鋼結構梯形屋架課程設計計算書(絕對完整)

1、知識是人類進步的階梯第一章：設計資料某單跨單層廠房，跨度 L=24m,長度54m柱距6m廠房內(nèi)無吊車、無振動設備，屋架較接于混凝土柱上，屋面采用1.5*6.0m太空輕質大型屋面板。鋼材采用Q235- BF,焊條采用E43型，手工焊。柱網(wǎng)布置如圖2.1所示，桿件容許長度比：屋架壓桿1】=150屋架拉桿【】=350。第二章：結構形式與布置2.1 柱網(wǎng)布置圖2.1柱網(wǎng)布置圖2.2 屋架形式及幾何尺寸由于采用大型屋面板和油氈防水屋面，故選用平坡梯形鋼屋架，未考慮起拱時的上弦坡度i= 1/10o屋架跨度l = 24m,每端支座縮進 0.15m,計算跨度lo= l 2*0.15m = 23.7m ;端部高

2、度取Ho=2m,中部高度H = 3.2m；起拱按f= lo/500,取50mm,起拱后的上弦坡度為 1/9.6。配合大型屋面板尺寸（1.5*6m）,采用鋼屋架間距B=6m,上弦節(jié)間尺寸 1.5m。選用屋架的桿件布置和尺寸如施工圖所示。圖2.2屋架的桿件尺寸2.3 支撐布置由于房屋較短，僅在房屋兩端5.5m開間內(nèi)布置上、下弦橫向水平支撐以及兩端和中央垂直支撐，不設縱向水平支撐。中間各屋架用系桿聯(lián)系，上下弦各在兩端和中央設3道系桿，其中上弦屋脊處與下弦支座共三道為剛性系桿。所有屋架采用統(tǒng)一規(guī)格，但因支撐孔和支撐連接板的不同分為三個編號：中部6根為WJ1a，設6道系桿的連接板，端部第2根為WJ1b,

3、需另加橫向水平支撐的的連接螺栓孔和支撐橫桿連接板； 端部根（共兩根）為 WJ1c。圖2.3上弦平面219*6000211-1XX2-2圖2.3下弦平面與剖面第三章：荷載計算及桿件內(nèi)力計算3.1 屋架荷載計算表3.1屋架荷載計算表分類荷載項目名稱荷載大小(KN/m 2)組合系數(shù)(KN/m 2)組合值(KN/m2)恒載1太空輕質大型屋面板0.851.351.1482防水層0.100.1353屋架及支撐自重0.150.2034懸掛管道0.050.068和1.151.553屋血活何載0.51.40.70總何載2.253.2 屋架桿件內(nèi)力系數(shù)屋架上弦左半跨單位節(jié)點荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)經(jīng)計算如圖所示。

4、屋架上弦左半跨單位節(jié)點荷 載、右半跨單位節(jié)點荷載、全跨單位節(jié)點荷載作用下的屋架左半跨桿件的內(nèi)力系數(shù)kL、kR、k (=kL+kR)按圖3.1所不并已抄入表 3.2中。屋架內(nèi)力系數(shù)圖3.3 桿件內(nèi)力組合組合一全部恒、活荷載全部恒、活荷載：q=2.25KN/m2, F=2.25*1.5*6=20.25KN,桿件組合內(nèi)力N i=20.25k (KN)組合二全跨恒荷載、半跨活荷載(相應于全垮恒、活荷載減去半跨活荷載)活荷載：q=0.7KN/m2, F=0.7*1.5*6=6.3KN,桿件組合內(nèi)力 N2= Ni-6.3k l,r (KN組合三全跨屋架和支撐重、半跨屋面板重和活荷載：屋架和支撐重：q=0.

5、15*1.35 =0.20KN/m 2, F=0.2*1.5*6=1.8KN,活荷載：q=1.0*1.35+0.7 = 2.05KN/m 2 , F=2.05*1.5*6=18.45KN,桿件組合內(nèi)力 N3= 1.8k+18.45 kL,R (KN)桿件內(nèi)力組合見表3.2,其中第二、三組合對個別kL、kR正負號的桿件計算，因為這種情況下第二、三組合的弦桿左右節(jié)間內(nèi)力差 AN (設計弦桿焊縫用)將大于第一組合的 AN。表3.2屋架桿件內(nèi)力組合表桿件內(nèi)力系數(shù)組合一組合二組合三內(nèi)力設計值全恒活全恒+半活全垮屋架和支撐重半跨屋囿板重和活何載KkL、kRNi=20.25k6.3kL(kr)N2(1)-(

6、1.8k(3)18.45kL(kR)N3(3)+(N(1)(2)2)(4)4)上弦桿AB0000BD-8.729-6.253-2.476-176.762-176.762DF-13.522-9.036-4.486-273.821-273.821FH-15.227-9.152-6.075-308.347-57.658-38.273-250.68-27.074-27.409-168.854-112.084-196.26-139.49-308.347HK-14.724-7.362-7.362-298.161-46.381-46.381-251.78-251.78-26.503-135.829-135.

