鋼結構課程設計梯形鋼屋架計算書

1、成績：鋼結構課程設計梯形鋼屋架計算書 所在學院 建筑工程學院 所屬專業(yè) 土木工程 班級學號 土木10-3 1015020324 學生姓名 鄭春旭 指導教師 黃雪芳 王曉東 設計時間 2013.11.26 、設計資料1、 某工廠車間，采用梯形鋼屋架無檁屋蓋方案，廠房跨度取27m，長度為102m，柱距6m。采用1.5m×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，保溫層、找平層及防水層自重標準值為1.3kN/m2。屋面活荷載標準值為0.5kN/m2，雪荷載標準值0.5kN/m2，積灰荷載標準值為0.6kN/m2，軸線處屋架端高為1.90m，屋面坡度為i=1/12，屋架鉸接支承在鋼筋混凝土柱上，上柱截

2、面400mm×400mm，混凝土標號為C25。鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型。2、屋架計算跨度：Lo=27m2×0.15m=26.7m3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（端部軸線處），h=1915mm（端部計算處）。屋架中間高度h=3025mm。二、結構形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖一所示: 圖一 屋架形式及幾何尺寸屋架支撐布置如圖二所示: 圖二-1 屋架上弦支撐布置圖 圖二-2 屋架下弦支撐分布圖 圖二-3 屋架垂直支撐符號說明：GWJ-（鋼屋架）；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）。

3、三、荷載與內力計算1、荷載計算荷載與雪荷載不同時考慮，故計算時取兩者較大的荷載標準值計算。由資料可知屋面活荷載等于雪荷載，所以取0.5 kN/計算。標準永久荷載:防水層、找平層、保溫層 1.30kN/預應力混凝土大型屋面板 1.40kN/鋼屋架和支撐自重 0.12+0.011×27=0.42kN/總計: 3.12kN/標準可變荷載:屋面活荷載 0.50 kN/積灰荷載 0.60kN/總計: 1.1kN/2、荷載組合設計桁架時，應考慮以下三種組合： 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)點荷載設計值： F=(1.35×3.12+1.4×0

4、.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6 =49.122kN 全跨永久荷載+半跨可變荷載：全跨節(jié)點永久荷載設計值：對結構不利時： F1.1=1.35×3.12×1.5×6=37.908 kN（按永久荷載為主的組合） F1.2=1.2×3.12×1.5×6=33.696kN（按可變荷載為主的組合）對結構有利時： F1.3=1.0×3.12×1.5×6=28.080kN半跨節(jié)點可變荷載設計值： F2.1= 1.4×(0.7×0.

5、5+0.9×0.6)×1.5×6 =11.214kN（按永久荷載為主的組合） F2.2=1.4×（0.7+0.9×0.6）×1.5×6 =17.325kN（按可變荷載為主的組合） 全跨屋架包括支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載(按可變荷載為主的組合)：全跨節(jié)點屋架自重設計值：對結構不利時：F3.1=1.2×0.45×1.5×6=4.86kN對結構有利時：F3.2=1.0×0.45×1.5×6=4.05kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值： F4=(1.2

6、15;1.4+1.4×0.5) ×1.5×6= 21.42kN其中為使用階段荷載情況，施工階段荷載情況。計算詳圖見圖三。 圖三 桁架計算簡圖3、 內力計算本設計采用程序計算結構在單位節(jié)點力作用下各桿件的內力系數，見表一。 表一 桿件名稱 內力系數（F=1）第一種組合 F×第二種組合第三種組合計算桿件全跨左半跨右半跨F1×+F2×F1× +F2×F3× +F4×F3× +F4×內力（KN)上弦AB000000000BC，CD-10.82-8.15-2.67-531.50 -55

7、1.36 -456.42 -227.16 -109.78 -551.36 DE，EF -17.85-12.87-4.98-876.83 -899.63 -762.94 -362.43 -193.42 -899.63 FG，GH -21.55-14.66-6.89-1058.58 -1070.90 -936.29 -418.75 -252.32 -1070.90 HJ-22.72-14.23-8.49-1116.05 -1107.80 -1008.36 -415.23 -292.28 -1116.05 IJ，JK-23.2-14.72-8.48-1139.63 -1134.49 -1026.38

8、 -428.05 -294.39 -1139.63 下弦ab 5.994.591.4294.24 306.59 251.32 127.43 59.10 306.59 bc 14.7710.893.88725.53 748.57 627.12 305.05 154.89 748.57 cd 19.9914.035.96981.95 1000.85 861.04 397.67 224.81 1000.85 de 22.3414.647.71097.39 1100.50 980.27 422.16 273.51 1100.50 ef21.8612.049.821073.81 1037.26 998.

