某厂房跨度为24m,总长120m,柱距6m,采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板,屋架铰支于钢筋混凝土柱上,上柱截面400×400,混凝土强度等级为C20,屋面坡度为i=1:10。
2.屋架形式及选材
屋架跨度为24m,屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用钢材及焊条为:钢材选用Q345钢,焊条采用E50型。
3.荷载标准值(水平投影面计) ①永久荷载:
二毡三油防水层 0.4KN/m2 80mm泡沫混凝土保温层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 1.5*6m预应力混凝土大型屋面板 1.4KN/m2 屋架及支撑自重(按经验公式q=0.12+0.011L计算) 0.384KN/m2 悬挂物及管道 0.1KN/m2 ②可变荷载
屋面活荷载标准值 0.5KN/m2 雪荷载标准值 0.7KN/m2 积灰荷载标准值 0.3KN/m2 4.屋架的计算跨度:Lo=24000-2×150=23700mm, 端部高度:h=2005mm(轴线处),
h=2990mm(计算跨度处)。 起拱h=50mm
二、结构形式与布置图
屋架支撑布置图如下图所示
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6000500
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60006000×181SC111SC311SC1SC1SC260005001SC21SC2SC4SC4 SC2SC2SC4SC4SC2SC1SC2 图260005006000×18SC3SC4 上弦支撑布置图1SC1411C2C15001C21C3C3C1图2 下弦支撑布置图C1C2C3C3SC2SC2SC2SC2SC2
2
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CC22CC45CC2图2CC11垂直支撑CC34CC1图2垂直支撑
图一:24m跨屋架(几何尺寸)
3
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图二:24m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆的内力值
图三:24m跨屋架半跨单位荷载作用下各杆的内力值
三、荷载与内力计算
1.荷载计算 永久荷载标准值:
二毡三油(上铺绿豆砂)防水层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层 0.4KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4KN/m2 屋架及支撑自重(按经验公式q=0.12+0.011L计算) 0.384KN/m2 悬挂管道 0.1KN/m2 _________________________________________________________________ 总计:3.184KN/m2
可变荷载标准值:
4
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2
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2
2
雪荷载0.7KN/m 大于屋面活荷载标准值0.5KN/m, 取0.7KN/m 积灰荷载标准值 0.3KN/m2 _______________________________________________________________ 总计1.0KN/m2
永久荷载设计值:1.35×3.184=4.30KN/m2 可变荷载设计值:1.4×1.25=1.75KN/m2 2.荷载组合
设计屋架时,应考虑如下三种荷载组合: (1)全跨永久荷载+全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载F=(4.30+1.75)×1.5×6=54.45KN (2)全跨永久荷载+半跨可变荷载
屋架上弦节点荷载F1=4.30×1.5×6=38.71KN
F2=1.75×1.5×6=15.75KN
(3)全跨屋架和支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 屋架上弦节点荷载F3=0.384×1.35×1.5×6=4.667KN
F4=(1.5×1.35+1.4×0.5)×1.5×6=24.53KN
3.内力计算
本设计采用图解法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数。
表一:屋架杆件内力组合表
内力系数(F=1) 杆件名称 左半全跨右半全全跨① ② 跨③ 0.00
0.00
0.00
第一种组合F×① 0.00
第二种组合 第三种组合 计算杆件内力/KN 0.000 -474.80 736.71 830.91 -800.96 257.55 627.81 797.69 826.01 -482.97 374.62 -296.21
F1×①+F2×F1×①+F2F3×①+F4F3×①+F4② 0.00
×③ 0.00
×② 0.00
×③ 0.00
上
AB BCD DEF HI ac
-8.72 -6.25 -4.27 -474.80 -13.5 -9.04 -4.49 -736.71 -15.2 -9.17 -6.09 -830.91 -14.7 -7.38 -7.38 -800.96 4.73 11.53 14.65 15.17 6.88
3.84 8 9.34 8.44 4.76
