资源描述
一、设计资料1、 车间柱网布置图（24240m），柱距6m。 2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。3、屋面采用1.56m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。4、荷载：1)屋架自重（120+11L） N/=0.12+0.01124=0.384 KN/；2)屋面基本荷载表：荷载类型序号荷载名称重量永久荷载1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.50 KN/2防水层0.38KN/3找平层20mm厚0.40 KN/4保温层0.97KN/5支撑重量0.80 KN/可变荷载1活载0.70 KN/5、屋架坡度i：1/126、根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度L。=24000-2150=23700，端部高度：檐口高度H0=2400mm,中部高度H=3400mm二、结构形式及支撑布置1. 绘出屋架屋面的横向支撑及檩条图2. 对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算，并进行最不利内力组合；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。结构形式及支撑桁架支撑布置符号说明：SC：上弦支撑； XC：下弦支撑； CC：垂直支撑GG：刚性系杆； LG：柔性系杆三、荷载计算桁架及屋盖1. 荷载标准值 活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：防水层（三毡四油上铺小石子） 0.38KN/找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.40 KN/保温层（40mm厚泡沫混凝土 0.97 KN/预应力混凝土大型屋面板 1.50 KN/支撑自重 0.80KN/屋架自重 0.384 KN/总计： 4.43KN/可变荷载标准值： 雪荷载屋面活荷载（取两者较大值） 0.7KN/风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。总计：0.7KN/考虑以下三种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节点荷载设计值：F1=(1.354.43+1.40.70.70）1.56=60.00KNF2=(1.24.43+1.40.7)1.56=56.66KNF3=(1.24.43+1.40.70.7)1.56=54.02KN 取F1=60.00KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对结构不利时：F12=1.354.431.56=53.82KN （按永久荷载效应控制的组合）F12=1.24.431.56=47.84KN （按可变荷载效应控制的组合）对结构有利时： F13=1.04.431.56=39.87KN 取F12=53.82KN半跨可变荷载设计值： F21=1.40.70.701.56=6.17KN（按永久荷载效应控制的组合）F22=1.40.701.56=8.82KN（按可变荷载效应控制的组合） 取F22=8.82KN （3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效应控制的组合） 全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F31=1.20.3841.56=4.15KN对结构有利时： F32=1.00.3841.56=3.46KN 取F31=4.15KN 半跨节点屋面板自重+半跨节点屋面活荷载设计值：F4=（1.21.50+1.40.70)1.56=25.02KN（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。计算简图如下4、 内力计算桁架内力组合表 杆件名称杆件内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载N=P全跨永久荷载+半跨可变荷载N=P全+P半全跨永久荷载+半跨可变荷载N=P全+P半全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载N=P全+P半或计算内力P=1(Aa为1/2P)在左半跨在右半跨全跨上弦杆AB0.00.00.000000BC-6.25-2.47-8.75-525-526.05-492.7104-192.6875-526.05CD-6.25-2.47-8.75-525-526.05-492.7104-192.6875-526.05DE-9.04-4.49-13.53-811.8-807.9174-767.7864-282.303-811.8EF-9.04-4.49-13.53-811.8-807.9174-767.7864-282.303-811.8FG-9.17-6.09-15.26-915.6-902.1726-875.007-292.7624-915.6GH-9.17-6.09-15.26-915.6-902.1726-875.007-292.7624-915.6HI-7.38-7.38-14.71-882.6-856.7838-856.7838-245.6941-882.6下弦杆ac+3.48+1.25+4.73283.8285.2622265.5936105.9485285.2622ce+8.0+3.53+11.53691.8691.1046651.6792248.0095691.8eg+9.34+5.31+14.65879870.8418835.2972294.4843879gi+8.44+6.73+15.17910.2890.8902875.808274.1243910.2斜腹杆Ba-6.53-2.34-8.87-532.2-534.978-498.0222-200.1911-534.978Bc+4.76+2.12+6.88412.8412.2648388.98147.6472412.8Dc-3.14-2.03-5.44-326.4-320.4756-310.6854-101.1388-326.4De+1.9+1.80+3.7222215.892215.0162.893222Fe+0.71-1.75-2.46-147.616.515-147.832253.994-147.8322Fg-0.45+1.56+1.1166.6-14.428873.499443.637773.4994Hg+1.55+1.39+0.021.214.747413.336238.86438.864Hi-2.47-1.53-1.08-64.8-79.911-71.6202-66.2814-79.911竖杆Aa-0.5-0.5-0.50-30-31.32-35.6256-14.585-35.6256Cc-1.00.0-1.0-60-62.64-52.82-29.17-62.64Ee-1.00.0-1.0-60-62.64-52.82-29.17-62.64Gg-1.00.0-1.0-60-62.64-52.82-29.17-62.64Ii+0.97+0.97 -1.0-60-45.2646-45.264620.1194-45.26465、 杆件设计（1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。