鋼筋結(jié)構(gòu)梯形屋架課程設(shè)計計算書

1、.淮陰工學(xué)院課程設(shè)計計算說明書課程名稱 ：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理設(shè)計題目 ：某梯形鋼屋架設(shè)計專業(yè)層次 ：土木工程 （本科 ）班級：土木 1081姓名：薛倩倩學(xué)號：1081401137. 下載可編輯 .指導(dǎo)老師 ：孫文彬2010年 12月1、設(shè)計資料1）某廠房跨度為 24m ，總長 90m ，柱距 6m ，屋架下弦標(biāo)高為 18m 。2 ）屋架鉸支于鋼筋混凝土柱頂，上柱截面400 400 混，凝土強度等級為C30。3）屋面采用 1.5 6m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（屋面板不考慮作為支撐用）。4）該車間所屬地區(qū)遼寧省阜新市。5）采用梯形鋼屋架 。考慮靜載 ： 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板（包括嵌縫 ） 二氈三

2、油防水層 20mm 厚水泥砂漿找 60mm 泡沫混凝土保溫層 支撐重量 ；考慮活載 ： 活載6）地震設(shè)防烈度為 77）鋼材選用 Q235 鋼，焊條為 E43 型 。. 下載可編輯 .2、屋架形式和幾何尺寸屋面材料為大型屋面板 ，故采用無檁體系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10 ；屋架計算跨度 L0 24000 30023700mm ；端部高度取 H=1990mm ，中部高度取 H=3190mm （為 L0/7.4 ）。屋架幾何尺寸如圖1 所示：508 1508 15081 50815081 508I150 915081FGHD0ABC096059993002923903252513183319

3、59883273592622510拱108299a起150135 0cegI150 0 8=1 2000圖 1 ：24 米跨屋架幾何尺寸三、支撐布置由于房屋長度有60 米，故在房屋兩端及中間設(shè)置上、下橫向水平支撐和屋架兩端及跨中三處設(shè)置垂直支撐。其他屋架則在垂直支撐處分別于上、下弦設(shè)置三道系桿，其中屋脊和兩支座處為剛性系桿，其余三道為柔性系桿 。（ 如圖 2 所示）. 下載可編輯 .上弦平面支撐布置屋架和下弦平面支撐布置. 下載可編輯 .垂直支撐布置4、設(shè)計屋架荷載屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算 。 由于風(fēng)荷載為 0.35kN/m2 小于 0

4、.49kN/m 2 ，故不考慮風(fēng)荷載的影響 。沿屋面分布的永久荷載乘以 1 cos112 1 111 .004 換算為沿水平投影面分布的荷載 。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐 ）按經(jīng)驗公式（ Pw =0.12+0.011 跨度）計算，跨度單位為 m 。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載 ：二氈三油防水層1.004x0.35=0.351kN/m220mm 厚水泥砂漿找平層1.004x 0.4=0.402kN/m260mm 厚泡沫混凝土保溫層1.004x 0.06x 6=0.36kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 （包括灌縫 ）1.004x 1.4=1.406kN/m2屋架和支撐自重為0.120+0.011x24

5、=0.384kN/m 2_共 2.90kN/m 2標(biāo)準(zhǔn)可變荷載 ：屋面活荷載0.7kN/m 2. 下載可編輯 .積灰荷載0.75kN/m 2雪荷載0.5kN/m 2_共1.95kN/m 2考慮以下三種荷載組合 全跨永久荷載 + 全跨可變荷載 全跨永久荷載 + 半跨可變荷載 全跨桁架 、天窗架和支撐自重 + 半跨屋面板自重 + 半跨屋面活荷載（ 1）全跨永久荷載 + 全跨可變荷載 （按永久荷載效應(yīng)控制的組合 ）全跨節(jié)點荷載設(shè)計值 ：F=(1.35x 2.90kN/m 2 +1.4x 0.7x 0.7kN/m 2 +1.4x 0.9x 0.75kN/m 2 )x 1.5mx6m=49.91kN（

