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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 B 2110 0 C 2111 -185 D 2110 -185 E 2111 -235 F 2110 -235 下弦杆 L 1950 114 M 2100 222 N 2100 228 斜杆 O 2910 -163 P 3013 101 H 3327 -60 I 3327 200 K 3662 12.8 竖杆 A 1950 -13 G 2370 -26 J 2790 -26
六、杆件截面选择及验算:
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。
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2∟70×45×5;
;;
计算长度:
选用2∟56×5,
则;
4、支座斜杆截面选择
;
计算长度:
选取2∟100×63×6;
;∟56×5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2∟56×5组成T形截面;
;
;
8、斜杆i的设计
N=200KN;
计算长度:;
选取2∟56×5;
;
;
∟56×5则
∟75×5,
;
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:
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