鋼結構計算書.

1、鋼結構程設計計算書題目：梯形鋼屋架 某工業(yè)廠房專業(yè)： 土木工程班級：土木12-1 班姓名：趙侃學號： 2012102080指導教師： 焦晉峰太原理工大學現(xiàn)代科技學院2015 年 6 月梯形鋼屋架計算書一 設計資料 （題號 29 ）（ 1）某工業(yè)廠房（上海市）：梯形鋼屋架跨度為21m，長度90m，柱距7.5m，屋蓋擬采用鋼結構有檁體系，屋面板采用100mm厚彩鋼復合板（外側基板厚度0.5mm， 內側基板厚度0.4mm， 夾芯材料選用玻璃絲棉，屋面板自重標準值按0.25kN/m2計算），檁條采用冷彎薄壁C型鋼。屋面排水坡度i=1:20, 有組織排水。屋架支承在鋼筋混凝土柱上，柱頂標高9.0m，柱截

2、面尺寸為400 400mm。不考慮灰荷載。屋架、檁條、拉條及支撐自重標準值按0.30 kN / m2計算?；狙喝?.2 kN / m2 ，基本風壓取0.55 kN /m2。（ 2）屋架計算跨度：l0 21m 2 0.15m 20.7m（ 3）跨中及端部高度：采用緩坡梯形屋架，取屋架在21m軸線處的端部高度h0 2.000m ， 屋架中間的高度h=20250m則屋架在20.7m 處，兩端的高度為h0 2.000。二結構形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖所示根據(jù)廠房長度90m、跨度及荷載情況，設置四道道上、下弦橫向水平支撐。因柱網采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格

3、和中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿， 以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在柱間下弦平面的跨中及端部設置了柔性系桿，在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設置一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖2 所示。SC上弦支撐；XC下弦支撐：CC垂直支撐；GG剛性系桿；LG柔性系桿三荷載計算及內力組合1. 荷載計算屋面活荷載為0.5 kN /m 全跨永久荷載全跨可變荷載 全跨永久荷載及可變荷載：F （0.78 0.7） 1.75 7.5 19.43 kN 全跨永久荷載半跨可變荷載： 全跨節(jié)點永久荷載：F1 0.78 1.75 7.5 10.24kN半跨節(jié)點可變荷載F2 0

4、.7 1.75 7.5 9.2kN3.全跨屋架（包括支撐）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重F3 0.48 1.75 7.5 6.3 kN3，雪荷載為0.2 kN / m2, 計算時取兩者最大值。故取屋面活荷載0.5 kN /m2進行計算。風荷載：基本風壓為0.55 kN /m2，查表可知，風壓高度變化系數(shù)為1.0，當屋面夾角 （ 2.86 ）小于15時，迎風坡面體形系數(shù)為-0.6 ，背風坡面體形系數(shù)為 -0.5 ，風載為吸力，起卸載作用，所以負風的設計值（垂直屋面）為迎 風 面 ：1 =1.4 0.6 1.00 0.55 0.462 kN/m2背風面：2=1.4 .0.5 1.

5、00 0.55 0.385 kN/m2對于輕型鋼屋架，當風荷載較大時，風吸力可能大于屋面永久荷載，腹桿中的內力可能變號，必須考慮風荷載組合，但此處風荷載小于永久荷載，可不考慮風荷載的組合。（因為12均小于屋面永久荷載0.65（荷載分項系數(shù)取1.0） ，由此可見，風吸力較?。┒以诮孛孢x擇時，對內力可能變號的腹桿，不論在荷載作用下是拉桿還是壓桿，均控制其長細比不大于150。設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合。荷載計算表荷載 名 稱標準值（）設計值（）彩鋼復合板 （ 100mm）0.250.25*1.2=0.3屋架、檁條 、拉條及支 撐自重0.40.4*1.2=0.48永久荷載總 和0.650.7