6、2）全跨永久荷載 + 半跨可變荷載全跨永久荷載設(shè)計值 ：對結(jié)構(gòu)不利時 ：F1, 21.352.90KN / m21.5m6m35.235KN （按永久荷載效應(yīng)控制的組合）F1, 21.22.90KN / m21.5m6m31.32KN （按 可變 荷載 效應(yīng) 控制的組合）對結(jié)構(gòu)有利時 ： F1.02.90KN / m2 1.5m6m26.1KN1, 3半跨可變荷載設(shè)計值 ：F2,1 1.4 0.7 0.7KN / m20.9 0.75KN / m21.5m6m 14.68KN 按永久荷載效應(yīng)控制的 組. 下載可編輯 .2F2,21.40.70.90.75 k N m1.5m6m=17.33k

7、N（按可變荷載效應(yīng)控制的組合）（ 3）全跨桁架包括支撐自重 + 半跨屋面板自重 + 半跨屋面活荷載 （按可變荷載效應(yīng)控制的組合 ）全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時 ： F3,11.2 0.384kN m21.5m6m=4.15kN對結(jié)構(gòu)有利時 ： F3,21.0 0.384kN m21.5m6m=3.46kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值 ：F4 1.2 1.4 kN m 21.4 0.7 kN m 21.5m6m=23.94kN5、屋架桿件內(nèi)力計算用圖解法先求出全垮和半跨單位節(jié)點荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)，然后乘以實際的節(jié)點荷載，屋架在上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿 、豎桿和靠近兩

8、端的斜腹桿，內(nèi)力均達(dá)到最大 ，在第二種和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號。因此，在全垮荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計算 ，而在半跨荷載作用下僅需計算靠近跨中的斜腹桿內(nèi)力。如圖：. 下載可編輯 .計算結(jié)果列于下表 ：內(nèi)力系數(shù) （ F=1 ）第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力 /KN桿 件 名第一種組全 跨左半右半合 FF1 F1 F3 F3 稱最大壓力最大拉力跨 跨 +F2 +F2 +F4 +F4 AB000000000-6.2-2.4-378.46-363.21-339.87-185.78-378.46BD-8.7257-95.29522492-13.5-9.0-4.

9、4-587.22-559.50-531.41-272.52-163.60-587.22DF上349421924弦-15.2-9.1-6.0-662.30-624.70-605.69-282.81-209.08-662.30FH679893618-14.7-7.3-7.3-638.43-593.18-593.18-237.68-237.68-638.43HI188822338ac4.733.481.25205.290197.572183.804102.92749.541205.29下 ce11.5383.53500.420478.626451.028239.337132.325500.42弦14

10、.659.345.31635.833603.050578.168284.356187.878635.833eggi15.178.446.73斜-6.5-2.3aB-8.87腹34658.402616.851606.294264.967224.029658.402-384.97-370.52-344.65-193.11-384.97-92.80525642. 下載可編輯 .桿Bc6.884.762.12298.603285.514269.215142.48779.286298.603-3.1-2.0Dc-5.4443-236.10-221.90-215.05-236.10-97.732-71.1

11、595515De3.71.91.8-1.7Fe-2.460.715-0.4160.586149.473148.85560.83158.437160.586-106.76-102.38-106.76-87.1966.795-52.0976.795848Fg1.111.5648.17638.54450.954-6.17041.950-6.1750.9545-1.5Hg0.021.5530.86810.314-8.70237.190-36.545-36.54537.19-2.4Hi-1.081.39-46.874-55.456-31.624-63.61128.798-63.61128.7987Aa-

