鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)報(bào)告梯形鋼屋架計(jì)算書

1、一、設(shè)計(jì)資料1、某工廠車間，采用梯形鋼屋架無榭屋蓋方案，廠房跨度取27m,長度為 102m,柱距6m。采用L 5mX6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，保溫層、找平 層及防水層自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.3kN/m2o屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0. 5kN/m2,雪荷載 標(biāo)準(zhǔn)值0.5kN/nR積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6kN/m2,軸線處屋架端高為1. 90m, 屋面坡度為i=l/12,屋架較接支承在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400mm X 400mm,混凝土標(biāo)號(hào)為C25。鋼材采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。2、屋架計(jì)算跨度：Lo=27m 2X0. 15m=26. 7m3、跨中及端部高度：端部高度：h' =190

2、0mm （端部軸線處），h=1915mm （端部計(jì)算處）。 屋架中間高度h=3025mmo二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及兒何尺寸如圖一所示：2、荷載組合設(shè)計(jì)桁架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種組合： 全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載為主控制的組合）：全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：F=（l. 35X3. 12+1. 4X0.7X0. 5+1. 4X0. 9X0. 6） XI.5X6=49. 122kN圖三桁架計(jì)算簡圖本設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算結(jié)構(gòu)在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的力系數(shù)，見表一。桿件名稱力系數(shù)（F=l）第一種組 合FX第二種組合第三種組合計(jì)算桿件力（KN）全跨左半跨 右半跨 FIX+F2X FIX+F2X F3X+

3、F4X F3X +F4X AB000000000± BC, CD-10. 82-8. 15-2. 67-531.50-551.36-456. 42-227. 16-109. 78-551.36小 DE, EF-17. 85-12. 87-4. 98-876. 83-899. 63-762. 94-362. 43-193.42-899. 63FG, GH-21.55-14. 66-6. 89-1058. 58-1070. 90-936. 29-418. 75-252. 32-1070. 90HJ-22. 72-14. 23-8.49-1116. 05-1107. 80-1008.36-

4、415.23-292. 28-1116. 05IJ, JK-23.2-14. 72-8.48-1139. 63-1134. 49-1026.38-428. 05-294. 39-1139. 63弦ab5.994. 591.4294. 24306. 59251.32127.4359. 10306. 59be14. 7710. 893. 88725. 53748. 57627. 12305. 05154. 89748. 57cd19. 9914. 035.96981.951000. 85861.04397. 67224.811000. 85de22. 3414. 647.71097. 391100

5、. 50980. 27422. 16273.511100, 50ef21.8612.049. 821073.811037. 26998. 80364. 14316. 581073.81斜腹桿aB-11.23-8.6-2. 63-551.64-574. 70-471.27-238. 79-110.91-574.7Bb8. 996. 622. 37441.61455. 48381.85185.4994. 46455. 48bD-7.71-5. 37-2. 34-378. 73-385.31-332.81-152. 50-87. 59-385.31De5. 853.742. 11287. 36286

6、. 56258. 32108. 5473.63287. 36cF-4. 59-2. 52-2. 07-225. 47-217. 66-209. 86-76. 29-66. 65-225. 47Fd3. 11.211. 89152. 28138.48150. 2640. 9855.55152. 28dH-1.92-0. 07-1.85-94.31-74.00-104. 83-10. 83-48. 96-104.83He0. 67-1.021.6932.917. 7354. 68-18. 5939.4654. 68-18. 59eg1. 183.22-2.0457. 96100. 529. 397

7、4.71-37. 96100. 52-37. 96gK1.913.95-2.0493.82140. 8437. 0693.89- 34.41140. 84-34.41gl0. 670. 67032.9137.0125.4017.613.2637.01豎桿Aa-0.5-0.50-24. 56-27. 62-18. 95-13. 14-2. 43-27. 62Cb Ec-1-10-49. 12-55.23-37.91-26. 28-4. 86-55. 23Gd-1-10-49. 12-55.23-37.91-26. 28-4. 86-55. 23Jg-1-10-49. 12-55.23-37.91