6、8屋面活荷載0.50.5*1.4=0.7可變荷載總 和0.50.7半跨節(jié)點屋面板自重及屋面活荷載F4 (0.3 0.7) 1.75 7.5 13.13kN左跨單位荷載作用下桿件內力系數(shù)圖內力系數(shù)（F=1）第一種組合第二種組合第三種組合桿件類型桿件編號全跨左半跨右半跨F*F1* +F2*F1* +F2*F3* +F4*F3* +F4*計算桿件內力AB000000000BC-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3CD-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3DE-12.8-7.3-4.3-24

7、8.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7EF-12.8-7.3-4.3-248.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7上弦FG-13.8-6.1-6.1-268.1-197.4-197.4-167.0-167.0-268.1ab4.63.11.189.475.657.269.743.489.4bc11.06.83.4213.7175.2143.9158.6113.9213.7下弦cd13.77.05.2266.2204.7188.1178.2154.6266.2Ba-7.5-5.0-1.9-145.7-122.8-94.0-112.9-71.8

8、-145.7Bb5.93.61.8114.693.577.084.460.8114.6Db-4.4-2.2-1.7-85.5-65.3-60.7-56.6-50.0-65.3Dc2.90.81.656.337.144.428.839.356.3Fc-1.60.4-1.6-31.1-12.4-31.1-4.4-31.1-31.1斜腹桿Fd0.3-1.61.45.2-12.015.6-19.320.120.1Aa-0.5-0.50.0-9.7-9.7-5.1-9.7-3.2-9.7Cb-1.0-1.00.0-19.4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4Ec-1.0-1.00.0-19.

9、4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4豎腹桿Gd0.40.10.17.85.05.03.83.87.81. 上弦桿整個上弦采用等截面，按EF桿件的最大設計內力設計，即N -268.1kN上弦桿計算長度 在屋架平面內：為節(jié)間軸線長度，即lox l0 1.752m在屋架平面外，本屋架為有檁體系，且認為檁條與支撐的交叉點不連接，根據(jù)布置和內力情況，取l oy為支撐之間的距離，即loy 3.504m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拼，腹桿最大內力N 145.7kN ，查表 2.8，節(jié)點板t 6 mm，支座節(jié)點板厚度t 8mm假定80，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表

10、，可得0.688（由雙角鋼組成的T形和十字形截面屬于b 類） ，則需要的截面積為：N Af268.1 10321812.5mm0.688 215需要的回轉半徑：ixlox 1752ox m 21.9 mm80oy3504 m 43.8mm80根據(jù)需要A, ix， i y查角鋼規(guī)格表，選用2 100 80 6，肢背距離6mm，則：按所選角鋼進行驗算：2A 2120mm ， ix 24mm ，i y 45.4mml 0xix1752 73240yiy所以yz y 77.2350477.245.4滿足長細比150 的要求。b1/t 100/6 16.7 0.56l0y/b1 0.56 3504/10

11、0 19.6，y x ，只需要求x。查表X 0.707 ，則N yA268.1 1030.707 2120MPa 178.87MPa 215MPa故所選截面合適。2. 下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內力所在的桿件計算。N 266.2kNlox 3500mm， loy 20700 2 10350mm（因跨中有通長系桿），所需截面積為3AN f266 2 10322266.2 101238mm2 12.38cm2215選用 2 75 50 6，因為l 0y l0x ，故用不等肢角鋼，短肢相并，肢背間距6mm，222A 14.52cm12.38cm ， ix 1.42cm ， iy 3.63c

12、m0x350350246.5 3501.42l0yiy1035285.1 3503.63b1 /t 75/6 12.5 0.56l0y /b1 0.56 10350/75 77.28，所以 yz y 285.1 350，滿足要求。3. 端斜桿 aB 桿件軸力：N -145.7kN計算長度：2l 0x l0y 2625mm假設假定80 ，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得0.688 （由雙角鋼組成T 形和十字形截面屬于b 類） ，則需要的截面積為：需要的回轉半徑：ixlox262580145.7 1030.688 2152 985mm32.8mmiyl oy262532.8mm80根據(jù)需要A, ix