1.25 3.53 5.31 6.73 2.12
257.55 627.81 797.69 826.01 374.62
-435.90 -404.72 -202.13 -150.93 -665.99 -594.33 -296.65 -179.03 -743.99 -686.78 -308.08 -228.42 -685.13 -685.13 -259.28 -259.17 202.74 501.81 693.08 341.23
202.74 121.262 54.3293 501.81 260.451
144.91
弦 FGH
下ce gi
弦 eg 斜腹
aB Bc
650.59 722.596 309.624 205.426
693.08 288.804 244.528 299.65
155.06 86.8204
-446.12 -380.12 -210.07 -101.78 -258.98 -246.75 -106.49 -84.759
-8.87 -6.53 -2.34 -482.97 -5.44 -3.14
-2.3 -296.21
5
杆 cD
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De 3.7
1.9
1.8
201.47
173.12
171.54 66.3449
63.736
eF -2.46 -0.71 -1.75 -133.95 -106.38 -122.76 -29.82 -56.666
Fg 1.11 -0.45 1.56
60.44 35.87 67.53 -6.4431 45.4674 gH 0.02
1.55 -1.53
1.09 25.19
-23.32 40.1298 -39.427
Hi -1.08 -2.47
1.69 -58.81
-80.70
-15.18
-68.84 38.6199
Aa -0.5 -0.5 0 -27.23 -27.23 -19.35 -15.249 -2.33 Cc -1 -1 0 -54.45 -54.45 -38.70 -30.497 -4.66 竖杆
Ee -1 -1 0 -54.45 -54,45 -38.70 -30.497 -4.66 Gg -1 -1 0
-54.45 -54.45 -38.70 -30.497 -4.66
Ii
1.94 0.97
0.97 105.63 90.36
90.36
57.32 -48.45
四、杆件截面设计
腹杆最大内力-482.97kN,查表得,中间节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度选用12mm。
1.上弦杆(FGH杆)
整个上弦不改变截面,按最大内力-820.91KN(受压)计算。
上弦杆件计算长度:在屋架平面内,为节间轴线长度lox=1508mm;在屋架平面外,根据支撑布置(上弦支撑点设在坚杆上端点)和内力变化情况取loy=2×1508=3016mm,因为loy=2lox,故截面宜选用两个不等肢角钢,短肢相并。
假定λ=60,按Q345钢,轴心受压构件属于b类截面,查附表4.2得=0.734 需要截面面积A=
Nf=820.91×103/(0.734×310)=3607.76mm2 6
201.47 -133.95 67.53 -6.44
40.13 -39.426 -80.70 38.62
-27.23 -54.45 -54.45 -54.45 105.63
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loy需要的回转半径为:ix=lox=1508/60=25.13mm iy==3016/60=
75.4mm
根据A、ix、iy查不等肢角钢规格表,选用2L140×90×10,A=4460mm2, ix=25.6mm,iy=75.4mm.按所选角钢进行验算: λx=lox=1508/25.6=58.91<[λ] =150
ixλy=
loyiy=3016/75.4=60<[λ] =150(满足要求)
由于λx〈λy,只需求x查附表4.2用内插法得x=0.743 σ=
N=820.91×103/(0.743×4460)=247.73N/mm2<310N/mm2 故满足要xA求。 2.下弦杆
整个下弦也不改变截面,按最大内力826.01KN(受拉)计算。按下弦支撑布置(支撑点在两端坚杆和中轴坚杆下端点)情况:Lox=3000mm,Loy=12000mm计算下弦截面净面积: An=
N=826.01×103/310=2664.55mm2 需要的回转半径为: fix=lox=3000/250=12mm iy=
loy=12000/250=48mm,选用2L100×63×10(短肢相并)
7
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A=3100mm2, ix=17.5mm iy=50.2mm.λx=
lox=3000/17.5=171.4<[λ]=250; ixλy=
loyiyN=12000/50.2=239.0<[λ]=250.
σ=
A=826.01×103/3100=266.45N/ mm2<310N/mm2 满足要求。
n3.端斜杆(aB)
杆件轴力N=482.97KN(受压),计算长度l0x=l0y=2535mm,采用不等肢角钢,长肢相并。
,
选2L140×90×10,A=4460mm2,ix=25.6mm iy=67.7mm。
8
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y<λx=lox=2535/25.6=99<[λ]=150,min=x=0.437
ixσ=
N=482.97×103/(0.437×4460)=247.80N/ mm2<310N/mm2,故满足要求。 A4.斜腹杆 ①杆Hi 1.