8、-26. 28-4. 86-55. 23Ie-1.5-1.50-73. 68-82. 85-56. 86-39.42-7. 29-82. 85Kf00()000000四、桿件截面設(shè)計(jì)1、上弦桿：整個(gè)上弦桿采用相等截面，按最大設(shè)計(jì)力IJ、JK計(jì)算，根據(jù)表得：N二T139.63KN,屋架平面計(jì)算長度為節(jié)間軸線長度，即：本屋架 為無榭體系，認(rèn)為大型屋面板只起剛性系桿作用，不起支撐作用，根據(jù)支撐布置 和力變化情況，取屋架平面外計(jì)算長度4為支撐點(diǎn)間的距離，即： 4.=3=4()65mm。根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長度，上弦截面宜選用兩個(gè)不 等肢角鋼，且短肢相并，如圖四所示：圖四上弦桿 1腹桿最大力N=-

9、574.7KN,查表可知，中間節(jié)點(diǎn)板厚度取12mm,支座節(jié)點(diǎn)板厚 度取14mm。設(shè)幾二60,根據(jù)規(guī)由雙邊角鋼組成的T行和十字形截面均屬于b 類，查Q235鋼軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，0二0.807,ei壬而玨hxn 4 N 1139.63x10'，則需要截面積：A =6568.3-(pf 0.807 x2157rr« rf -jla-/-、/. lox 1 355(J 八八， . lov 4065/ _c需要回轉(zhuǎn)半徑 lx = = 2.2&7" , iy = = 6.78on260260根據(jù)A、i,查角鋼規(guī)格表，初選用2l_ 180X110X12,肢背間距a=12

10、mm, 該截面特性如下：A=67. 42cm2, / =3. 10cm , zv =8. 75cmo b. ft = 180/12 = 15 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：2 = = 1212=43.71 < 2 = 150 «3.10” = 180/12 = 15 >0.56晨/4 = 0.56 x 4065 /180 =12.654=3.7工1 +52.7/9,T)= 3.7xlx(l + 4Q652x12；) 41252.7 xl804=57. 89< 2 = 150截面在x和y平面皆屬b類，由于只需求出外，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)表得多=0 819,則有:"二二

11、"3963。=206.45 V2l5N/mn/ (pvA 0.819x6740所需截面合適。2、下弦桿：整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大設(shè)計(jì)值計(jì)算，根據(jù)表得桿de力最大N=1100. 50KNo 計(jì)算長度乂有：乙二2700mm, 1 =26700/2=13350mmo。工crj需要截面面積A = - ="幽_ = 5118 .60mm 2=51.19c/h2 ,選用 f 21521-160X100X12,采用短肢相并，如圖五所示：圖五下弦桿該截面特性如下：A= 6011 mm2 >5118. 60 mm2 , /；=28. 2mm, <v=78. 2mmo 長細(xì)比

12、計(jì)算：=- = = 106.38 <21=350L 2.82l4=上=上2 = 170.72 <小 350L 7.82N 1100500=183.08MP” < 215MPaA 6011滿足要求。3、端斜桿aB：已知桿件軸力N=-574.70kN, & =/v=2390mm。因?yàn)榭?照,，故采用不等肢 角鋼，長肢相并，使乙七iv,選用角鋼2 1_ 125X80X10 ,如圖六所示：圖六 端斜桿則其截面特性如下：A = 3942mn/，/ =39. 8mm, /v =33. 9mm1239012390對(duì)該截面驗(yàn)算如下：2v=- = = 60.05, 2V= = = 70

13、.50” ir 39.8> iv 33.9乂因?yàn)椋篫?2/r=80/10 = 8<0.48X2390/80 = 14.34所以：取加=+= 70.50xl + -竺絲) = 79.33<小150以產(chǎn) I23902xl0j l因?yàn)椋?k>4 ,只需求外，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)表得%0.692,于是有:<7 = = -"4"""). = 210.68N/mm2<y =215 N/mm28A 0.692 x 39427所需截面合適。4、腹桿 eg-gK：此桿在g節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長桿件。最大拉力： N黑=140.84AV,