12、0.5-0.50-21.701-21.701-18.614-14.044-2.074-21.701Cc-1-10-43.402-43.402-37.228-28.087-4.147-43.402豎Ee-1-10-43.402-43.402-37.228-28.087-4.147-43.402桿Gg-1-10-43.402-43.402-37.228-28.087-4.147-43.402II2.930.970.97127.167115.066115.06635.37335.373127.1676、桿件截面選擇 上弦桿整個上弦桿采用等截面，按 FH 桿件的最大內(nèi)力計算，即 N FH=959.02

13、7kN ，上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)： 為節(jié)間軸線長度，即 l0x =l0=1.085m ，在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支持布置和內(nèi)力變化情況，取 l0y 為支. 下載可編輯 .撐點間的距離，即 l0y =3 1.085=3.255m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并 。 如圖所示。腹桿最大內(nèi)力N=509.577KN ，查表 ，中間節(jié)點板厚度選用10mm ，支座節(jié)點板厚度選用12mm 。設(shè) 60 ， 查Q235 鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得 0.807 ， 則 需 要 的 截 面 積 為A=N/ f=959.027100

14、0/0.807 215=3817.2 mm 2需要的回轉(zhuǎn)半徑： ixreq =l 0x / 1.085 / 60m=17.9mmi yreq =l 0y / 3.255 / 60m=54.25mm根據(jù)需要的A 、ix 、 i y 查角鋼規(guī)格表，選用 2 L 160 10 012 ，肢背間距a 8mm ，則A = 60.11cm2， ix = 2.82cm ， iy = 7.67cm截面驗算 ：x=l 0 x / ix=108.5 /2.82=38.48150（滿足）y=l 0y/i y=325.5/7.67=58.75 150 （滿足）. 下載可編輯 .xx上弦截面由于y x，只需求 y 。

15、查表 y =0.814 ，則350.64 102） 160.67 N/mm2 f=215 N/mm2（滿足）N / A=662.308 10 /( 0.814 下弦桿整個下弦桿采用等截面，按最大內(nèi)力所在的桿計算， N=946.485kN計算 。 l0x=230cm ，l 0y= 1135cm。所需截面積32A req =N / f =946.485 10 /215 =4402.3mm查角鋼規(guī)格表，選用 2 L160 100 10，因 l0y l0 x，故用不等肢角鋼，短肢相并 。肢背間距a 10mm ，則A = 50.63cm2， ix = 2.846cm ，iy = 7.62cmx=l 0

16、x / ix=230 /2.846=80.8 350(滿足 )y=l 0y / i y=1135 /7.62=186.67 350(滿足 ). 下載可編輯 .xx下弦截面 端斜桿 aB 桿桿件軸力 ：N=-384.972 kN ，計算長度 ： l0x l0y 2535mm ，因為l0x l 0y ，故用不等肢角鋼，長肢相并 ，使 ixi y 。選用 2140 9010，則 A=44.52cm 2， i x=4.47cm ， iy=3.74cmx=l 0 x / ix=2535 /44.7 =56.7 150(滿足 )y=l 0y / i y=2535 /37.4 =67.8，xN /A= 38

17、4972 /（0.764 44.52 102 ） 113.2 N/mm2 f=215 N/mm2（滿足 ）. 下載可編輯 .10Ba桿截面 斜腹桿 Hi最大拉力N1=28.798KN最大壓力N2= -63.611KN計算長度 ：l0x=3370mm， l0y= l 1 (0.75+0.25N2/N1)=4388mm選用 275 5， i x =2.33cm ， iy =3.52cm ， A=14.82 cm2x=l 0x / i x=337 /2.33 =144.6 150(滿足 )y=l 0y / i y=438.8 /3.52=124.7 150(滿足 )因為xy，只需求 x ，查表得 x