7、829-162.33-162.33-298.161下弦桿ac4.7393.4891.25095.96595.965ce11.5247.9993.525233.361233.361eg14.6219.3245.297296.07558.74133.371237.33260.7026.318172.02897.730198.346124.047296.075gk15.1328.4166.716306.42353.02142.311253.40264.1127.238155.275123.91182.513151.148306.423斜桿aB-8.872-6.532-2.340-179.658-17

8、9.658Bc6.7794.6672.112137.275137.275cD-5.424-3.395-2.029-109.836-109.836De3.6831.8921.79174.58174.581eF-2.486-0.697-1.789-50.342-50.342Fg1.101-0.45622.295-2.87325.1681.982-8.413-6.431-6.4311.5579.80912.48628.72730.70830.708gH0.0381.560-1.5220.76959.828-9.589-9.05910.3580.06828.782-28.081280.850-28.0

9、1328.850-28.013Hk-1.096-2.4741.378-22.194-15.5868.681-6.608-30.875-1.973-45.64525.424-47.61823.451-47.61823.451豎桿Aa-0.5-0.50-10.125-10.125CcGgEe-1.0-1.00-20.25-20.25Kk1.9660.9830.98339.81239.812支座反力R86.0251.975162.00162.00第四章：屋架桿件截面選型由表3.2知，腹桿最大內(nèi)力 N = -179.658KN,查得采用節(jié)點板厚 t= 8mm,但支座節(jié)點板加厚為12mm。4.1桿件截面

10、選型上弦桿AK為受壓桿，先假設 max 90 , b類截面 =0.714, f=215N/mm2,A=N/ f=308347N/0.714*215N/ mm2= 2008.644mm2,ix 以/ max = 1508/90=16.75mm , iy l°y/ max =3016/90=33.51mm查課本上冊附表四，選用L100*80*6 ,短肢相并雙角鋼。各桿件選型均按此法，計算數(shù)據(jù)如表4.1、4.2,選型見表4.3。表4.1受拉桿件截面選型及強度驗算表桿類桿號內(nèi)力所需截面積l 0xl 0yixiy截面選型截面積ixiyxxmax* A應力 215滿足要求a B-179.658-

11、1694.8872539253923.08223.082L75*6176023.134.6109.91373.382109.9130.493867.680-207.056c D-109.836-1036.1892298287320.89126.118L63*5122819.428.9118.45499.412118.4540.447548.916-200.096壓e F-50.342-474.9252506313222.78228.473L63*5122819.428.9129.175108.374129.1750.392481.376-104.579桿H k-47.618-449.22621

12、79339919.80930.900L63*5122819.428.9112.32C117.612117.6120.453556.284-85.600等A a-10.125-95.5192015201518.31818.318L56*5108217.226.2117.15176.908117.1510.453490.146-20.657肢C c-20.250-191.0381840230016.72720.909L56*5108217.226.2106.97787.786106.9770.511552.902-36.625E e-20.250-191.0382080260018.90923.6

13、36L56*5108217.226.2120.93099.237120.9300.432467.424-43.323G g-20.250-191.0382320290021.09126.364L56*5108217.226.2134.884110.687134.8840.365394.930-51.275表4.2受壓桿件截面選型及強度驗算表桿類桿號內(nèi)力所需截面積截面選型截面積ixiyxx應力 215滿足要求拉B c137.275638.488L45*469813.821.6152.029121.389196.669D e74.581346.888L45*469813.821.6166.5221

14、33.009106.850桿F g30.708142.828L45*469813.821.6181.594145.00043.994等g H28.850134.186L45*469813.821.6197.029157.36141.332月支K k39.812185.172L45*469813.821.6208.696133.33357.037表4.3屋架桿件截面選型表桿件內(nèi)力設計值(KN )幾何長度l(mm計算長度(mm)敝面形式及規(guī)格A回轉半徑mm長細比穩(wěn)定系數(shù)應力設計值l0xl0yixiyxyxy弦 AK-308.347150815083016L100*80*6212024.046.16

15、2.8365.420.780186.47桿 ak306.4233000300011850L90*56*5144215.944.7188.68265.1212.50aB-179.658253925392539L90*56*7196615.723.223.4109.440.499-207.05斜 Bc137.275262220982622L45*469813.821.621.6121.389196.669桿 cD-109.836287322982873L63*5122819.428.9118.45499.410.447-200.09De74.581287322982873L45*469813.82