13、，i y 查角鋼規(guī)格表，選用2 90 56 7 ，肢背間距6mm，則22A 19.76cm ， ix 2.86cm ， iy 2.26cml0262.60x .91.8 150i x 2.860y226.22.66 116.2 15017.3MPa 215MPab2/t 56/7 8 0.48l0y/b2 0.48 2626/56 22.5，所以y 1 1.029b22116.21yl02yt21.09 5642226262 72119.9x yz，只需求yz，查表得yz 0.437，則168.7MPa 215MPa，截面合適。N 145.7 103y A 0.437 19764. 斜腹桿 F

14、d最大拉力N 20.1kN最大壓力N -19.3kN計算長度在屋架平面內l0x 2396.8mm在屋架平面外l0y l 2996mm選用 2 70 4，肢背間距6mm，查角鋼規(guī)格表得2A 11.14cm ， ix 2.18cm ， iy 3.14cml0xix239.6 109.9 1502.18l0yiy239.6 76.3 1503.14b/t=70/4=17.5 0.58 l0y/b=0.58 2996/70=24.8yzy10.475b4l2t224.8 10.475 7040y29962 4226.8yzx，查表得x 0.493 ，則壓應力：20.1 103xA36.6MPa 215

15、MPa0.493 1114拉應力：19.3 10311145. 豎桿 cEN -19.4kN計算長度：l0x 187.5cm， l0y l 234.4cm由于桿件內力較小，按150 選擇，需要的回轉半徑為iyl0x 187.51501.25cml0y 234.4 1501.56cm0x217.5287.8 150ix2.48查型鋼表，選用2 50 4 ，肢背間距8mm，其幾何尺寸為2A 7.8cm ， ix 1.54cm ， iy 2.35cml0xxix187.5 121.8 1501.54l0yyiyyzy10.475b4l 2 t20y99.6 10.475 50423442 42103

16、又因為yzx ，只需求x ，查表得x 0.426 ，則N xA194 10319.4 1058.4MPa 215MPa0.426 7806. 斜腹桿 最大拉力BbN 114.6kN計算長度在屋架平面內l0x2175.2mm在屋架平面外l0yl 2719mm選用 2 80 5，肢背間距6mm，查角鋼規(guī)格表得2344234.4 99.6 1502.35b/t 50/4 12.5 0.58l0y/b 0.58 2344/50 27.2，所以l0y271.9iy3.4977.9 150b/t=80/5=16 0.58 l0y/b=0.58 2719/80=19.7yz y 10.475b4l2t20y

17、0.475 80424.8 12227192 5227.4yz x，只需求x，查表得x 0.635，則N xA114.6 1030.635 1582114MPa 215MPa截面形式和規(guī)格截面面積/cm2回轉半徑長細比計算應力桿件類型桿件型號內力i x /mmiy/mmxy ( yz)容許長細比/MPaAB021.221.943.87377.21500BC-161.321.221.943.87377.2150-7.60703CD-161.321.221.943.87377.2150-7.60703DE-248.721.221.943.87377.2150-11.7313EF-248.721.2

18、21.943.87377.2150-11.7313上弦FG-268.1100 80621.221.943.87377.2150-12.6478ab89.414.5214.236.3246.5285.13506.15551bc213.714.5214.236.3246.5285.135014.7197下弦cd266.275 50614.5214.236.3246.5285.135018.33271Ba-145.790 56719.7628.622.691.8116.2150-7.37475Bb114.680515.8224.834.987.877.91507.246334Db-65.390 56

19、719.7628.622.691.8116.2150-3.30445Dc56.380515.8224.834.987.877.91503.561757Fc-31.190 56719.7628.622.691.8116.2150-1.57328斜腹桿Fd20.170411.1421.831.4109.976.31501.802783Aa-9.75047.815.423.5121.899.6150-1.24615Cb-19.45047.815.423.5121.899.6150-2.49231Ec-19.45047.815.423.5121.899.6150-2.49231豎腹桿Gd7.88051

20、5.8224.834.987.877.91500.491277五節(jié)點設計1. 下弦節(jié)點b各桿件的內力由表查得。設計步驟：由腹桿內力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫hf和lw，然后根據(jù)lw的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀的尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。用 E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值ffw 160MPa設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫hf 4mm，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）肢背：lw0.7N0.7 1146002he ffw2 0.7 4 16089.5mm，取 90mm。0.3N0.3肢尖：l ww38.4mm ，取40mm 。2he ffw2 0

