梯形屋架設計任務
1 設計資料
梯形屋架,建築跨度為18m,端部高度為1.99m,跨中高度為2.89m,屋架坡度i=1/10,屋架間距為6m,屋架兩端支撐在鋼筋混凝土柱上,上柱截面400mm×400mm,混凝土採用。
屋架上、下弦布置有水平支撐和豎向支撐(如圖1-1所示)。
屋面採用1.5×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板,120mm厚珍珠岩()的保溫層,三氈四油鋪綠豆沙防水層,20mm厚水泥砂漿找平層,屋面雪荷載為,鋼材採用3號鋼(q390)。
2設計要求
2.1 屋面雪荷載取值:按分組序號,取用設計資料屋面雪荷載+0.1×分組序號(第2組,屋面雪荷載取值為: +0.1×2=)。
2.2 設計中,應繪製出必要的節點詳圖等圖紙。
2.3 其他條件與設計資料相同。
3 荷載計算
3.1 永久荷載
預應力鋼筋混凝土大型屋面板
三氈四油防水層及及找平層(20mm):
120mm厚泡沫混凝土保溫層
3.2 可變荷載
屋面雪荷載
3.3 荷載組合
永久荷載可變荷載為主要荷載組合,屋架上弦節點荷載為:
4 內力計算
桁架桿件的內力,在單位力作用下用**法(圖2-1)求得表3-1。
如圖2-1
表3-1
桿件內力圖
5 截面選擇
5.1 上弦杆截面選擇
上弦杆採用相同截面,以最大軸力⑨桿來選擇:
在屋架平面內的計算長度,屋架平面外的計算長度。
選用兩個不等肢角鋼,長肢水平。
截面幾何特性(長肢水平雙角鋼組成t形截面,節點板根據腹杆最大內力選用板厚8mm):
截面驗算:
大型屋面板與上弦焊牢,起縱橫向水平支撐作用,上弦杆其他節間的長細比和穩定驗算均未超過上述值。
5.2 下弦杆截面選擇
下弦杆也採用相同截面,以最大軸力⑧桿來選擇:
在屋架平面內的計算長度:,屋架平面外的計算長度:。
所需截面面積為:
選擇兩個不等肢角鋼,長肢水平。
截面幾何特點:
另兩個節點的下弦杆內力較小,但,故須驗算其屋架平面外的長細比:
5.3 支座豎桿ab截面選擇
杆軸力:
計算長度:,採用兩個等肢角鋼,組成t型截面
截面幾何特性:
, ,截面驗算:
5.4 支座斜桿a截面選擇
杆軸力: 計算長度:
採用兩個不等肢角鋼,長肢相拼。
截面幾何特性:
截面驗算:
5.5 斜桿b截面選擇
杆軸力: 計算長度:
所需截面:
選用兩個等肢角鋼,組成t形截面
截面特性:
5.6 豎桿cd截面選擇
杆軸力:
計算長度:
採用兩個等肢角鋼,組成t形截面。
截面幾何特性:
截面驗算:
5.7 斜桿c截面選擇
杆軸力:
計算長度:
採用兩個等肢角鋼,組成t形型截面
截面幾何特性:
截面驗算:
5.8 斜桿d截面選擇
杆軸力:
計算長度:
所需截面:
採用兩個等肢角鋼,組成t形型截面
截面幾何特性:
5.9 豎桿ef截面選擇
杆軸力:
計算長度:
採用兩個等肢角鋼,組成t形截面
截面幾何特性:
截面驗算:
5.10 斜桿e截面選擇
杆軸力: 計算長度:
採用兩個等肢角鋼,組成t形截面
截面幾何特性:
截面驗算:
5.11 斜桿f截面選擇
杆軸力:
計算長度:
採用兩個等肢角鋼,組成t形截面
截面幾何特性:
截面驗算:
5.12 豎桿gh截面選擇
杆軸力:
計算長度:
採用兩個等肢角鋼,組成t形截面
截面幾何特性:
截面驗算:
各桿件截面選擇結果列表如下表4-1
屋架桿件截面選擇表
6 節點設計
各節點的節點板厚一律取8mm,各桿內力如圖5-1所示。
5.1 下弦節點i設計
首先,計算腹杆與節點板連線焊縫尺寸,然後按比例繪出節點板形狀和尺寸,最後驗算下弦與節點板的連線焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強度設計值:
設桿b的肢背和肢尖焊縫分別是和,則所需焊縫長度為:
肢背: 取110mm
肢尖: 取80mm
設桿c的肢背和肢尖焊縫分別是和,則所需焊縫長度為
肢背: 取100mm
肢尖: 取80mm