9、80 364.14 316.58 1073.81 斜腹桿aB-11.23-8.6-2.63-551.64 -574.70 -471.27 -238.79 -110.91 -574.7Bb8.996.622.37441.61 455.48 381.85 185.49 94.46 455.48bD-7.71-5.37-2.34-378.73 -385.31 -332.81 -152.50 -87.59 -385.31Dc5.853.742.11287.36 286.56 258.32 108.54 73.63 287.36cF-4.59-2.52-2.07-225.47 -217.66 -209.

10、86 -76.29 -66.65 -225.47Fd3.11.211.89152.28 138.48 150.26 40.98 55.55 152.28dH-1.92-0.07-1.85-94.31 -74.00 -104.83 -10.83 -48.96 -104.83He0.67-1.021.6932.91 7.73 54.68 -18.59 39.46 54.68-18.59eg 1.183.22-2.0457.96 100.52 9.39 74.71 -37.96 100.52-37.96gK1.913.95-2.0493.82 140.84 37.06 93.89 -34.41 14

11、0.84-34.41gI0.670.67032.91 37.01 25.40 17.61 3.26 37.01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 -26.28 -4.86 -55.23Ie-1.5-1.50-73.68 -82.85 -56.86 -39.42 -7.29 -82

12、.85Kf0000 0 0 0 0 0 四、桿件截面設計1、上弦桿：整個上弦桿采用相等截面，按最大設計內力IJ、JK計算，根據表得：N= -1139.63KN，屋架平面內計算長度為節(jié)間軸線長度，即：=1355mm,本屋架為無檁體系，認為大型屋面板只起剛性系桿作用，不起支撐作用，根據支撐布置和內力變化情況，取屋架平面外計算長度為支撐點間的距離，即：=3=4065mm。根據屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并，如圖四所示： 圖四 上弦桿腹桿最大內力N=-574.7KN，查表可知，中間節(jié)點板厚度取12mm，支座節(jié)點板厚度取14mm。設=60，根據規(guī)范由雙邊角鋼組成的T

13、行和十字形截面均屬于b類，查Q235鋼軸心受力穩(wěn)定系數表，=0.807，則需要截面積：需要回轉半徑，根據A、查角鋼規(guī)格表，初選用2180×110×12，肢背間距a=12mm，該截面特性如下： A=67.42， =3.10cm ， =8.75cm。按所選角鋼進行驗算：=150 =57.89 截面在x和y平面皆屬b類，由于 ，只需求出，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數表得0.819,則有: 所需截面合適。2 、下弦桿:整個下弦桿采用同一截面，按最大設計值計算，根據表得桿de內力最大N=1100.50KN。計算長度又有:=2700mm,=26700/2=13350mm。需要截面面積，選用21

14、6010012，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 >5118.60， =28.2mm，=78.2mm。長細比計算： 滿足要求。3、端斜桿aB：已知桿件軸力N-574.70kN，2390mm。因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使，選用角鋼2 1258010 ，如圖六所示： 圖六 端斜桿則其截面特性如下： A3942，39.8mm，33.9mm對該截面驗算如下：，又因為：所以：取因為： ，只需求，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數表得=0.692，于是有： N/<215 N/ 所需截面合適。4、腹桿eg-gK：此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力： ，；

15、最大壓力： ，；再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內的計算長度取節(jié)間中心間距： =2027mm在桁架平面外的計算長度： 選用 2 10010，如圖七所示。 圖七 腹桿eg-gK 查角鋼規(guī)格表得:A=3852， =30.5mm，=46.0mm。 對此截面驗算如下： ，又因為：所以?。阂驗椋?只需求，查表得=0.630，于是有：壓應力：，滿足要求。拉應力：，滿足要求。5.豎桿Ie：該桿件N-82.85KN， 0.8 28012241mm， 由于桿件內力較小，按= =150選擇，需要的回轉半徑為： ， ， 查型鋼表，選用2 L 63×8,如圖八所示： 圖八 中豎桿其截面特性為： A=1902

