21米梯形鋼屋架課程設(shè)計計算書

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計姓 名學(xué) 號專 業(yè)指導(dǎo)老師鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目某工業(yè)廠房鋼屋架設(shè)計 二、設(shè)計資料某工業(yè)廠房跨度為18 （21, 24）m,我的學(xué)號是22號故應(yīng)取21m廠房總長度72m,柱距6m, 采用1 .5 （6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板。屋架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上， 上柱截面尺寸為400M00mm,混凝土強(qiáng)度等級為C30,屋面坡度：1: 10,抗震設(shè)防烈度為6度， 屋架下弦標(biāo)高 為18m。鋼材選用Q345B,焊條采用E50型，設(shè)計規(guī)為 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)（GB50017-2003）。二、設(shè)計容1、進(jìn)行屋蓋支撐布置，并畫出屋架結(jié)構(gòu)及支撐的布置圖；2、選擇鋼材及焊接材

2、料，并明確提出對保證項目的要求；3、進(jìn)行荷載計算、力計算及力組合，設(shè)計各桿件截面；4、對鋼屋架的各個節(jié)點進(jìn)行設(shè)計及驗算（要在計算書寫出一般上下弦節(jié)點、下弦跨中節(jié)點， 下弦支座節(jié)點及屋脊節(jié)點設(shè)計過程）；5、繪制鋼屋架運送單元的施工圖，包括桁架簡圖及材料表。四、要求的設(shè)計成果1. 完成計算書一套，計算書應(yīng)包含設(shè)計任務(wù)書，設(shè)計計算過程。2計算書統(tǒng)一采用A4白紙，字跡工整，符號書寫正確，計算應(yīng)有必要的數(shù)據(jù)及計算過程；采用 專用繪圖紙繪圖，圖紙布局合理，線條清晰，線型適當(dāng)。3. 用鉛筆繪制2#施工圖，施工圖應(yīng)包括： 屋架簡圖（比例1 : 100）,左半跨標(biāo)明桿件長度，右半跨注明桿件最不利力，以及起拱度；

3、 屋架正面圖，上、下弦平面圖； 側(cè)面圖，節(jié)點詳圖； 注明全部零件的編號，規(guī)格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直徑, 焊縫尺寸以及對工廠加工和工地施工的要求； 材料表； 設(shè)計說明。4. 計算書、圖紙和任務(wù)書須裝訂為一整本，圖紙由于尺寸較大須折疊，裝訂后圖紙須能隨意展 開。五、設(shè)計參考文獻(xiàn)1 胡習(xí)兵，再華鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計M.:大學(xué)，20132 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(GB 50017-2003) S.:中國計劃，20033 王燕等.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計M.:中國建筑工業(yè)，20094 房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50001 2001)S.:中國計劃，20025 建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50105-

4、2001)S.:中國計劃，2002 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊(上冊)(第三版)M.:中國建筑工業(yè)，2004一、設(shè)計資料：1、某工業(yè)廠房跨度為21m,廠房總長度72m，柱距6m。2、采用1.5mX 6.0m,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，U級防水，卷材屋面桁架, 板厚100mm，檁距不大于1800mm。檁條采用冷彎薄壁斜卷邊 C形鋼C220X75X20X2.5，屋面坡度 i=l/10。3、 鋼屋架簡支在鋼筋混凝土柱頂上， 柱頂標(biāo)高18.0m,柱上端設(shè)有鋼筋混凝土連 系梁。上柱截面為400mrK 400mm,所用混凝土強(qiáng)度等級為 C30,軸心抗壓強(qiáng) 度設(shè)計值fc = 14.3N/mm2?？癸L(fēng)柱的柱距為6m,上

5、端與屋架上弦用板鉸連接。4、鋼材用Q345-B,焊條用E50系列型。1、屋架幾何尺寸屋面采用1.5mX 6m的鋼筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架； 屋架上弦節(jié)點用大寫字母 A, B, C 連續(xù)編號，下弦節(jié)點以及再分式腹桿節(jié) 點用小寫字母a, b, c連續(xù)編號。由于梯形屋架跨度 L 21m，為避免影響使用和外觀，制造時應(yīng)起拱 f L / 500 42mm。屋架計算跨度 10 L 20.15 2120.15 20.7m?？缰懈叨?H=h0+i 10 /2=2935mm。為使屋架上弦節(jié)點受荷，腹桿采用人字式，下弦節(jié)點的水平間距取1.5m,起拱后屋架桿件幾何尺寸和節(jié)點編號如圖2所示屋架。圖2