16、1.6166.522133.009106.850知識是人類進步的階梯eF-50.342313225063132L63*5122819.428.9129.175108.3740.392-104.579Fg-6.43130.708313225063132L45*469813.821.6181.594145.0043.994gH28.850-28.013339927163399L45*469813.821.6197.029157.36141.332Hk-47.61823.451339927193399L63*5122819.428.9112.32117.6120.453-85.6豎桿Aa-10.12

17、5201520152015L56*5108217.226.2117.15176.910.453-20.657Cc-20.25230018402300L56*5108217.226.2106.97787.7860.511-36.625Ee-20.25260020802600L56*5108217.226.2120.93099.2370.432-43.323Gg-20.25290023202900L56*5108217.226.2134.884110.6870.365-51.275Kk39.81232002880L45*469813.821.6208.696133.3357.037注：Q)節(jié)點板t

18、8mm,(腹桿最大內(nèi)力 Nmax=-179.658KN);f =215N/m市 壓桿1】=150,拉桿【】=350;第五章：屋架桿件焊縫計算5.1 腹桿焊縫計算表5.1腹桿焊縫計算表桿件內(nèi)力設計值N(KN)需要焊縫(mm2)采用焊縫(mm) 計算時lw按表值10mm雙角鋼焊縫計算公式(ffw=160N/mm 2)hf1 lw1 =N/320(N/344.6)hf2lw2 hf2lw2 =N/746.7(N/640)hf1-lw1hf2-l w2斜桿aB-179.658561.431240.6036 一1055- 50Bc137.275428.984183.8426-805- 80cD-109.

19、336343.238147.0955-805- 80苴V 1125-805- 80知識是人類進步的階梯他豎桿v 1125805- 805.2 下弦桿焊縫計算表5.2下弦桿焊縫計算表節(jié)點Ni(KN)N2(KN) N(KN)需要焊縫（mm2）采用焊縫（mm） 計算時lw按表值一 10mm N組合和說明hf1 lw1 =N/298.7hf2lw2 =N/896一 表小hdwV500mm2,用角焊縫5-100 或 6-95hf1-lw1hf2-lw2a095.96595.965321.276107.1045-1105-110A組合c95.965233.361137.396459.980153.3445

20、-1105-110A組合e233.361296.07562.714209.95669.9935-1105-110A組合g124.047151.14827.10190.7330.2475-1105-110第三組合k306.423306.42345.96153.86751.2955-955-95每側焊縫按0.15Nmax （ 第三組合AN）5.3 上弦桿角鋼尖焊縫計算表5.3上弦桿角鋼尖焊縫計算表節(jié)點N1(KN)N2(KN) N(KN)需要焊縫（mm2）米用”干縫hf2 (mm)=N- J1 24(馬2224lw 丫lw采用焊縫 hf2（mm） N組合和說明llw=l -10表 7K hflw V

21、500mm2,用角焊縫5100或6 95B0-176.762176.7622452355.656第一組合D-176.76-273.8297.05232253.345第一組合2195-273.82-308.3434.5222F17602101.335第一組合-196.26-162.3333.9320H32151951.495第三組合K-298.16298.1644.72每側焊縫按0.15Nmax (>第三組合114一一一一 N)注：O 上弦桿 L100*80*6 , b=80mm, zo=21.2mm, e=b-z o=60.3mm,取用 65mm； 焊縫長度l按畫節(jié)點圖時為滿足腹桿焊縫長

22、度所確定得節(jié)點板實際寬度 (中節(jié)點K的l略經(jīng)放大使 求得的hf2較為合理)。第六章：屋架節(jié)點設計6.1 下弦拼接節(jié)點k下弦桿為L90*56*5 ,拼接角鋼用相同規(guī)格。角鋼t=5mm,拼接角鋼焊縫位于角鋼尖，用hf=5mm,焊縫為：lw=N/4*0.7h f* ffw=491060 N/4*0.7*5mm*160N/mm 2=219.22mm,取 220mm ,采用 拼接角 鋼半長 L=2(l w+2hf)+b=2*(220+2*5)+20=480mm, 扣除半縫寬5mm和正反面焊口各 10mm后，焊縫計算長度為縱向 470mm> 220mm滿足要求。拼接角鋼水平肢寬 90mm,故采用斜切

23、，安裝螺栓位置考慮以后連橫向水平支撐時可以應用，其與斜切邊的邊距經(jīng)檢查足夠。拼接角鋼豎肢原寬 56mm ,為焊縫需切肢： = t+h f+5=5+5+5=15mm,切后余高h = 56-15 = 41mm,端部直切。因高度已較小，豎肢上不再用安裝螺栓。6.2 上弦拼接節(jié)點K上弦桿起拱后坡度 1/9.6,端部取直切，截面為 L100*80*6 ,拼接角鋼用相同規(guī)格，熱彎成型，角鋼 t =5mm ,拼接角鋼焊縫位于角鋼尖，用hf = 5mm ,焊縫為：lw=N/4*0.7h f* ffw=308347 N/4*0.7*5mm*160N/mm 2=137.655mm,取 300mm，焊縫計算長度為