16、 ， =19.0mm ， =31.0mm對此截面驗算如下： ， 因為：b/t=63/8=7.875<0.58/b=0.582801/63=25.787所以：因為 ，只需求，查表得=0.463，于是有： 其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結果見表二： 屋架桿件截面選擇表 表二 名稱桿件編號內力（KN）計算長度（cm)截面規(guī)格截面面積（cm2）回轉半徑（cm)長細比容許長細比穩(wěn)定系數計算應力上弦IJ JK-1139.63 135.50 406.50 2L180×110×1267.42 3.10 8.75 43.71 57.89 150.00 0.819 206.45

17、下弦de1100.50 270.00 1335.00 2L160×100×1260.10 2.82 7.82 95.74 170.72 350.00 183.08 腹桿Aa-27.62 191.50 191.50 2L63×819.02 1.90 3.10 100.79 61.77 150.00 0.463 94.10 aB-574.70 239.00 239.00 2L125×80×1039.42 3.98 3.39 60.05 70.50 150.00 0.692 210.68 Bb455.48 239.00 298.75 2L100

18、15;1038.52 3.05 4.60 78.36 64.95 350.00 118.25 Cb-55.23 212.70 265.88 2L63×819.02 1.90 3.10 111.95 85.77 150.00 0.487 59.63 bD-385.31 261.50 326.88 2L100×1038.52 3.05 4.60 85.74 71.06 150.00 0.650 153.89 Dc287.36 261.50 326.88 2L100×1038.52 3.05 4.60 85.74 71.06 350.00 74.60 Ec-55.23

19、235.20 294.00 2L63×819.02 1.90 3.10 123.79 94.84 150.00 0.417 69.64 cF-225.47 280.90 351.13 2L100×1038.52 3.05 4.60 92.10 76.33 150.00 0.607 96.43 Fd152.28 280.90 351.13 2L63×819.02 1.90 3.10 147.84 113.27 350.00 80.06 Gd-55.23 257.60 322.00 2L63×819.02 1.90 3.10 135.58 103.87 15

20、0.00 0.363 79.99 dH-104.83300.80 376.00 2L63×819.02 1.90 3.10 158.32 121.29 150.00 0.281 196.14He54.68 -18.59300.80 376.00 2L63×819.02 1.90 3.10 158.32 121.29 150.00 0.281 102.31 Ie-82.85 280.10 350.13 2L63×819.02 1.90 3.10 147.42 112.94 150.00 0.317 137.41 eg100.52 -37.96202.70 253.3

21、8 2L100×1038.52 3.05 4.60 66.46 55.08 150.00 0.772 33.80 gk140.84 -34.41202.70 253.38 2L100×1038.52 3.05 4.60 66.46 55.08 150.00 0.772 47.36 Kf0.00 302.50 302.50 2L63×819.02 1.90 1.90 159.21 159.21 200.00 0.00 gI37.01 186.60 233.25 2L63×819.02 1.90 3.10 98.21 75.24 350.00 19.46 J

22、g-55.23 140.00 175.00 2L63×819.02 1.90 3.10 73.68 56.45 150.00 0.728 39.89 五、節(jié)點設計用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值 。1、下弦節(jié)點“b”：設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫8mm和6mm，各桿件內力由表1查得 ，則所需的焊縫長度為：肢背：，取210mm；肢尖：，取130mm；設“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：，取180mm；肢尖：，取110mm；豎桿“Cb”，因其內力很小，焊縫尺寸可按構造縫確定，取焊腳尺寸=5mm。根據上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之

23、間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為390mm×500mm。下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長度為500mm，6mm。焊縫所受的力在左右兩下弦桿的內力差N=748.57-306.59=441.98KN，受力較大的肢背處的焊縫應力為： 焊縫強度滿足要求。節(jié)點板尺寸：根據以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖九所示 圖九 節(jié)點板b尺寸2 、上弦節(jié)點“B”：斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。斜桿aB與節(jié)點板連接焊縫計算。設“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：肢背:，取200mm；肢尖:，取140mm；為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，焊縫強度設計值應乘以0.8的折減系數，計算時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)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間的內力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽焊縫必然是安全的，因此可不必驗算）。上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內力差：N=574.70-0=574.70KN。設需焊縫長度為530mm，則肢尖