18、 =0.327 。則壓應(yīng)力 N / A=63611/(0.327 1482)=131.26 N/mm 2 215 N/mm2拉應(yīng)力 N/A=28798/1482=19.4 N/mm2 215 N/mm2. 下載可編輯 .8xx708yBc桿截面(5) 豎桿 Gg 桿N Gg = -43.402kN ， l0x 0.8 289231.2cm ， l 0y 289cm.宜按壓桿的容許長細(xì)比進(jìn)行控制?，F(xiàn)選用 2 63 5，查附表 ， A 26.14=12.28 cm 2 ，ix 1.94cm ， iy=2.89cmx=l 0 x / ix=231.2 /1.94=119.2 150(滿足 )y=l

19、0y / i y=289 / 2.89= 100 150(滿足 )x=0.441 y =0.555N / A=43402 /(0.441 12.2810 2)=80.1 N/mm2f=215 N/mm2 （滿足 ）. 下載可編輯 .y8xx635yGg桿截面設(shè)三塊墊板 ， ld 231.2/4=57.8 40i 40 2.89 115.6cm （ i 為 2.89cm ） Aa 桿N Aa = -21.701KN, l0x l0y =199cm,選用 2 63 5，查附表 ，A26.14=12.28 cm 2 ， ix 1.94cm ， iy=2.89cmx=l 0 x / i x=199/1

20、.94=102.6 150 ( 滿足 )y=l 0y / i y=199/2.89=68.9 150(滿足)x=0.54 y=0.757N / A=21701 /(0.54 12.28102 )=32.7 N/mm2f=215 N/mm2（滿足 ）. 下載可編輯 .y8xx635yAa桿截面設(shè)兩塊墊板 ， ld 199/3=66.3 40i 40 2.89 115.6cm （ i 為 2.89cm ）其他桿截面見下表，選用時一般腹桿按2 70 8，豎桿選 2 63 5不等肢角鋼長肢相并的T 型截面 ，腹桿采用兩個等肢角鋼組成的T 型截面 。. 下載可編輯 .屋架桿件截.下載可編輯 .計算長度回

21、轉(zhuǎn)半徑容長細(xì)比（ cm ）.截面面.許（ cm ）穩(wěn)定計算應(yīng)力桿件內(nèi)力截面形式和規(guī)積長系數(shù)（ N/mm 2名稱（ kN ）格（ cm 2細(xì)面選擇表l0xl0yixiyxy yzmin）比 上452.2L160 100 2.815弦 AI-662.308150.850.647.752.958.750.814160.6741050桿下2.26.035ai658.40215011852L125 80 831.9865.8195.2弦870253.2L140 90 14.43.715aB-384.972253.544.5256.767.80.764113.250740208.6260.2.13.235

22、Bc298.6032L70821.498.41580.7430.56513.9534148230228.7285.2.13.2107.8815Dc-236.1052L70821.488.5140.50621.8042292370D228.7285.2.13.2107.8835斜160.5862L70821.488.5140.5067.504019e292370.注：上弦桿和下弦桿采用的是不等肢角鋼短肢相并的T 型截面形式 ，支座斜桿桿采用的是.下載可編輯 .7、節(jié)點設(shè)計在確定節(jié)點板的形狀和尺寸時，需要斜腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度。先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計算公式為 ：l1K1 N2

23、h f20.7h f 1 f fw角鋼肢背所需焊縫長度l1 ：l 2K 2 N2hfl 220.7h f 2f fw角鋼肢尖所需焊縫長度：如腹桿 aB，設(shè)計桿力 N -384.972kN ，設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸各為h f1 8mm ， h f2 6mm 。 因 aB 桿系不等邊 ，角鋼與長肢相連 ，故 K1 2/3 ， K2 1/3 。則 ：l 1 (0.667384.9723 0.7 8 160)+2159mm 8=取 l1 130mm 10)/(2l 2 (0.333384.9723 0.7 6 160)+12=107mm 取 l2 90mm 10)/(2其它腹桿所需焊縫長度的計算結(jié)果見