14、Ncr = 100.52kN；最大壓力：N?k = 34.4IkN , M., = 37.96AN ；再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面的計(jì)算長度取節(jié)間中心間距：7 =2027mmox在桁架平面外的計(jì)算長度:ln= I1(0,75 + 0.25白=4055 x(0.75 + 0.25x= 3960nun選用2 L.100X10,如圖七所示。圖七腹桿eg-gK查角鋼規(guī)格表得:A=3852mm? , / =30. 5mm, / =46. 0mmo 人y對(duì)此截面驗(yàn)算如下：4 = £ = Z2ZZ = 66.46</l=150 , 2 = - = 86.09< a = 150ix

15、30.5ly i 46.0Ly又因?yàn)?= 100 /10 = 10 < 0.58/>v lb = 0.58 x 3960 /100 = 22.97所以?。?V. =AV1 + °*?叫=86.09x(1 + 0475x101=88 70 < 團(tuán)=150"I l；)xt239602x102 )L J因?yàn)椋喝耍?只需求%z，查表得。：0.630,于是有:壓應(yīng)力:N 379600 一斤一 0.630x3852= 156MP v 215 Mp。,滿足要求。拉應(yīng)力：a = = 140840 = 36.56MPa< 215MPa,滿足要求。 A 38525.豎桿

16、Ie：該桿件 N=-82. 85KN, lOx = 0.8/ =0. 8 X2801 =2241mm, /“、=/ = 280bwn由于桿件力較小，按九=4 =150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：loy _ 28012150西一查型鋼表，選用2 L 63X8,如圖八所示:圖八中豎桿其截面特性為：A= 1902 mm2,/ = 19. 0mm>i> =31. 0mm對(duì)此截面驗(yàn)算如下：k = * = 15.2<幻=150 , 2v=- = = 92.1<U = 150* L 19.4 L, i, 30.4 l名 稱桿件編號(hào)力(KN)計(jì)算長度(cm)截面規(guī)格截面面 積(cm2)容許

17、長 細(xì)比 2計(jì)算應(yīng) 力 N/mm2上 弦IJ JK-1139. 63135.50406. 502L180X110X1267.42150. 00206. 45下弦de1100. 50270. 001335.002L160X 100X1260. 10350. 00183.08腹桿Aa-27. 62191.50191.502L63 X 819. 02150. 0094. 10aB-574.70239. 00239. 002L125X80X1039. 42150. 00210. 68Bb455. 48239. 00298.752L100X1038. 52350. 00118. 25Cb-55.2321

18、2. 70265. 882L63 X 819. 02150. 0059. 63因 為: b/t 二 63 /8= 7.8 75< 0.5 8/b 二 0.5 8 x 280 1/6 3=2 5.7 87 所 以：/0.475/一4 I-5 r r因 為A > Az，只需求外,查表得見二0.463,于是有:N _828500.463x1902= 94.1MP“<215MP"其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見表二:架桿件截面選擇表表二1bD-385.31261.50326. 882L100X1038. 52150. 00153. 89建點(diǎn)設(shè)計(jì)De287. 36

19、261.50326.882L100X1038. 52350. 0074. 60Ec-55. 23235. 20294. 002L63 X 819. 02150. 0069.64cF-225. 47280. 90351. 132L100X1038. 52150. 0096. 43Fd152. 28280. 90351. 132L63 X 819. 02350. 0080. 06Gd-55.23257. 60322. 002L63 X 819. 02150. 0079. 99dH-104.83300. 80376. 002L63 X 819. 02150. 00196.14He54. 68-18.

20、 59300. 80376. 002L63 X 819. 02150. 00102.31Ie-82. 85280. 10350.132L63 X 819. 02150. 00137.41eg100. 52-37. 96202. 70253.382L100X1038. 52150. 0033.80gk140. 84-34.41202. 70253.382L100X1038. 52150. 0047. 36Kf0. 00302. 50302. 502L63 X 819. 02200. 000. 00gl37.01186. 60233.252L63 X 819. 02350. 0019. 46Jg-

21、55. 23140. 00175.002L63 X 819. 02150. 0039. 89用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值/； =160 N/mnro1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”：設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫兒=8mm和6mm，各桿件力由表1查得，則所需的焊縫長度為：'K、NA】0.7x455.48x 10的 _cs肢 方:Ar =- + 2h f =f 2 x 8 = 193.92， 210mm ：“2x0717 f J；f 2x0.7x8x160拈少 1 ”K,NO.3x455.48xlO3112cn7/_股大：/ = + 2力,=+ 2x6 = 113.67mm，耳乂4