設桿cd的肢背和肢尖焊縫均為,則所需焊縫長度為
肢背: 取165mm
肢尖: 取165mm
根據上述腹杆焊縫長度,並考慮桿件之間應留有間隙,按比例繪出節點大樣圖。
下弦杆6.1 從而確定節點板尺寸為。
下弦與節點板連線的焊縫長度為385mm,,焊縫所受的力為左右兩下弦杆內力差所受較大的肢背處焊縫應力為:
6.2 下弦節點j的設計(圖5-2)
設節點所有焊縫為,所需焊縫長度如下:
杆d肢背:
肢尖:杆ef肢背:
肢尖:杆e肢背:
肢尖:所有焊縫均按構造(節點板尺寸)確定,焊縫長度均需大於60mm。
下弦與節點板連線的焊縫長度為320mm,,焊縫所受的力為左右兩下弦杆內力差所受較大的肢背處焊縫應力為:
焊縫強度滿足要求。
6.3 下弦節點k的設計
下弦杆一般都採用同號角鋼進行拼接,為使拼接角鋼與弦杆之間能夠密合,並便於施焊,需將拼接角鋼的尖角削除,且截去垂直肢的一部分寬度(一般),拼接角鋼這部分削弱,可以靠節點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦杆內力計算。
設焊縫,則所需一條焊縫計算長度為:
拼接角鋼的長度取400mm>121.5×2=243mm
屋架分成兩個運輸單元,設定工地焊縫長度拼接,左半邊的弦杆和腹杆與節點板連線用工廠焊縫,而右半邊的弦杆與腹杆與節點板連線用工地焊縫。中間豎桿跟左半邊在工廠焊牢再出廠,為便於工地拼接,在拼接的角鋼與右半邊斜桿上,設定螺栓孔。作為安裝施焊前的定位之用。
下弦杆與節點板之間用焊縫滿焊。
斜桿f和豎桿gh的內力均很小,肢背與肢尖焊縫,施焊長度均可按構造採用,至少60mm,採用390×290×8mm,所有焊縫均滿焊,焊縫長度均大於所需長度。
6.4 支座節點h設計
為了便於施焊,下弦焊與支座底板的距離取130mm,在節點中心設定加勁肋,加勁肋高度與節點板高度相等。
6.4.1 支座底板計算
支座反力:
支座底板的平面尺寸取,如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力,則實承面積為:
驗算柱頂混凝土的抗壓強度:
式中——鋼筋混凝土軸心抗壓強度的設計值。
底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算,節點板和加勁肋將底板分成4塊。每塊板是兩相鄰為固定支承而另兩相鄰邊自由的板,每塊板的單位寬度最大彎矩為:
式中 q——底板所受的均布反力,
——兩支承之間的對角線長度,
——係數,由查課本表5-6確定,為兩支承邊的相交點到對角線的垂線距離,由相似三角形的關係得:
查表5-5得
底板厚度: 取20mm
6.4.2 加勁肋與節點板的連線焊縫計算
加勁肋與節點板的鏈結焊縫計算與牛腿焊縫相似,假定乙個加勁肋的受力為屋架支座反力的四分之一,即:
焊縫受剪力,彎矩:,設焊縫,焊縫計算長度
焊縫應力為:
6.4.3 節點板,加勁肋與底板的連線焊縫計算
設焊縫傳遞全部支座反力r=211.4kn,其中每塊加
勁肋各傳,節點板傳
節點板與底板的連線焊縫,所需焊腳尺寸為
採用每塊加勁肋與底板的連線焊縫長度為:,所需焊腳尺寸為取
6.4.4 下弦杆與支座斜桿和豎桿焊縫計算
下弦杆肢背和肢尖焊縫均為,則所需焊縫長度為:
肢背:肢尖:
支座斜桿肢背焊縫長度為,肢尖焊縫長度為,則所需焊縫長度為:
肢背:肢尖:
支座豎桿肢背和肢尖焊縫均為,則所需焊縫長度為:
肢背:肢尖:
根據節點板尺寸所確定的焊縫長度均大於所需焊縫長度,全部焊縫滿焊。
6.4.5 上弦節點b設計
為了便於在上弦擱置屋面板,節點板的上邊緣可縮排上弦肢背8mm,用塞焊縫把上弦角鋼和節點板連線起來。槽鋼作為兩條焊縫計算,這時,強度設計值應乘以0.8的折減係數。
計算時可略去屋架上弦坡度的影響,且假定集中荷載f與上弦垂直(圖)
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