨界点永久荷载及全跨可变荷载为 F=(+)6=(2)全跨节点永久荷载+半跨节点可变荷载 全跨节点永久荷载:F1=6= 半跨节点可变荷载:F2=6= (3)全跨节点屋架(包括支撑)+半跨节点屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架自重:F3=6= 半跨节点屋面板自重及活荷载
4、:F4=(+)6= 上述计算中,(1)、(2)为使用阶段荷载情况,(3)为施工阶段荷载情况。2、内力计算 由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数(F=1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,并表示出最大内力。 计算结果如下表所示: 五、杆件截面选择 (1) 上弦杆 整个上弦采用等截面,按IJ,JK杆件的最大内力设计,即 N= 上弦杆计算长度计算如下: 在屋架平面内,为节间轴线长度,即 lox=l0=在屋架平面外:本屋架为无檩体系,并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用,根据支撑布置和内力变化情况,取lo y为支撑点间的距离,即 loy=3=根据屋架平面外上弦杆的
5、计算长度,上线截面选用两个不等肢角钢,短肢相并,如下图所示 腹杆最大内力N=,查材料表可得,中间节点板厚度选用12mm,支座节点板厚度选用14mm。设=60,查教材附录得=。(有双角钢组成的T形和十字形界面均属于b类)需要截面积:A=N/*f=(215)=需要的回转半径: ix=lox/=根据所需要的A、查角钢规格表,选用218011012, ix=,iy=,A= 按所选角钢进行验算: x=lox/ix=1508/=150 y=loy/iy=4524/=150满足长细比:=150的要求。截面x和y平面截属于b类,由于,查表得=则 N/A=()=215MPa经验算所选截面合适。(2) 下弦杆整个
6、下弦采用同一截面,按最大内力所在杆de杆计算,则 N= lox=3000m, loy=29700/2=14850mm(因跨中有通长系杆),需要截面面积: A=N/f=10909584/215=选用不等肢角钢218011012(短肢相并),见图所示, A = , ix = cm , iy = 下弦截面按所选角钢进行截面验算, x=lox/ix=300/=350 y=loy/iy=1485/=350所选截面满足要求。(3) 端斜杆aB杆件轴力N = , 计算长度l0x = l0y = 2534mm.因为l0x = l0y,故采用不等肢角钢,长肢相并,使ix iy 选用21409010,见下图所示,
7、A = cm2 , ix = , iy = 斜杆截面按所选角钢进行验算: x=lox/ix=150 y=loy/iy=x,只需求y= N/A=()=215MPa所选截面合适。(4) 腹杆eg-gk此杆在g点处不断开,采用通长杆件;最大拉力:Ngk=, Neg=最大压力:Neg=, Ngk=在分式桁架中的斜腹杆,在桁架平面内的计算长度取节点中心间距:l0x =2301mm在桁架平面外的计算长度可求得: loy=l1(+)=(+)=选用2635,由教材附录可得:A= , ix = , iy = 角钢验算 x=lox/ix=150 y=loy/iy=x,只求y=则N/A=()=215MPa拉应力为:
8、N/A=137817/=215MPa所选截面合适。 (5) 竖杆Ie N =-79160N, lox= loy=l=由于杆件内力较小,按=150选择,需要的回转半径为: ix=lox/= ly=loy/=查表,选截面ix和iy较上述计算略大,选用2635得截面几何特性:A = , ix = , iy = x=lox/ix=150 y=loy/iy=y,只求x=则 N/xA=()=215MPa所选截面合适 在此,其他各杆件的截面选择计算过程不再一一列出,现将计算结果列于下表杆件杆内力kN计算长度cm截面形式及角钢规格截面积(c)回转半径长细比容许长细比稳定系数(N/m)loxloyix(cm)
9、iy(cm)xy 上弦 -1264.45150.8452.4短肢相并L1801101267.423.108.7648.6551.641500.847196.30下弦1090.963001485.0短肢相并L1801101267.423.108.7696.77169.91350161.82 腹杆以及竖杆 Aa-30.60199199L63512.2861.943.04102.665.51500.53841.04aB-559.2888253.4253.4长肢相并L140901044.5224.473.7456.7167.781500.764164.43Ba434.51208.6260.8L1006
10、23.8643.104.5167.2957.83350182.08 Cb-49.32183.2229.0L5059.6061.532.53119.790.51500.439116.95bD-372.37229.5287L100727.5923.094.5374.363.31500.724186.40 Dc265.83228.7285.8L70616.322.153.33106.3785.83350162.89Ec-49.32207.2259.0L5059.6061.532.53135.4102.41500.363141.44cF-208.62250.8312.6L90621.2742.794.
11、1389.8975.691500.621138.40 Fd129.22249.5311.8L5059.6061.532.53167123.3350134.52 Gd-49.32231.2289.0L5059.6061.532.53151.1114.21500.304168.89dH-84.47271.6 339.5L70616.322.153.33151.1101.951500.304170.26He46.67-28.52270.8 338.4L63512.2861.943.04139.59111.321500.34766.90Ie-70.20255.2 319.1L63512.2861.94
12、3.04131.5104.91500.381149.97eg106.09-47.15230.1453.73L63512.2861.943.04118.6149.251500.31123.80gk137.82-45.04230.1453.73L63512.2861.943.04118.6149.251500.31118.26 Kf0.9864314.1314.1十字形L63512.2862.452.45128.2128.22000gI24.9858165.9207.4L5059.6061.532.53108.782.235026.01Jg-42.741127.6158.9L5059.6061.5
13、32.5383.4631500.66566.91 六、节点设计 (1)下弦节点“b” 各杆件的内里由内力表可以查得。设计步骤:根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸hf和lw,然后根据lw大小比例绘出节点板的形状和尺寸,最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。采用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值. 设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝分别采用hf1=8mm,hf2=6mm,则所需的焊缝长度为:肢背lw1=(2hf1*ffw)+2hf1= *(2*8*160)= 故取190mm肢尖:lw2=(2*hf2*ffw)+2hf2=*(2*6*160)= 故取110mm设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝
14、分别为9mm和7mm,则所需的焊缝长度为:肢背: lw1=(2*hf1*ffw)+2hf1= *372366/(2*8*160)+16= 故取180mm肢尖: lw2=(2*hf2*ffw)+2hf2=*372366/(2*6*160)+12= 故取100mm“Cb”杆的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取hf=5mm。根据上面求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有间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360445mm。(满焊),hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力: N=Nbc-Nab=,受力较大的肢背处的焊缝应力为: f=*6*4(445-12)=160MP
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