24、下表。未列入表中的腹桿均因桿力很小，可按構(gòu)造取肢尖 : h f 1.5 t1.510 51f+10 8 5+10 50 mmmm ， l 8h肢背 ： hf 6mm, l 2 60mm腹桿焊縫尺寸：設(shè)計內(nèi)力肢背焊縫肢尖焊縫桿件 名稱（ kN ）1（ mm ）t（ mm ）2t（ mm ）lhl （ mm ）haB-384.9721308906Bc298.6031406605cD-236.1051006505De160.586706605. 下載可編輯 .表中 1 l、1 2 為取整后數(shù)值1 、下弦節(jié)點 “ c ”按表3 所列 Bc、 cD 桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形

25、狀和尺寸。 由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為325mm ，焊腳尺寸hf 6mm ，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差 N N ac-N ce 205.29-500.42 -295.13kN。驗算肢背焊縫的強度 ：fK1N/(2 0.7helw)=(0.667952.13 ) 310/2 0.7 6 -12)=74(325.87N/mm2f w f=160N/mm2（滿足）NN=37.17KNN=1.883K63. 883KN=2152 635N2 7082 7086 1406100660550021006368N=152.397KN72N=362.184KN10022301651601下弦節(jié)點c

26、2 下弦結(jié)點 “ e ”按表3 所列De、 Fe 桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸。 由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為300mm ，焊腳尺寸hf 6mm ，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差 N N ce-N eg 500.42-635.833 -135.413kN 。 驗算肢背焊縫的強度：f K1 N/(2 0.7helw)=(0.667 135.3 0.7 6)=35300.8fwf=160 N/mm2413 10)/(2（滿足）. 下載可編輯 . 779KNN=37.17KNN=58. 431KN=1032 635N2 7082 635670660660650

27、6942 10070N=362.184KN101N=444.63KN10622301401601下弦節(jié)點 e3 . 下弦結(jié)點 “ g ”按表 3 所列 Hg 、Fg 桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸 。 由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為300mm ，焊腳尺寸hf 6mm ，焊縫承受節(jié)點左 、右弦桿的內(nèi)力差N N eg-N gi 635.833-658.402 22.569N 。 驗算肢背焊縫的強度： K1 N /(23 0.7 6 =6.300)fwN/mm2 0.7h l)=(0.667 22.569 10)/(2f=160fe w（滿足）. 下載可編輯 .=

28、N=37.17KNN=2N6. 5N02KN2K2 63512.192 6352 6356 6066055055002 1006360N= 72N=437.62KN444.63KN10022301401601下弦節(jié)點 g4 上弦結(jié)點 “ B”按表 3 所列腹桿 Ba、 cB 所需焊縫長度 ，確定節(jié)點板形狀和尺寸。采用塞焊 ，結(jié)點板伸出上弦肢背 8mm ，量得上弦與節(jié)點板的焊縫長度為330mm ， h f 5mm ，塞焊強度P43.4101010N/mm 2f wf =160ff (2 0.7 h fl l wl )1.22 20.715.95 320N/mm 2 （滿足）由弦桿與節(jié)點板的四條焊

29、縫共同承受節(jié)點集中荷載P 43.4kN , h f=8mm弦桿內(nèi)力差 N N BC-N AB 378.462-0 378.462kN 和由其產(chǎn)生的偏心彎矩M=(N 1-N 2 )e的共同作用，則焊縫強度為 ：N N /23 0.7 8 320) 0.7hflw= =378.462 10/(2105.6 N/mm22322f =M/W W =6M/(2 0.7 flhw=)=6 378.462 10 55/(2 0.7 8)=95320.N/mm2/1.22)2)0.5=131.35 N/mm2fw2( f+( Mf=160 N/mm（滿足）. 下載可編輯 .200 130120N=0KN2 11070 10 8 1306 90B110N=277.73KN68 1006 702125808 708 2N=285. 61KNN=88KN215.上弦節(jié)點 B5 上弦結(jié)點 “ D”按表 3 所列