6、三、支撐布置1、上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在廠房兩端的第一個柱間，且間距不宜超過60m本車間長度為72m,因此需要布置三道橫向水平支撐，如圖 4所示。圖42、下弦橫向和縱向水平支撐屋架跨設(shè)置下弦橫向和縱向水平支撐。下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支圖53、垂直支撐垂直支撐必須設(shè)置。對于本屋架結(jié)構(gòu)，在跨度中央設(shè)置一道中間垂直支撐， 在屋架兩端各設(shè)置一道垂直支撐。垂直支撐只設(shè)置在有橫向水平支撐的同一柱間 的屋架上，如圖6所示。圖6四、荷載與力計算1、荷載計算1)永久荷載222222(1 )永久荷載三氈四油(上鋪綠豆砂)防水層(冷底子油)0.4kN/m水泥砂漿找平層0.4kN/m保溫層(珍

7、珠巖)0.45kN/m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.4kN/m屋架及支撐自重0.35kN/m懸掛管道0.15kN/m(2)可變荷載(a)活荷載：屋面活荷載永久荷載總和：3.15kN/m0.7kN/m 2活荷載計算信息：考慮活荷載不利布置風(fēng)荷載計算信息：不計算風(fēng)荷載2、荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下四種組合：(1) 組合一：全跨永久荷載+全跨活荷載永久荷載與活荷載大小接近，活荷載起控制作用，荷載設(shè)計值為q 1.21.4 0.75.33kN/m2屋架上弦節(jié)點荷載為P qA 5.33 1.5 6 kN(2)組合二：全跨永久荷載+半跨活荷載全跨永久荷載：q11.2kN/m2Pq1 A1.5 6 34.02

8、kN半跨活何載：q2 1.40.70.98kN/m 2P2q2 A 0.98 1.5 68.82kN(3)組合三：全跨屋架及支撐自重+半跨屋面板重+半跨施工荷載 全跨屋架及支撐自重：2q31.0 0.350.35kN/mP3 q3 A 0.35 1.5 63.15kN半跨屋面板重+半跨屋面活荷載：q4 1.20.30 0.071.4 0.5 1.144kN/m2P4 q4 A 1.1444 1.5 6 10.30kN上述各組合中，端部節(jié)點荷載取跨中節(jié)點荷載值的一半。3、力計算本設(shè)計采用數(shù)值法計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的力系數(shù)（單位節(jié)點力分別作用于全跨、左半跨和右半跨），力計算結(jié)果如表1所

9、示桿件力系數(shù)（P=1）組合一組合二組合三計算力名稱全跨左半跨右半跨PXP1XD +P2XP1X +P2XP3X +P4XPaXD +P4X(kN)AB000000000BC-10.7-7.7-3-288.9-270.428-240.8-122.6-74.2-288.9CD-10.7-7.7-3-288.9-270.428-240.8-122.6-74.2-288.9DE-17.3-11.9-5.4-467.1-433.78-392.8-192.6-125.7-467.1上EF-17.3-11.9-5.4-467.1-433.78-392.8-192.6-125.7-467.1弦FG-20.6-

10、13.3-7.3-556.2-511.0.-473.2-220.4-158.6-556.2桿GH-20.6-13.3-7.3-556.2-511.0-473.2-220.4-158.6-556.2ac5.74.21.5153.9144.68127.6766.338.5153.9下ce14.410.24.2388.8362.9325.1163.4101.6388.8弦eg19.212.86.4518.4478.8438.5209.6143.7518.4桿gh21.213.18.1572.4522.22490.7220.8169.3572.4aB-11.1-8.2-2.9-299.7-281.9-

11、248.5-129.4-74.8-299.7Bc8.96.32.6240.3224.3201100.962.8240.3cD-7.5-4.9-2.5-202.5-186.42-171.3-80.8-56.1-202.5斜De5.53.32.3148.5134.86128.5656.346.0148.5腹eF-4.3-2.1-2.2-116.1-102.4-103-39.0-40.1-116.1桿Fg2.80.8275.663.170.7619.631.975.6gH-1.60.3-1.9-43.2-31.3-45.2-3.4-26.0-43.2Aa-1-0.50-27-23.89-20.74-

