钢结构设计Word文件下载.docx
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永久荷载、屋面活荷载、左(或右)墙面风荷载、吊车左(或右)刹车力、吊车靠近左(或右)时的竖向荷载;
然后列表进行排架柱的内力组合。
组合情况考虑以下六种:
永久荷载+1.4×
墙面风荷载;
吊车竖向荷载;
永久荷载+0.9×
1.4×
(屋面活荷载,雪荷载)max+0.9×
墙面风荷载+0.9×
吊车竖向荷载+0.9×
吊车水平荷载。
4、地质情况:
经勘测,地表土为人工填土,1.2m厚,不宜作为天然地基土,建议全部挖除;
其下为粘土,地基承载力特征值
,压缩模量
,适宜作为地基持力层。
场地地下水静止水位埋深为10.5米,可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。
最大冻土深度可按0.5m考虑。
5、主要构件材料
①钢筋:
纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋;
②混凝土:
C20~C30;
③钢材:
Q235-B或Q345-B。
6、钢屋架形式为梯形钢屋架,吊车吨位为10t,牛腿柱顶标高为4.5m
结构布置
二、钢屋架计算
1、屋面坡度为1/12。
2、屋架布置及几何尺寸
屋架几何尺寸图
屋架计算跨度2400-300=23700
屋架端部高度H=23125mm
3、荷载计算
(1)恒荷载
屋面恒荷载0.25kN/m2屋架及支撑自重0.35kN/m20.25+0.35=0.6kN/m2
(2)活荷载
因屋面活荷载0.5kN/m2>
雪荷载0.3kN/m2,取0.5kN/m2
永久荷载设计值:
1.35×
0.6+1.4×
0.7×
0.5=1.3kN/m2
可变荷载设计值:
0.5=1.42kN/m2
2、荷载组合
设计屋架时,考虑以下两种荷载组合:
全跨永久荷载+半跨可变荷载F1=0.6×
1.5×
6=6.48kN
F2=0.5×
6=6.3kN
三、内力计算
按力学求解器计算杆件内力,然后乘以实际的节点荷载,屋架要上述第一种荷载组合作用下,屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值,在第二和第三种荷载作用下,靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号,因此,在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算,而在半跨荷载作用下,仅需计算近跨中的斜腹杆内力,取其中不利内力(正、负最大值)作为屋架的依据。
具体计算见图屋架各杆内力组合见表。
全跨荷载布置图
全跨荷载内力图
左半跨荷载布置图
左半跨荷载内力图
内力计算表
杆件名称
内力系数
第一种组合
第二种组合
计算杆件内力
全跨
左半跨
右半跨
F×
(KN)
×
+
上
弦
杆
AB
BC
-8.32
-5.96
-2.36
-106.83
-91.89
-69.10
CD
-2,36
DE
-12.98
-8.76
-4.31
-166.66
-139.38
-111.78
EF
下
ab
4.5
3.31
1.18
57.78
50.25
36.76
bc
11.03
7.66
3.37
141.63
120.29
93.14
cd
14.08
8.98
5.10
180.78
148.50
123.94
de
14.64
8.14
6.50
187.98
146.83
136.45
斜
腹
aB
-8.75
-6.44
-2.31
-112.35
-97.93
-71.58
Bb
6.82
4.72
3.09
87.67
74.28
63.96
bD
-5.42
-3.40
-2.02
-69.59
-56.81
-48.07
Dc
3.72
1.92
1.80
47.76
36.37
35.61
cF
-2.50
-0.74
-1.75
-32.10
-20.96
-27.35
Fd
1.17
-0.40
1.58
15.02
5.08
17.62
dH
-0.04
1.50
-1.54
-0.51
9.23
-10.01
He
-1.02
-2.42
1.40
-13.10
-21.96
15.5
竖杆
Aa
-0.05
-0.50
-6.42
-3.26
Cd
-1.0
-12.84
-6.51
Gd
Ie
1.84
0.92
23.63
17.80
四、杆件截面设计
1、上弦杆截面计算
整个上弦杆采用同一截面,按最大内力计算N=-184.54N(压力),查表,节点板厚度选用8mm,支座节点板厚度选用10mm。
计算长度屋架平面内取节间轴线长度,lox=1505mm
屋架平面外,根据支撑和内力变化取,loy=6020mm
截面宜选用两个不等肢角钢,且短肢相并,如图
图1上弦截面
A=13.82cm2ix=1.67cmiy=6.69cm
λy=lox/ix=150.5/2.56=59<
λy=loy/iy=602.0/6.69=90<
b1/t=100/8=12.5<
0.56loy/b1=(0.56×
603.0)/10=33.8
可近似取λxz=λy,b类截面,查表φy=0.621
N/(φyA)=184.54×
103/(0.621×
4460)=66.63N/mm2<
ƒ=215N/mm2
所选截面合适。
2、下弦杆截面计算
整个杆件采用同一截面,按最大内力计算,Nmax=185.69kN(拉力)
