钢结构课程设计--21m跨径简支梯形钢屋架设计.doc
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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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