杆件内力:N=-80.70或38.62选择内力大值进行计算。
计算长度l0x=0.8l=0.8×3370=2696mm,l0y=l=3370mm, 按[]=150选,需要的回转半径为:
ix=lox=2696/150=18.0mm iy=
loy=3370/150=22.5mm, ,
选2L63×5,A=1228mm2,ix=19.4mm iy=29.6mm
λx=lox=2696/19.4=139.0<[λ]=150,λy=
ixlioyy=3370/29.6=113.9<[λ]=150
min=x=0.253,
(满足要求) ②杆gH
NHi=80.70×103/(0.253×1228)=259.75N/ mm2〈310N/ mm2 xA杆件内力:Ngh =40.13或-39.426选择较大内力计算 计算长度l0x=0.8l=0.8×3396=2716.8mm,l0y=l=3396mm,
loy按[]=150选,需要的回转半径为:ix=lox=2716.8/150=18.1mm iy=
,
=3396/150=22.6mm,选2L63×5,A=1228mm2,ix=19.4mm iy=29.6mm。
λx=
lioxx=2716.8/19.4=140.0<[λ]=150,λy=
lioyy=
3396/29.6=114.7<[λ]=150 σ=min=x=0.250,
NgHxA=39.43×103/(0.250×1228)=131.1N/ mm2<310N/ mm2
9
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(满足要求) 5.中竖杆(Gg)
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竖杆不改变截面尺寸,N=54.45kN(压),l0x=0.8l=0.8×2890=2312mm,l0y=2890mm
内力较小,按[]=150选,需要的回转半径为:
ix=lox=2312/150=15.4mm iy=
loy=2890/150=19.3mm, ,
选2L56×5,A=1084mm2,ix=17.2mm iy=26.9mm。
λx=lox=2312/17.2=134.4<[λ]=150,λy=
ixlioyy=2890/26.9=107.4<[λ]=150
min=x=0.267,σ=
mm2
N=54.45×103/(0.267×1084)=188.13N/ mm2<310N/ xA其余杆件的截面选择计算过程不一一列出,计算结果如下
表二:杆件截面选择表。
截面计算长度(cm) 回转半径 积(cm) 轴力(KN杆 ) 应力 mm2l0x l0y ix iymaxminN/mm2选用型钢 -830.92L140×90×150.0上弦 1 10 44.60 150.80 3 01.60 2.56 6.77 58.91 0 0.743 2L100×63×250.0下弦 826.01 10 31.00 300.00 1200.00 1.75 5.02 2 39.04 0 —— -482.92L140×90×150.0aB 7 10 44.60 253.50 2 53.50 2.56 6.77 99.02 0 0.437 250.0Bc 374.62 2L70×5 13.76 208.64 2 60.80 2.16 3.24 96.59 0 —— -296.2250.74 266.45 247.80 272.25 247.79 265.78 235.37 99.89 cD 1 150.02L75×10 28.26 228.72 2 85.90 2.26 3.54 1 01.20 0 0.423 250.07.58 228.72 2 85.90 1.21 2.06 1 89.02 0 —— De 201.47 2L40×5 -133.9eF 5 67.53 150.02L70×5 14.82 250.32 3 12.90 2.32 3.43 1 07.90 0 0.384 2L36×5 250.06.76 249.52 3 11.90 1.08 1.91 2 31.04 0 —— 10
Fg -5.86
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-23.32 -80.70
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124.14 259.74 129.20 73.69 86.59 188.13 139.36 150.0gH 38.11 2L63×5 12.28 271.68 3 39.60 1.94 2.96 140.04 0 0.250 150.036.41 2L70×5 13.76 269.60 3 37.00 2.16 3.24 124.81 0 0.303 150.0Aa -27.23 2L40×5 7.58 159.20 1 99.00 1.21 2.06 1 31.57 0 0.278 Hi 150.0Cc -54.45 2L70×5 13.76 183.20 2 29.00 2.16 3.24 84.81 0 0.537 150.0Ee -54.45 2L70×5 13.76 207.20 2 59.00 2.16 3.24 95.93 0 0.457 150.0Gg -54.45 2L56×5 10.84 231.20 2 89.00 1.72 2.69 1 34.42 0 0.267 Ii 105.63 2L40×5 250.07.58 255.20 3 19.00 1.21 2.06 2 10.91 0 —— 说明:表中上弦杆和下弦杆截面为短肢相并,端斜杆aB为长肢相并,其余杆为T形截面。 五、结点计算
本设计采用Q345钢、E50焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=200 N/mm2,各杆件内力由表一查得,最小焊缝长度应小于8hf。在确定节点板的形状
和尺寸时,需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为: 角钢肢背所需焊缝长度l11N20.7hf1ffw2hf,角钢肢尖所需焊缝长度
l22N20.7hf2ffw2hf
表三:腹杆杆端焊缝尺寸(表中1l、12为取整后数值)
肢背焊缝 杆件 名称 aB Bc cD De eF Fg gH Hi
肢尖焊缝 hf1(mm) 5 5 5 5 5 5 5 5 11
l1(mm) 250 200 160 120 80 50 40 60 l2(mm) 140 100 80 60 40 30 20 30 hf2(mm) 5 5 5 5 5 5 5 5 单层厂房课程设计