计算长度屋架平面内取节间轴线长度
ly=600cm
屋架平面外根据支撑布置取loy=23.7/2=11.85m
试选用2∟80×
50×
8,见图2所示,
A=19.7cm2,ix=1.38cm,iy=4.02cm
按所选角钢进行截面验算:
λx=lox/ix=300/1.38=217<
[λ]=350
λy=loy/iy=1185/4.02=295<
[λ]=350
截面合适
下弦截面
3、斜杆截面计算
①斜杆AK和斜杆BM合并
N=-109.65kN(压力),l0x=2775,l0y=3067
计算所需净截面面积
选用2∟70×
6,图所示,A=16.32c㎡,ix=2.15cm,iy=3.19cm
斜杆截面
λx=lox/ix=262.4/2.15=129.069<
属于b类截面
λx=loy/iy=262.4/3.19=96,。
14<
满足长细比:
的要求。
b2/t=11.7<
0.58loy/b2=0.58×
262.4/7=21.7λyz=82.3×
(1+0.475b3/loy2t2)=86.1
查轴心受压构件的稳定系数表,φ=0.392
N/(φA)=109.65×
103/(0.392×
1632)=171.40N/mm2<
ƒ=215N/mm2
②斜杆KB和斜杆MC合并
N=87.93kN(压力),
l0x=0.8l=0.8×
3067=245.36cm,l0y=l=306.7cm
计算需要净截面面积
An=N/ƒ=87.93×
103/215=408.98mm2
选用2∟45×
5,见图所示,A=8.58c㎡,ix=1.37cm,iy=2.18cm
验算:
λx=lox/ix=245.36/1.37=179.9<
N/(φA)=87.93×
103/(0.493×
1632)=102.48N/mm2<
所选截面满足要求。
斜杆CD和斜杆QE合并
N=-35.40KN,ix=0.8l=2809,iy=3511采用2∟65×
6
斜杆Bbl0x=0.8l=0.8×
270.4=216.32cm,l0y=l=270.4cm
λx=lox/ix=216.32/1.72=126<
λx=loy/iy=270.4/2.62=103<
[λ]=350
斜杆Dcl0x=0.8l=0.8×
295.9=236.72cm,l0y=l=295.9cm
λx=lox/ix=236.72/1.72=138<
=loy/iy=295.9/2.62=113<
斜杆Fd验算略,均满足要求。
压杆cF采用2∟56×
5A=10.81cm2,ix=1.72cm,iy=2.62cm
N=-32.82kN(压力)l0x=0.8l=0.8×
322.0=257.6cm,l0y=l=322.0cm
λx=lox/ix=257.6/1.72=148<
[λ]=150
=loy/iy=322.0/2.62=123<
[λ]=150
b/t=11.2<
0.58×
2958/56=30.6λyz=113×
(1+0.475b4/loy2t2)=115
查表得φ=0.353
N/(φA)=31.95×
103/(0.353×
1081)=83.7N/mm2<
压杆dH和He采用2∟63×
5A=12.29cm2,ix=1.94cm,iy=2.89cm
压杆dH:
N=—9.96kN(压力)l0x=0.8l=0.8×
348.8=279.04cm,l0y=l=348.8cm
λx=lox/ix=279.04/1.94=144<
λx=loy/iy=348.8/2.89=121<
b/t=12.6<
3488/63=32λyz=121×
(1+0.475b3/loy2t2)=124
查表得φ=0.329
N/(φA)=9.96×
103/(0.329×
1229)=24.6N/mm2<
同理可得:
压杆He
54N/mm2<
竖杆采用2∟63×
(1)压杆Gd
N=—12.78kN(压力)l0x=0.8l=0.8×
300=240cm,l0y=l=300cm
λx=lox/ix=240/1.94=124<
λx=loy/iy=300/2.89=104<
3000/63=28λyz=104×
(1+0.475b3/loy2t2)=107
查表得φ=0.416
N/(φA)=12.78×
103/(0.416×
1229)=25N/mm2<
(2)Ie采用十字形
N=23.52KNl0x=0.9l=0.9×
330=297cm,l0y=l=330cm
λx=lox/ix=264/1.94=136<
λx=loy/iy=330/2.89=114<
3300/63=30λyz=114×
(1+0.475b3/loy2t2)=117
查表得φ=0.406
N/(φA)=23.52×
103/(0.406×
1229)=50.7N/mm2<
屋架杆件一览表
杆件。
杆内力
kN
计算长度
截面形式及
角钢规格
lox
loy
上弦
-184.54
3505
6020
┛┗短肢相并
2L140×
90×
10
下弦
185.69
3000
6000
2L80×
8
斜腹杆
-111.83
2624
┛┗长肢相并
2L70×
6
-69.27
2366
2958
┛┗
-87.16
2163
2704
2L56×
5
47.54
2367
2959
17.54
2577
3221
-31.95
2576
3220
-9.96
2790
3488
2L63×
-21.86
2791
3259
Ab
-12.68
1692
2115
