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

1、成績：鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)梯形鋼屋架計(jì)算書 所在學(xué)院 建筑工程學(xué)院 所屬專業(yè) 土木工程 班級(jí)學(xué)號(hào) 土木10-3 1015020324 學(xué)生姓名 鄭春旭 指導(dǎo)教師 黃雪芳 王曉東 設(shè)計(jì)時(shí)間 2013.11.26 、設(shè)計(jì)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(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/m2。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5kN/m2，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=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(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=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(jì)算處）。屋架中間高度h=3025mm。二、結(jié)構(gòu)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(hào)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(nèi)力計(jì)算1、荷載計(jì)算荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，故計(jì)算時(shí)取兩者較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。由資料可知屋面活荷載等于雪荷載，所以取0.5 kN/計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載:防水層、找平層、保溫層 1.30kN/預(yù)應(yīng)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(jì): 3.12kN/標(biāo)準(zhǔn)可變荷載:屋面活荷載 0.50 kN/積灰荷載 0.60kN/總計(jì): 1.1kN/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=(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(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)： 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(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)： F1.3=1.0×3.12×1.5×6=28.080kN半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載設(shè)計(jì)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(diǎn)屋架自重設(shè)計(jì)值：對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)：F3.1=1.2×0.45×1.5×6=4.86kN對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)：F3.2=1.0×0.45×1.5×6=4.05kN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)計(jì)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(jì)算詳圖見圖三。 圖三 桁架計(jì)算簡圖3、 內(nèi)力計(jì)算本設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算結(jié)構(gòu)在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表一。 表一 桿件名稱 內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合 F×第二種組合第三種組合計(jì)算桿件全跨左半跨右半跨F1×+F2×F1× +F2×F3× +F4×F3× +F4×內(nèi)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(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)內(nèi)力IJ、JK計(jì)算，根據(jù)表得：N= -1139.63KN，屋架平面內(nèi)計(jì)算長度為節(jié)間軸線長度，即：=1355mm,本屋架為無檁體系，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)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取屋架平面外計(jì)算長度為支撐點(diǎn)間的距離，即：=3=4065mm。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 上弦桿腹桿最大內(nèi)力N=-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)=60，根據(jù)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(shù)表，=0.807，則需要截面積：需要回轉(zhuǎn)半徑，根據(jù)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(jìn)行驗(yàn)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(shù)表得0.819,則有: 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內(nèi)力最大N=1100.50KN。計(jì)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(xì)比計(jì)算： 滿足要求。3、端斜桿aB：已知桿件軸力N-574.70kN，2390mm。因?yàn)椋什捎貌坏戎卿?，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(duì)該截面驗(yàn)算如下：，又因?yàn)椋核裕喝∫驗(yàn)椋?，只需求，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)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(diǎn)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(nèi)的計(jì)算長度取節(jié)間中心間距： =2027mm在桁架平面外的計(jì)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(duì)此截面驗(yàn)算如下： ，又因?yàn)椋核匀。阂驗(yàn)椋?只需求，查表得=0.630，于是有：壓應(yīng)力：，滿足要求。拉應(yīng)力：，滿足要求。5.豎桿Ie：該桿件N-82.85KN， 0.8 28012241mm， 由于桿件內(nèi)力較小，按= =150選擇，需要的回轉(zhuǎn)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(duì)此截面驗(yàn)算如下： ， 因?yàn)椋篵/t=63/8=7.875<0.58/b=0.582801/63=25.787所以：因?yàn)?，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(jì)算結(jié)果見表二： 屋架桿件截面選擇表 表二 名稱桿件編號(hào)內(nèi)力（KN）計(jì)算長度（cm)截面規(guī)格截面面積（cm2）回轉(zhuǎn)半徑（cm)長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)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(diǎn)設(shè)計(jì)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 。1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”：設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫8mm和6mm，各桿件內(nèi)力由表1查得 ，則所需的焊縫長度為：肢背：，取210mm；肢尖：，取130mm；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：，取180mm；肢尖：，取110mm；豎桿“Cb”，因其內(nèi)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

23、間應(yīng)有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390mm×500mm。下弦桿與節(jié)點(diǎn)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(nèi)力差N=748.57-306.59=441.98KN，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： 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2 、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：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(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。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)間的內(nèi)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內(nèi)力差：N=574.70-0=574.70KN。設(shè)需焊縫長度為530mm，則肢尖