22、 13Umm:“2x0.7%/；2x0,7x6x160設(shè)“Db”桿的肢背與肢尖焊縫分別為8mm和6mm，則所需的焊縫長度為：肢背：/ = - + 2hf =-"1。+2x8 = 166,5 mm，取幾=180mm：2處7 % J；/2x0.7x8x160uj-zk ”K、Nc, 0.3x385.3IxlO3 。/ 八°八1nv - i m放尖：I =+ 2hf =+ 2x6 = 98.0mm，取 H0mm；“2xO.7/?/2/；'2x0.7x6x160豎桿“Cb”，因其力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造縫確定，取焊腳尺寸,=5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有

23、的間隙及制作和裝配等誤差，按 比例繪出接點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為390mmX500mmo下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為500mm, hf =6mm。焊縫所受的力在左右兩 下弦桿的力差A(yù)N=748. 57-306. 59=441. 98KN,受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力 為：K.N0.7x441.98x1()3,，r, =!= = 99.57N/mm < 160mm2 x 0.7%4 2x0.7x5x(500 -2x6)焊縫強(qiáng)度滿足要求。節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配 等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸。如圖九所示圖九 節(jié)點(diǎn)板b尺寸12、

24、上弦節(jié)點(diǎn)“B”：斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn)b中Bb桿計(jì)算相同。斜桿aB與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算。設(shè)“aB”桿肢背與與肢尖的焊縫分別為10mm 和8mm。又N=574.70KN,則所需焊縫長度為：的者.j ' KN0.65x574.70x10而 _股 N - Ziv =+ 2力,=+ 2x10 = 186.77 ， 耳乂 一2x0.7/5/；2x0.7x10x160200mm；時(shí)小. K、N 0.35x574.70xl03 個(gè)。sc 的肢尖.lw =+ 2hf =+ 2x8 = 128.25mm , 取 lw“2x0.7/2/；2x0.7x8x160140mm；為了便于在上弦上

25、擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mmo 用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè) 計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)，計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷 載F與上弦垂直（節(jié)點(diǎn)荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間的力差由角鋼肢尖焊 縫承受，這時(shí)槽焊縫必然是安全的，因此可不必驗(yàn)算）。上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的力差：二574.70-0=574.70KN。設(shè)需焊縫長度為530mm, hf=x2 = 6mm, h = 10mm Q則肢尖： f 2,扃（2 一 n,）+（ f l2xl.22>l J（2xL22j2x0.7xh fl w2x0.7x6

26、x（530-12）)=1282< 0.8/= 0.8x1602=85.98 V / mm加"2）*并式 J0.35x5747時(shí)+（嚏2x1.22） _ <2x1.2272 x 0.7 x/?/；.2x0.7x10x（530-20）= 28.31/, <0.8/f 故焊縫強(qiáng)度滿足要求。 節(jié)點(diǎn)板尺寸如圖十所示：圖十節(jié)點(diǎn)板B尺寸3、屋脊節(jié)點(diǎn)：弦桿一般用g上弦桿同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并 便于施焊，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板 來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿力計(jì)算。設(shè)肢尖、肢背焊縫為10mm,則所需焊縫計(jì)算長度為

27、：(一條焊縫)11396304x0.7x10x160+ 10 = 264.38/?拼接角鋼總長度取700>264. 37X2=528. 74o上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫4 = 10mm, 節(jié)點(diǎn)板長度為600mm ,則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為 /M =(600 / 2-10 - 20) = 270mm ,則焊縫應(yīng)力為：= 45.22M Pa0.15x11396302x0.7x10x2706x0.15x1139630x802x0.7xl0x270I 2= 80.40MPavl60MPa節(jié)點(diǎn)板K尺寸4、端部支座節(jié)點(diǎn)“a ”：如圖十二所示:圖十二支座節(jié)點(diǎn)a為便于施焊，下弦角鋼水平股的底面與支座藤板的距離一般不小于下弦伸出 肢的寬度，故可取為160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié) 點(diǎn)板的高度相同，厚度同端部節(jié)點(diǎn)板為14mm。(1)支座底板計(jì)算：支座反力R491.2KN,混凝土強(qiáng)度C25, fc=n.5N