cb
-12.78
1920
2400
Ec
2160
2700
23.52
2970
3300
十字形
五、节点设计
1.上弦K节点:
1)KB杆的内力N=109.65KN,采用两面侧焊焊缝计算,设肢背和肢尖焊缝hf=5mm,所需要的焊缝长度为:
肢背lw=0.7N/(2heƒtw)+2hf=0.7×
109.65×
103/(2×
5×
160)+2×
5=68.53mm,取70mm
肢尖lw=0.3N/(2heƒtw)+2hf=0.3×
5=29mm,取50mm
BM杆的内力N=71.06kN,设肢背和肢尖hf=5mm,所需要的焊缝长度为:
71.06×
5=54mm,取60mm
肢尖lw=0.3N/(2heƒtw)+2hf=0.3×
71.06×
考虑搁置檩条,节点板缩进上弦肢背8/2+2=6mm,用槽焊缝连接,槽焊缝按两条角焊缝计算
,P=12.78kN。
设肢尖焊缝
=4mm,假定集中荷载P与上弦垂直,忽略屋架上弦坡度影响。
τf=N/[2
hf×
(lw-2hf)]=106.71×
106/2×
6×
(240-12)=27.31N/mm2<0.8f=128/mm
节点如下图所示。
2、支座节点
(1)支座底板的计算
支座反力RA=RB=102.24KN
按构造要求采用底板面积为a×
b=200×
210mm如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R,则承压面积为Au=200×
(2×
60=8)=25600mm2
验算柱顶混凝土的抗压强度:
σ=R/Au=102.24×
103/25600=4N/mm2<fc=12.5N/mm2满足。
底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算,节点板和加劲肋将底板分成四块,每块板为两相邻边支承,而另两相邻边自由的板,每块板单位宽度的最大弯距为:
M=βσ
式中σ—底板下的平均应力,σ=2.4N/mm2;
2—两支承边之间的对角线长度,
2=138mm;
β—系数,b1=69,查表得β=0.0602
故M=βσ
=0.0602×
2.4×
1382=2751N·
mm。
底板厚度取t=12mm。
(2)加劲肋与节点的连接焊缝计算
加劲肋高度取与支座节点板相同,厚度取与中节点板相同,一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一支座反力。
R/4=102.24×
103/4=25.56×
103N,M=Ve=25.56×
103×
50=1.28×
106N·
mm
设焊缝hf=5mm,焊缝计算长度取lw=280-10-15=255mm,则焊缝应力为
τf=(25.56×
103)/(2×
255)=14.32N/mm2,
σf=M/W=(6×
1.28×
106)/(2×
2552)=16.87N/mm2,
=19.91N/mm2<160N/mm2因此焊缝长度大于100mm即可。
(3)节点板、加劲肋与底板的连接焊缝
设焊缝传递全部支座反力R=102.24kN,其中每块加劲肋各传R/4=25.56kN,节点板传递R/2=51.12kN。
节点板与底板的连接焊缝计算长度
=2(160—2×
5)=300mm,所需要的焊缝脚尺寸为h≥(51.12×
103)/(0.7×
300×
160×
1.22)=2.0取h=5mm
节点图如下图所示
3、下弦B节点
选用E43焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ƒtw=160N/m㎡,实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。
焊缝hf=5mm
Bb杆与节点板连接焊缝同B节点
Cb杆可按构造取焊缝长度lw=40mm
Db杆肢背lw=0.7N/[2×
0.7hfƒtw]+2hf=0.7×
69.27×
5=53mm,取60mm
肢尖lw=0.3N/[2×
0.7hfƒtw]+2hf=0.3×
5=28mm,取50mm
下弦杆与节点板连接处焊缝hf=6mm
τf=0.75×
(140.96—57.51)×
103/(2×
6=59mm
根据实际情况,焊缝长度远大于59mm,满足要求。
4、屋脊R节点
设焊缝高度hf=5mm,则所需要焊缝计算长度为:
lw1=(0.7×
17.51×
160)+10=21mm,取lw=50mm
肢尖焊缝hf=6mm,lw2=15mm,取lw2=50mm
N=0.15×
182.15=27.2kN
M=27.2×
0.059=1.62kN·
m
焊缝应力为:
τfN=(27.2×
125)=31.22N/mm2,
σfM=(1.62×
106×
6)/(2×
1252)=103.10N/mm2,
=90.1N/mm2<160kN/mm2
(3)中竖杆与节点板的连接焊缝计算:
此杆内力较小,焊缝尺寸可按构造确定,取焊缝尺寸hf=5mm,焊缝长度lw=50mm,
节点图如下图所示。
下弦跨中e节点图
5、下弦跨中E节点设计
(1)下弦接头设于跨中节点处,连接角钢取与下弦杆相同截面2∟80×
8,焊缝高度hf=5mm,
焊缝长度为:
lw=(185.69×
103)/(4×
160)+10=93mm,取lw=110mm
连接角钢长度lw=2×
110+10=230mm
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