N=915.6kN=915600N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：=150.5cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：=150.52=301cm节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度用10mm 设=80，选用角钢，为b类截面，查表得0.688。需要截面积：需要的回转半径：, 选用不等边角钢短边相并，根据需要的A、查角钢规格表，选用216010014，A=69.42cm2，=5.08cm，=7.64cm，按所选角钢进行验算：=29.63 13.5 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.787。=167.59N/mm2f=215N/mm2 故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。N=910.2kN=910200N设=130 ，需要的净截面面积为选用21409010，A=44.52，=4.47cm，=6.77cm=67.110.48loy/b2=5.07 =37.48 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.631。=213.6N/mm2故所选截面合适。（4） 腹杆Bc腹杆拉力设计值为 N=412.8kNA=N/f=412800/215=19.20cm2选用2757，A=20.32，=2.30，=3.40，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为=0.8260.8=208.64cm, =l=260.8cm=208.64/2.30=90.71 ,=260.8/3.40=76.71 =215N/mm2=f=故所选截面合适。（5）腹杆Dc腹杆压力设计值：N=-326.4KN平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为=0.8285.9=228.72cm, =285.9cm设=100，查表得0.555。=0.8285.9/1000=2.29cm =285.9/100=2.86cmA=26.20cm2选用27510,A=28.25cm2, ix=2.26cm,iy=3.46cm=228.72/2.26=101.20 b/t=150.58/b=2.21 =58.7 由于，只求，查得=0.61=181.42N/mm2f=（6）腹杆De杆件轴力： N=222kN=222000N 所需截面积： N/f=222000/215=10.33cm2杆件计算长度： l0x=0.8285.9=228.72cm , l0y=285.9cm，截面的回转半径： =0.8285.9/100=2.29cm =285.9/100=2.86cm选用2755,A=27.41=14.82cm2, ix=2.33cm,iy=3.37cm=228.72/2.33=98.2 ,=285.9/3.37=84.8 满足长细比的要求。所选截面满足。（7）Fe杆 轴力：N=-147.8322kN=147832.2N（受压）杆件计算长度： lox=0.8312.9=250.32cm , loy=312.9cm设=100，选用2705等边角钢，由于，只求，查附录4，得，所选截面满足。（8）腹杆Fg杆件轴力： N=73.4994kN=73499.4N 所需截面积： N/f=73499.4/215=3.42cm2杆件计算长度： lox=0.8311.9=249.5cm , loy=311.9cm，设=100，截面的回转半径： =0.8311.9/100=2.49cm =311.9/100=3.11cm选用2805,A=27.91=14.38cm2, ix=2.48cm,iy=3.56cm=249.5/2.48=107.8 ,=311.9/3.56=92.55 满足长细比的要求。所选截面满足。(9)腹杆Hg杆件轴力： N=38.864kN=38864N 所需截面积： N/f=38864/215=1.81cm2杆件计算长度： lox=0.8339.6=271.68cm , loy=339.6cm，设=130，截面的回转半径： =0.8339.6/130=2.09cm =339.6/130=2.61cm选用2757,A=210.16=20.32cm2, ix=2.30cm,iy=3.40cm=271.68/2.30=94.64 ,=339.6/3.40=99.88 满足长细比的要求。所选截面满足。（10）腹杆Hi杆件轴力： N=-79.911kN=79911N 所需截面积： N/f=79911/215=3.72cm2杆件计算长度： lox=0.8337=249.5cm , loy=337cm，设=130，截面的回转半径： =0.8337/130=2.07cm =337/130=2.59cm选用2705,A=27.12=13.75cm2, ix=2.16cm,iy=3.16cm=0.8337/2.16=124.81,=337/3.16=106.6 满足长细比的要求。所选截面满足。（11）竖杆各个竖杆采用同类截面，按Gg杆件的最大设计内力设计。Gg竖杆拉力设计值： N=62.64kN A=N/f=62640/215=2.91cm2杆件计算长度： lox=0.8289=231.2cm , loy=289cm，设=130，截面的回转半径=0.8289/130=1.78cm =289/130=2.22cm选用2635，并采用十字形截面A=9.96，ix=1.96，iy=2.87，按所选截面进行验算：=231.2/1.96=117.96,=289/2.87=99.65 截面验算：故所选截面合适。 