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Aa Cc Ee Gg Ii 30 40 40 40 70 5 5 5 5 5 20 30 30 30 40 5 5 5 5 5
1. 上弦节点B点
148 0 ▲ ▲ 476 2L140×90×10 109 474.8 307 5-240 ▲ 5-140 ▲ 5-190 5-110 2L140×90×10 482.97KN ▲ 图9 上弦节点\"\" ▲ 2L70×5 374.62KN
(1) 斜杆Bc与节点板连接焊缝计算,与下弦节点c中的cB杆计算相同。 (2) 斜杆Ba与节点板连接焊缝计算,N=-482.97KN
设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为:5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.6520.65*482.97*1000/2*0.7*5*200+10= 234.24mm , 取LW=240mm
肢尖:
12
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0.352
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0.35*482.97*1000/2*0.7*5*200+10= 130.74 , 取LW=140mm
(3) 上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,
上弦节点板的上边缘可缩进上限肢背15mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由
1下面计算为:hf10mm5mm,hf10mm,
2lw476210456mm ,上弦与节点板间焊缝长度为:476mm,节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,这时槽焊缝肯定是安全的,可不必验算,肢尖焊缝验算为:
2*0.7 474.80*1000/2*0.7*10*456=74.37 N/mm
2
2*0.76*474.80*1000*65/(2*0.7*10*456*456) =67.01 N/mm
2
=90.83N/mm <200 N/mm ,满足要求。
22
(4) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙
和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:307mm×476mm
2. 上弦C计算
13
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180 474.80 ▲ 2L140×90×10
140 93 5 2L70×5 ▲ 474.80 54.45
(1)
竖杆Cc与节点板连接焊缝计算:N=54.45KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.75 2 0.7*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=37.23mm, 取L=40mm
肢尖:
0.30 2 0.3*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=21.67mm,取L2=30mm
(5) 上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦
节点板的上边缘可缩进上限肢背8mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,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:
1上弦与节点板间焊缝长度为:180mm,hf10mm5mm,hf10mm,
2节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,验算为:
14
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[2*0.7 =58.05 N/mm <160 N/mm ,满足要求。
2 2
[2*0.7
=26.32 N/mm <200N/mm满足要求
。
(4) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:233mm×180mm 3.上弦结点D
2
2
130 474.80 ▲ 400 2L140×90×10 106 736.71 ▲ 268 5-150 5-90 ▲ ▲ 5-110 5-70 2L75×10 296.21KN ▲ ▲ 2L40×5 201.47KN 图9 上弦节点\" \"
(1)斜杆Dc与节点的连接焊缝计算:N=296.21KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度 肢背:
0.720.7*296.21*1000/(2*0.7*5*200)+10=158.11mm, 取L=160mm
15
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肢尖:
0.32
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0.3*296.21*1000/2*0.7*5*200+10=74.47mm,取L=80mm
(2) 斜杆DE与节点的连接焊缝计算:N=201.47KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*201.47*1000/2*0.7*5*200+10=110.74mm, 取L=120mm
肢尖:
0.320.3*201.47*1000/2*0.7*5*200+10=53.17mm,取L2=60mm
(3)上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦节点板的上边缘可缩进上限肢背15mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,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:
1hf10mm5mm,hf10mm,l=400-2*10=380上弦与节点板间焊缝