24、300mm>2*137.655 = 275.31mm,滿足要求。拼接角鋼豎肢原寬80mm ,為焊縫需切肢： = t+h f+5=6+5+5=16mm,實用20mm,切后余高h =6.3 下弦一般節(jié)點cBc 桿：hfi=6mm, hf2=6mm焊縫長度：肢背：lwi=0.7N/2heffw=0.7*137.275*10 3/(2*0.7*6*160)=71.50mm,取 80mm ;肢尖：lw2=0.3N/2heffw=0.3*137.275*10 3/(2*0.7*6*160)=30.64mm,取 80mm；cD 桿：hf1=5mm, hf2=5mm焊縫長度：肢背：lw1=0.7N/2h

25、effw=0.7*109.836*10 3/(2*0.7*5*160)=68.64mm,取 80mm ;肢尖：lw2=0.3N/2heffw=0.3*109.836*10 3/(2*0.7*5*160)=29.42mm,取 80mm；Cc桿為豎桿，N=-20.25KN很小，焊縫長度也按構造取80mm。(其余下弦節(jié)點按此方法計算腹桿焊縫見表5.2下弦桿焊縫計算表。)由上求得長度確定節(jié)點板尺寸240mm*320mm,下弦節(jié)點連接焊縫長度為32.0cm, hf=5mm, N =233.36195.965 = 133.396KN,受力較大的肢背處的剪應力為f 0.75*137396/12*0.7*5*

26、 (320-10)】= 47.49N/mm2< ffw= 160 N/mm2,焊縫強度滿足要求。6.4 上弦一般節(jié)點BBC桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“c”相同：aB 桿：hf1=6mm, hf2=5mm焊縫長度：肢背：lw1=0.7N/2heffw=0.7*179.658*10 3/(2*0.7*6*160)=93.57mm,取 105mm；肢尖：lw2=0.3N/2heffw=0.3*179.658*10 3/(2*0.7*5*160)=40.10mm,取 50mm；為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm,用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來(詳見施工圖)，塞焊縫做

27、兩條焊縫計算，焊縫設計強度值應乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略取屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。(其余上弦節(jié)點按此方法計算腹桿焊縫見表5.3上弦桿角鋼尖焊縫計算表。)驗算強度如下：肢背塞焊縫hf1=1/2*節(jié)點板厚=00.5*8= 4mm,按構造取5mm,上弦與節(jié)點板間(滿焊焊縫長度為245mm。f1JKi(MN2)2 (P/2*1.22)2/(2*0.7 hf1lw1)=,0.75*1767622 (50400/ 2*1.22) 2 /2*0.7*5*(24510=82.73N/mm2v 0.8* ffw= 128 N/mm2, 焊縫強度滿足要求。知識是人類進步的階梯肢尖焊縫

28、hfi=6mm,上弦與節(jié)點板間(滿焊)焊縫長度為245mm。fiJKi(Ni N2)2 (P/2*1.22)2/(2*0.7 hf?lw2)=. 0.25*1767622 (50400/ 2*1.22)2 /2*0.7*6*(24510=27.27N/mm 2V ffw= 160 N/mm 2, 焊縫強度滿足要求。6.5 支座節(jié)點a屋架支座中線縮進軸線(柱外邊線)150mm,柱寬400mm,支座底板三面與柱邊留距離 10 mm,內(nèi)側面按對稱，故底板尺寸為2a*2b,a=140 mm,b=190 mm,錨栓采用2M24,位置和錨栓孔尺寸如圖。 支座中心處 設加勁肋90*10 ,加勁肋外側離錨栓墊

29、板邊 c=14 mm.6.5.1 底板計算為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm,在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板高度相等，厚度為10mm。計算時底板尺寸偏安全僅按節(jié)點板加勁肋范圍，加勁肋以外部分底板剛度較差，認為受反力較小而忽略，故底板尺寸按2a=2*140 mm,2b1=2*95mm 。支座反力R=162.0KN,底板壓應力為：p=R/ (2a*2b1) =162.0*103/(280*190)=304 N/ mm 2< fce=10 N/ mm2;上式中fce為柱混凝土強度等級為C20時的軸心抗壓強度設計值。節(jié)點板和加勁肋將底板分隔為四個a*b 1=140*95 mm,兩相鄰邊支承區(qū)格，確定底板厚度如下：a=Ja2 b2 J1402 952 169.2mm2,6 ab/a1 140*95 /169.2 78.61mm2b"a1 78.61/169.20.465查設計指導書表4彎矩系數(shù)0.0544；兩相鄰支撐板單位板寬最大彎矩：M pa12 0.0544*3.04*169.2 2 4.734*10 3N