各杆件的截面如下表35杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(N/mm2)名称编号上弦FG、GH-915.621601001469.42150.53011.883.7629.6357.791500.787167.59下弦gi910.22140901044.5230011854.476.7767.11175.04350204.45斜腹杆Ba-534.978212580831.98253.5253.54.013.4263.2237.481500.631213.6Bc412.8275720.32208.64260.82.303.4090.7176.71350215Dc-326.42751028.25228.72285.92.263.46101.2058.71500.61181.42De222275514.82228.72285.92.333.3798.284.8350149.8Fe-147.8322270513.75250.32312.92.163.24115.89100.931500.460210.76Fg73.4994280514.38249.5311.92.483.56107.892.5535051.11Hg38.864275720.32271.68339.62.303.4094.6499.8815019.13Hi-79.911270513.75249.53372.163.16124.81106.615058.12竖杆Gg-62.6426359.96231.22891.962.87117.9699.6515062.896、 节点设计6.1下弦节点“c”（图6.1）各类杆件的内力由表4.1查得。这类节点的设计步骤是：先根据复杆的内力计算与复杆与节点版连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：“Cc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为。下弦与节点板连接的焊缝长度为34cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。6.2上弦节点“B”(图6.2) Bc杆（2L 757）与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背，肢尖aB（2L125808）杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为：为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：上弦与节点板间焊缝长度为400mm。节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：满足要求。6.3屋脊节点“I”（图6.3）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：,取220mm拼接角钢的长度取。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。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40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为： 因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。 腹杆Hg与节点板的连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。6.4支座节点“a”（图6.4）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为12mm。6.4.1支座底板的计算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，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280180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中，为混凝土强度设计值，对C30混凝土，底板的厚度按桁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，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中，为底板下的平均应力：为两支承边之间的对角线长度：为系数，由b1/a1查表8.4.1而定，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8.4.1得=0.050底板厚度：根据构造要求，桁架跨度，取。6.4.2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。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4，即：则焊缝内力为：， 设焊缝，焊缝计算长度，则焊缝应力为：6.4.3节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力，加劲肋、节点板与底板的连接焊缝长度之和6.5下弦中央节点“i”（图6.5）Ii杆的内力较小，焊缝尺寸可按构造要求取，肢背和肢尖的。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为185mm360mm。弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊接长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。下弦与节点板之间的角焊缝，假定承受节点荷载。下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36cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：，焊缝应力为：肢背验算： 满足要求。七、施工图（见图纸）
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