2长度为:400mm,节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,这时槽焊缝肯定是安全的,可不必验算,肢尖焊缝验算为:
2*0.7 261.91*1000/2*0.7*10*380=49.23N/mm
2
2*0.76*261.91*1000*65/2*0.7*10*380*380 =50.53 N/mm
2
Nf τ2Mσfβf64.34N/mm2 <200 N/mm2 ,满足要求。 2(4) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:268mm×400mm
16
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4.上弦结点E
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180 736.71 ▲ 2L140×90×10
140 93 5 2L70×5 ▲ 736.711 54.45
竖杆
Ee与节点板连接焊缝计算:N=54.45KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.75 2 0.75*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=39.17mm, 取L=40mm
肢尖:
0.25 2 0.25*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=19.72mm,取L2=20mm
(6) 上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦
节点板的上边缘可缩进上限肢背8mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,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:
1上弦与节点板间焊缝长度为:180mm,hf10mm5mm,hf10mm,
2节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,验算为:
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[2*0.7 =58.05 N/mm <160 N/mm ,满足要求。
2 2
[2*0.7
=26.32 N/mm <200N/mm满足要求
。
(4) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:233mm×180mm
5.上弦F点
2
2
120 736.71 ▲ 380 2L140×90×10 98 ▲ 830.91 256 5-80 5-50 ▲ ▲ 5-40 5-30 2L36×5 ▲ 2L70×5 133.95KN ▲ 图9 上弦节点\" \" 60.44KN
(1)斜杆fg与节点的连接焊缝计算:N=60.44KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
18
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0.72
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0.7*60.44*1000/2*0.7*5*200+10=40.22mm, 取L=50mm
肢尖:
0.320.3*60.44*1000/2*0.7*5*200+10=22.95mm,取L2=30mm
(2)斜杆ef与节点的连接焊缝计算:N=133.95KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*133.95*1000/2*0.7*5*200+10=86.98mm, 取L=90mm
肢尖:
0.320.3*133.95*1000/2*0.7*5*200+10=38.70mm,取L=40mm
(3)上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦节点板的上边缘可缩进上限肢背15mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,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:
1hf10mm5mm,hf10mm,l=380-2*10=360上弦与节点板间焊缝
2长度为:380mm,节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,这时槽焊缝肯定是安全的,可不必验算,肢尖焊缝验算为:
2*0.7 94.20*1000/2*0.7*10*380=17.71N/mm
2
2*0.76*94.20*1000*65/2*0.7*10*380*380 =18.17 N/mm
2
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Nf τ2Mσfβf23.14 N/mm2 <200 N/mm2 ,满足要求。 2(4) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:256mm×380mm
6.上弦G点
180 2L140×90×10
830.91 ▲ 140 ▲ 830.91 93 5 2L56×5 54.45
(1)竖杆Gg与节点板连接焊缝计算:N=54.45KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.7 2 0.7*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=37.23mm, 取L=40mm
肢尖:
0.3 2 0.3*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=21.67mm,取L2=30mm
(2) 上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,
上弦节点板的上边缘可缩进上限肢背8mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,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:
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1hf10mm5mm,hf10mm,上弦与节点板间焊缝长度为:
2180mm,节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,验算为:
[2*0.7 =58.05 N/mm <160 N/mm ,满足要求。
[2*0.7 2 2
=26.32 N/mm <200N/mm满足要求
。
(3) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙
和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:233mm×180mm
7.上弦H点
110 830.91 ▲ ▲ 2
2
240 2L140×90×10 110 800.96 180 5-30 ▲ 5-30 ▲ 5-50 5-40 2L63×5 40.13KN ▲ \" 图9 上弦节点\" ▲ 2L70×5 80.70KN
(1) 斜杆gh与节点的连接焊缝计算:N=40.13KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,
21
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所需焊缝长度为: 肢背:
0.72
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0.7*40.13*1000/2*0.7*5*200+10=38.55mm, 取L=40mm
肢尖:
0.320.3*40.13*1000/2*0.7*5*200=30.21mm,取L=40mm
(2) 斜杆ih与节点的连接焊缝计算:N=80.70KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分
别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*80.70*1000/2*0.7*5*200+10=50.35mm, 取L=60mm
肢尖:
0.320.3*80.70*1000/2*0.7*5*200+10=27.29mm,取L=30mm
(3)上弦杆与节点板连接焊缝计算:为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦节点板的上边缘可缩进上限肢背15mm,用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算,计算时略去屋架上弦坡度的影响,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:
1hf10mm5mm,hf10mm,l=390-2*10=140上弦与节点板间焊缝
2长度为:140mm,节点荷载有槽焊缝承受,上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受,这时槽焊缝肯定是安全的,可不必验算,肢尖焊缝验算为:
2*0.7 29.95*1000/2*0.7*10*240+10=18.91N/mm
2
2*0.76*29.95*1000*65/2*0.7*10*240*240 =14.48 N/mm
22
2
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Nf τ足要求。
2Mσfβf244.8422 16.092<200 N/mm ,满40.20N/mm1.222(4) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:240*180mm 8.屋脊节点I(详见图)
5 2L140×90×10 944 15 15 5 2L140×90×10 800.96 ▲ ▲ 2L180×110×14 5 5 ▲ 5 5 5 2L40×5 ▲ 800.96 2L180×110×14 5 屋脊节点“I”
(7) 弦杆与节点板的连接焊缝.取肢背肢尖焊脚尺寸均为5mm,则杆端需要
的焊缝长度为: 肢背:
0.75 2
0.75*800.96*1000/2*0.7*5*200+10=439.09, 取
L=440mm
肢尖:
0.25 2 0.25*800.96*1000/2*0.7*5*200+10=153.03,取
23
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LW=160mm
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(8) 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,并便于施工焊接,需将拼接角钢的尖角削除,且截取垂直肢的一部分宽度Δ=t+hf+5mm=10+5+5=20mm。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上弦杆内力计算。N=-800.96KN,设焊缝肢尖,肢背焊脚尺寸为5mm,则所需焊缝计算长度为(一条焊缝):
4*0.7 800.96*1000/4*0.7*5*200=286.06 , 取
LW=290mm
拼接角钢的长度取:2×(290+10)+50=650mm
(9) 中竖杆与节点板的连接焊缝计算:N=105.63KN,取焊脚尺寸hf5mm。
肢背:
0.720.7*105.63*1000/2*0.7*5*200+10=32.64 , 取LW=40mm
肢尖:
0.320.3*111.28*1000/2*0.7*5*200+10=31.12 mm , 取LW=70mm
(10)弦杆与节点板的连接焊缝:上弦肢背与节点板用槽焊缝,假定节点荷
载,验算从略。
上弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按上弦杆内力的15%计算,
N=800.96*15%=120.14设焊肢尖,肢背焊脚尺寸为5mm,节点板长度为944mm,节点一侧弦杆焊缝的计算长度为:lw944510457mm,焊缝应力为:24*0.7120.14*1000/2*0.7*5*457=37.56 N/mm
2
2*0.76*120.14*1000*65/2*0.7*5*457*457=32.05 N/mm
2
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= 45.84N/mm< 200 N/mm,满足要求。
拼接角钢长度不小于2×(340+10)+10= 710mm
9.