12、9.2-4.05-27Cc-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27豎Ee-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27桿Gg-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27Hh | -1.5 | -1.50-40.5 -50.01 -31.1 -21.525 |-6.075-40.5表1三、桿件截面設(shè)計1、桿件計算長度系數(shù)及截面形式（1）上弦桿面計算長度系數(shù)x 1.0。根據(jù)上弦橫向水平支撐的布置方案（圖4），面外計算長度系數(shù)y 4.0。 y 4 X，根據(jù)等穩(wěn)定原則，采用兩不等邊角鋼短肢 相并組成的T形截面。（2）下弦桿與上弦

13、桿類似，面計算長度系數(shù)X 1.0，由圖5可知，面外計算長度10Y 6m。下弦桿受拉，不需要考慮穩(wěn)定性，因此下弦桿采用兩等肢角鋼組成的 T形截面。（3）支座腹桿（Aa aB）面和面外計算長度系數(shù)都為1.0,采用兩等肢角鋼組成的 T形截面。（4）再分式腹桿（ij、jK）面計算長度系數(shù)X 1.0，面外計算長度N22 7l0Y l1 0.75 0.254664 0.75 0.253944 0.5 l1 2332N159.4采用兩不等邊角鋼短肢相并組成的T形截面。（5）跨中豎腹桿（Kk）采用兩個等肢角鋼組成的十字形截面，斜平面計算長度系數(shù)為0.9。（6）其它腹桿面計算長度系數(shù)X 0.8，面外計算長度系數(shù)

14、 y 1.0，根據(jù)等穩(wěn)定原則， 采用兩等 肢角鋼組成的T形截面。3、上弦桿上弦桿需要貫通，各桿截面相同，按、桿的最大力設(shè)計，即 NkN。計算長度 l0X l 1507mm，l0Y 4l mm。截面選用 2 1107010，短肢相并，肢背間距 a=6mm，所提供的截面幾何特性為： A 39.4cm 2， ix2.26cm ， iy 6.11cm。(1)剛度驗算lnx150.7X66.68150ix2.26l0y30.14y49.3150yiy6.11，滿足(2)整體穩(wěn)定驗算bt/t=125/10=12.5As=15086mm2,滿足要求。(b)底板的厚度節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相

15、鄰邊支承而另兩相鄰邊自由 的板，所受應(yīng)力為：=5.1N/mm兩支承邊之間的對角線長度以及支承邊交點到對角線的距離分別為2408a1 2164 mm, b1 0.5 a1 82mm2由d. 0.5，查附表2可得0.0602，則單位寬度的最大彎矩為2 2Ma1 0.0602 2.86 1644631N mm底板厚度為t雹31 11.6mm，由于底板的最小厚度一般取20mm，所以取t 20mm(2) 節(jié)點板的尺寸(a) 腹桿與節(jié)點板的連接焊縫焊縫尺寸列表計算如表 3所示?！癆a”桿與節(jié)點板的連接焊縫尺寸為：肢背 hf,1 4mm，I1 50mm；肢尖 hf,2 4mm，I2 50mm?！癮B” 桿與

16、節(jié)點板的連接焊縫尺寸為：肢背 hf ,1 5mm，I1120mm；肢尖 hf ,2 5mm , I2 0mm 。(b) 下弦與節(jié)點板的連接焊縫焊縫尺寸列表計算如表3所示?！癮c”桿與節(jié)點板的連接焊縫尺寸為：肢背 hf,1 5mm ，I1 70mm ;肢尖 hf,2 5mm ， I2 50mm 。(c) 節(jié)點詳圖根據(jù)上述焊縫長度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配 等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，如圖 8所示。(3) 加勁肋的尺寸加勁肋的高度和厚度與節(jié)點板相同，分別為 350mm和8mm；底部外邊緣與 底板大致齊平，寬度為115mm；為避免3條互相垂直的角焊縫相交于一點，加 勁肋底端角

17、部切除15m m；從軸線交點開始往上，加勁肋的寬度逐漸減小，頂部 寬度取為bs 50mm40 40 47mm，滿足3030加勁肋的平面尺寸相見圖8所示。(4) 加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫 每塊加勁肋近似按承受R/4計算r 271F67.75kN44焊縫受力V F 67.75kN115 153M 67.75104.4kN m2節(jié)點板和加勁肋厚度都為8mm,焊腳尺寸取為hf5mm hf,min1.5tmax1.5 4.2mmhf ,max1.2也1.2 8 9.6mm焊縫計算長度lw l c 2hf 350 15 2 5325mm焊縫應(yīng)力3V6775 1029.8 N mm26M2 0.7hfl2w66 4.4 102 0.7 5 325235.7 N mm22f2ff3