21、.7 4 160設“bD”桿的肢背和肢尖焊縫hf 6mm，則所需的焊縫長度為0.7N0.7 65300肢背：lww51mm，取 60mm。2he ffw 2 0.7 4 160肢尖：0.3N2he ff0.3 653002 0.7 4 16022mm ，取30mm。0 75 1242000.75 12420037.2MPa 160MPa2 0.7 6 (310 12)“ Cb”桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取hf 4mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為310 220下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為310mm ， h

22、f 6mm。焊縫所受的力為左右N 213.9 - 89.7 124.2kN ， 受力較大的肢背處的焊縫應力為焊縫強度滿足要求。2. 上弦節(jié)點“B”“ Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同?！?aB”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算得N B -145.7kNaB設“aB”桿的肢背和肢尖焊縫hf 5mm，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）0.7N0.7 145700肢背： lw w91mm ，取100mm。2he ffw2 0.7 5 160肢尖：0.3N2he ff0.3 1457002 0.7 5 16039mm ，取 40mm 。為了便于在上弦上擱置屋面

23、板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背6mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P 與上弦垂直。上弦槽焊縫所需長度可由下面計算得11h f 節(jié)點板厚度6 3mm, h f 4mm22lwp2 0.7 hfffw194002 0.7 4 16021.7mm上弦與節(jié)點板間焊縫長度為330mm，則角鋼肢背與節(jié)點板角焊縫所受應力為k1 NN222 1.220.75 161300 22 19400 22 1.222 0.7 hf lw2 0.7 4 330 867.4MPa 0.8ffw 128MPa根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之

24、間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為330 1903. 屋脊節(jié)點“G”（ 1）弦桿和拼接角鋼連接焊縫計算:弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠緊密結合，并便于施工，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般為 t hf 5mm） 。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償，接頭一邊的焊 縫長度按弦桿內力計算。設拼接角鋼與弦桿之間的角焊縫hf 6mm，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）lw2681004 0.7 6 16099.7mm拼接角鋼總長度ls 2 lw 2hfb（b 為弦桿桿端空隙）=2 99.7 2 6 20 24

25、3.4mm，所以拼接角鋼長度取250mm（ 2）弦桿和節(jié)點板的連接焊縫計算：上弦肢背與節(jié)點板之間的的槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，驗算與節(jié)點“B”處槽焊縫驗算方法類似，此處驗算過程略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內力的15% 計算，N 268.1 0.15 40.2kN， 并考慮此力產生的彎矩。設肢尖焊縫hf 6mm，取節(jié)點板長度350mm，則節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為4020032.3MPalw 350 2 7 20148mm，焊縫應力為2 0.7 6 1486 40200 462 60.3MPafN2 0.7 6 148232.3 260.3 59MPa 160MPa1.223） 中

26、豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N 20.1kN ， 內 力 較 小 ， 焊 縫 尺 寸 可 按 構 造 確 定 ， 取 焊 腳 尺 寸 為h f 4 mm ，焊縫長度40mm4. 下弦跨中節(jié)點d（ 1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算拼接角鋼和下弦桿截面相同，傳遞弦桿內力N 266.2kN ，設肢尖肢背焊腳尺寸均為6mm， 則需焊縫長度lwN w 266200 99mm， 則拼接角w 4 0.7 hf ffw4 0.7 6 160鋼長度 ls 2 lw 2hfb=2 99 2 6 20 242mm, 取 250mm（2） 弦桿和節(jié)點板的連接焊縫計算:按下弦桿內力的15% 計算， N 0.15 266.2 40kN， 設肢背， 肢尖焊縫hf 4mm，則節(jié)點一側所需焊縫長度為：肢背：0.75N0.75 40000lw w33.5mm2he ffw2 0.7 4 160肢尖：l w0.25Nw 2he ff0.25 4000011.2mm2 0.7 4 160（ 3）腹桿和節(jié)點板的連接焊縫計算，由于腹桿受力較小，其連接焊縫可按構造 確定。5. 支座節(jié)點“A”為了便于施焊，下弦桿角