22
下弦节点C点
54.45KN 374.62KN ▲ ▲ 296.21KN ▲ 2L70×5 2L70×5 2L75×10 5-110 5-190 ▲ ▲ ▲ ▲ 5 5-150 5-90 321 271.32 ▲ 40 112 2L100×63×10 图8 下弦节点\"c\"
341 165 ▲ 661.372 图七:下弦节点“c”
(1) 斜杆Bc与节点的连接焊缝计算:N=374.62KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.72 0.7*374.62*1000/2*0.7*5*200+10=197.31mm, 取L=200mm
肢尖:
0.320.3*374.62*1000/2*0.7*5*200+10=90.28mm,取L2=91mm
(2) 斜杆Dc与节点的连接焊缝计算:N=296.21KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度
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肢背:
0.72
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0.7*296.21*1000/2*0.7*5*200+10=158.11mm, 取L=160mm
肢尖:
0.320.3*296.21*1000/2*0.7*5*200+10=73.47mm,取L=80mm
(3) 竖杆Cc与节点板连接焊缝计算:N=54.45KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=37.23mm, 取L=40mm
肢尖:
0.320.3*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=21.67mm,取L2=30mm
(4) 下弦杆与节点板连接焊缝计算:焊缝受力为左右下弦杆的内力差
N=627.81-257.55=370.26KN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为:
肢背:
0.75 2 0.75*370.26*1000/2*0.7*5*200+10=208.35mm, 取L=210mm
肢尖:
0.25 2 0.25*370.26*1000/2*0.7*5*200+10=76.12mm,取L2=80mm
(5) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙合制
作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:321mm×341mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为:341mm,hf=5mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=627.81-257.55=370.26KN,受力较大处的焊缝应力为:
26
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2
tf=0.75*370.26*1000/2*0.7*5*(341-10)=119.85<200 N/mm,焊缝强度满足要求。
10.下弦节点E点
54.45KN 201.47KN ▲ ▲ 133.95KN ▲ 2L40×5 2L70×5 2L75×10 5-60 5-120 ▲ ▲ ▲ ▲ 5 5-50 5-90 301 627.81 ▲ 40 112 2L100×63×10 图8 下弦节点\" \"
321 145 ▲
797.69
(1)斜杆DE与节点的连接焊缝计算:N=201.47KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*201.47*1000/2*0.7*5*200+10=110.74mm, 取L=120mm
肢尖:
0.320.3*201.47*1000/2*0.7*5*200+10=53.17mm,取L2=60mm
(2)斜杆ef与节点的连接焊缝计算:N=133.95KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*133.95*1000/2*0.7*5*200+10=76.98mm, 取L=80mm
27
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肢尖:
0.32
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0.3*133.95*1000/2*0.7*5*200+10=38.70mm,取L=40mm
(3) 竖杆ee与节点板连接焊缝计算:N=54.45KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=37.23mm, 取L=40mm
肢尖:
0.320.3*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=21.67mm,取L2=30mm
(4) 下弦杆与节点板连接焊缝计算:焊缝受力为左右下弦杆的内力差
N=797.69-627.81=169.88KN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为:
肢背:
0.720.7*169.88*1000/2*0.7*5*200+10=94.94mm, 取L=100mm
肢尖:
0.320.3*169.88*1000/2*0.7*5*200+10=46.40mm,取L2=50mm
(5) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙合制
作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:301mm×321mm下弦与节点板连接的焊缝长度为:321mm,hf=5mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差,N=797.69-627.81=169.88KN力较大处的焊缝应力为:
tf=0.75*169.88*1000/2*0.7*5*(321-10)=58.53<200 N/mm,焊缝强度满足
2
要求。
11.下弦节点g点
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54.45KN 69.34KN ▲ ▲ 40.13KN ▲ 2L36×5 2L56×5 2L63×5 5-30 5-40 ▲ ▲ ▲ ▲ 5 5-20 5-30 281 826.01 797.69 ▲ 40 102 2L100×63×10 图8 下弦节点\" \"
301 136 ▲
(1)斜杆fg与节点的连接焊缝计算:N=69.34KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*69.34*1000/2*0.7*5*200+10=44.67mm, 取L=50mm
肢尖:
0.320.3*69.34*1000/2*0.7*5*200+10=24.86mm,取L2=30mm
(2) 斜杆gh与节点的连接焊缝计算:N=40.13KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分
别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*40.13*1000/2*0.7*5*200+10=30.07mm, 取L=40mm
肢尖:
0.320.3*40.13*1000/2*0.7*5*200+10=18.60mm,取L=20mm
(3) 竖杆gg与节点板连接焊缝计算:N=54.45KN
29
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设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=37.23mm, 取L=40mm
肢尖:
0.320.3*54.45*1000/2*0.7*5*200+10=21.67mm,取L2=30mm
(4) 下弦杆与节点板连接焊缝计算:焊缝受力为左右下弦杆的内力差
N=826.01-797.69=28.32KN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为5mm和5mm,所需焊缝长度为:
肢背:
0.720.7*28.32*1000/2*0.7*5*200+10=24.16mm, 取L=30mm
肢尖:
0.320.3*28.32*1000/2*0.7*5*200+10=16.07mm,取L2=20mm
(5) 节点板尺寸:根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙合制
作装配等误差,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为:301mm×281mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为:321mm,hf=5mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差,N=826.01-797.69=28.32KN力较大处的焊缝应力为:
tf=0.75*28.32*1000/2*0.7*5*(321-10)=9.76<200 N/mm,焊缝强
2
度满足要求。
12.下弦跨中节点“i”(详见图)
30
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图十:下弦跨中点“a”
(1)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算:拼接角钢领域下弦杆截面相同,传递内力N=826.01KN
设肢尖,肢背焊脚尺寸为5mm,则需焊缝长度为:
0.72 826.01*1000/4*0.7*5*200+10=305.00mm,取L=310mm
拼接角钢长度不小于2×(310+10)+10= 650mm
肢尖节切去Δ=t+hf+5mm=10+5+5=20mm,并将竖肢切口后经热弯成型对焊。
(2) 弦杆与节点板连接焊缝计算:按下弦杆内力的15%计算,N=826.01×
15%=123.90KN
设肢背,肢尖焊脚尺寸为5mm,弦杆一侧需焊缝长度为: 肢背:
0.720.7*123.90*1000/2*0.7*5*200+10=71.95mm, 取L=80mm
31
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肢尖:
0.32
明德博学、勤奋求实
0.3*123.90*1000/2*0.7*5*200+10=36.55mm,取L2=40mm
(3) 腹杆与节点板连接焊缝计算:
计算过程与以上节点相同,本设计省略计算。
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,左办边的上弦,斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊接,而右半边的上弦,斜杆与节点板的连接用工地焊接。
13.端部支座节点a(详见图)
图十一:支座节点“a”
为了便于施焊,下弦杆角钢水平肢的底面与支座板的净距离取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,厚度同端部节点板为12mm。
(1) 支座底板计算:
支座反力R=54.45×5+2×0.5×54.45=326.7KN
取加劲肋的宽度为80mm,考虑底板上开孔,按构造要求取底板尺寸为280mm×380mm,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:An=280×(2
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×80+12)=48160mm
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验算柱顶混领土的抗压强度:
R344.161032 7.15N/mm2fc14.3N/mm(满足)An48160底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块,没块板为两边支撑而另两块相仿边自由的板,第块板的单位宽度的最弯矩为:
Ma12式中,σ为底板下的平均应力为:7.15N/mm2a1为两支承变之间的
对角线长度:a1(210-122)802219mm,β为系数,由b1/a1查表而定,b12为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离。计算得:b1=82mm,b1/a1=0.374,查表得β=0.027,则Ma120.0277.1521929258.87Nmm底板厚度
t6M69258.8713.38mm,取14mm(2)加劲肋与节点板的连接焊缝计f310算:
加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似,偏于安全地假设一个加劲肋的受力桁架支反力的1/4,则焊缝受力:V=326700/4=81675N M=Ve=81675×25=2.042×106N·mm 设焊缝尺寸为6mm,焊缝长度210mm,
NτfV8640451.43N/mm2
20.7hflw20.762006M6215100038.41N/mm2 2220.7hflw20.76200Nσf38.412251.43261.78N/mm200N/mm,满足要求。加劲肋
1.222肋部210mm即可。
(3)节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算:
设底板练剑焊缝传递全部支座反力R=326.7KN,其中没快加劲肋各传
R/4=81.68KN,节点板传递R/2=163.35KN,节点板与底板的连接焊缝长度:lw=
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2×(280-10)=540mm,所需焊脚尺寸为: h=163350/(0.7*540*200*1.22)=1.77mm ,故取hf=6mm。
每快加劲肋与底板的连接焊缝长度为:lw=2×(100-10-20)=140mm 所需焊脚尺寸:h=81680/(0.7*140*200*1.22)=3.42mm,取hf=6mm, 节点板,加劲肋与底板的连接焊缝总长度:
lw=2×(280-10)+4×(80-10-20)=740mm,
验算焊缝应力:
Q=326700/(0.7*740*6*1.22)=86.16N/ mm
(4)下弦杆,腹杆与节点板的连接焊缝计算;杆件与节点板连接焊缝的计算以上几个节点计算相同,本设计计算过程从略。
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