鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書

1、鋼屋 架 設(shè)計計算書課程設(shè)計名稱：梯形鋼屋架班 級：土木81004姓 名：鄭大偉學(xué) 號：100008449日 期：2013年1月6日目錄 一、設(shè)計題目與資料.（3） 二、屋架形式及幾何尺寸.（4） 三、 屋架支撐布置. （4） 四、荷載計算.（5） 1.屋面永久荷載和活荷載.（6） 2.荷載組合.（7） 五、內(nèi)力計算.（7）六、桿件截面選擇.（10） 1.上弦桿.（11) 2.下弦桿.（12) 3.斜腹桿.（12) 4.豎桿. (15) 5.各桿件的截面選擇計算. (16) 七、節(jié)點設(shè)計. (16) 1. 屋脊節(jié)點. (17) 2. 端部支座節(jié)點. (18) 3.下弦拼接節(jié)點. (19) 4

2、上弦節(jié)點. (20) 5下弦節(jié)點. (21) 八、屋架施工圖. (23) 1.設(shè)計題目與資料 題目 某廠房總長度60m，跨度L=21m，縱向柱距6m。（1）.結(jié)構(gòu)形式： 鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=1/10；L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度（0.15g），屋架下弦標(biāo)高為18m。（2）.屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q235鋼，焊條為E43型（3）.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載:無檁體系：采用1.5m×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮

3、屋面板起系桿作用）。荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單 位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位； 屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值， 積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.9kN/m2，保溫層荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.4 kN/m2。 屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kN/m2 水泥砂漿找平層 0.4kN/m2 保溫層 0.4kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.40kN/m2 2. 屋架形式和幾

4、何尺寸 屋面材料為大型屋面板，故采用無檁條體系平坡梯形屋架。屋面計算跨度l。=17700。端部高度取H。=1990，中部高度為2890 21米跨屋架幾何尺寸3.支撐布置 由于廠房長度只有60米，故僅在房屋兩端部開間設(shè)置上下弦橫向水平支撐和屋架兩端及跨中三處設(shè)置垂直支撐。其他屋架則在垂直支撐處分別于上下弦設(shè)置三道系桿，其中屋脊和兩支座處為剛性系桿，其余三道為柔性系桿4.荷載計算由于屋架的受荷水平投影面積為：，故按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取屋面活荷載（按上人屋面）標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載為0.35kN/m2，取屋面活荷載與雪荷載中較大值0.7kN/m2。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)

5、驗公式q=0.12+0.011L計算，L為屋架跨度，以m為單位。（1）屋面永久荷載表屋面永久荷載項目標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）分項系數(shù)設(shè)計值（kN/）三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層）0.401.20.48保溫層0.401.20.48水泥砂漿找平層0.401.20.48預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.401.21.68屋架及支撐自重0.351.20.42一氈二油隔層氣0.051.20.06合計3.00 3.6（2）屋面活荷載表屋面活荷載項目標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）分項系數(shù)設(shè)計值（kN/）施工活荷載或雪荷載0.70 1.40.98積灰荷載0.901.41.26合計1.602.24 屋面坡度較小，故對所有荷載均按水平投影計算荷載

6、組合：設(shè)計桁架時考慮以下幾種荷載組合全跨永久荷載+全跨可變荷載，桁架上弦節(jié)點荷載為：P=1.5×6×（3.6+0.98）=41.22KN全跨永久荷載+全跨（0.9活荷載+灰荷載）可變荷載，桁架上弦節(jié)點荷載為：P=1.5×6×（0.9×0.7+3.6+0.9）=46.17KN全跨永久荷載+半跨可變荷載，全跨永久荷載作用時上弦節(jié)點荷載為：P=1.5×6×3.6=32.41KN半跨灰荷載作用時上弦節(jié)點荷載為：P=1.5×6×0.9=8.1KN全跨桁架與支架+半跨屋面板+半跨屋面活荷載， 全跨桁架與支架作用時上弦

7、節(jié)點荷載為：P=1.5×6×（0.35×1.2）=3.78KN半跨屋面板和半跨屋面荷載作用時上弦節(jié)點荷載為：P=1.5×6×（1.2×1.4+1.4×0.7）=23.94KN5.內(nèi)力計算按解析法或電解法均可計算桁架各桿件內(nèi)力。由單位荷載作用在全跨及半跨各節(jié)點 時桿件的內(nèi)力系數(shù)，求出當(dāng)荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點時的桿件內(nèi)力，并求出不利荷載組合下的桿件內(nèi)力，取其中最不利內(nèi)力（包括正、負(fù)最大值）作為設(shè)計桁架的依據(jù)。 由以下圖得F=1時屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力

8、值21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值桁架桿件內(nèi)力表桿件名稱桿件內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨(0.9活荷載+灰荷載)荷載P=46.17kNN=P*3全跨永久荷載+半跨可變荷載P=32.41kNP1=8.1kNN1=P*3+P1*1Nr=P*3+P1*2全跨桁架、支撐+半跨屋面板+半跨屋面可變荷載P=3.78kNP1=23.94kNN1=p*3+P1*1Nr=P*3+P1*2桿件最大內(nèi)力（kN）P=1作用在左半跨右半跨全跨123N1NrN1Nr上弦桿AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC,CD-5.310-2.162-7.472-344.98-28

9、5.18-259.68-155.37-80.00-344.98DE,EF-7.339-3.923-11.262-519.97-424.45-396.78-217.97-136.49-519.97FG,GH-6.861-5.319-12.180-562.35-450.33-437.84-210.29-173.38-562.35下弦桿ac+3.010+1.090+4.100+189.30+157.26+141.71+87.44+41.59+189.30ce+6.663+3.081+9.744+449.88+369.77+340.76+196.34+110.59+449.88eg+7.326+4.6

10、36+11.962+552.29+447.03+425.24+220.60+156.20+552.29gh+5.884+5.884+11.768+543.33+429.06+429.06+185.35+185.35+543.33斜腹桿aB-5.641-2.043-7.684-354.77-294.73-265.59-164.09-77.95-354.77Bc+3.960+1.848+5.808+268.16+220.31+203.21+116.76+66.2+268.16cD-2.633-1.776-4.409-203.56-164.22-157.28-79.70-59.18-203.56De

11、+1.222+1.570+2.792+128.91+100.39+103.21+39.81+48.14+128.91eF-0.047-1.525-1.572-72.60-51.33-63.30-7.07-42.45-72.6Fg-1.039+1.367+0.328+15.14+2.21+21.7-23.63+33.97+33.97-23.63gH+1.913-1.200+0.713+32.92+38.6013.39+49.49-26.03+48.49-26.03豎桿Aa-0.500.00-0.50-23.09-20.26-16.21-13.86-1.89-23.09Cc-1.000.00-1.

12、00-46.17-40.51-32.40-27.72-3.78-46.17Ee-1.000.00-1.00-46.17-40.51-32.40-27.72-3.78-46.17Gg-1.000.00-1.00-46.17-40.51-32.40-27.72-3.78-46.176.桿件截面選擇按腹桿最大內(nèi)力NaB=-354.77kN，查表7.6選中間節(jié)點板厚為10mm，支座節(jié)點板厚為12mm1） 上弦桿整個上弦采用等截面，按最大內(nèi)力NFG=-562.35kN計算。Lox=150.75cm，Loy=301.5cm（取兩塊屋面板寬度） 假定=50 查表1.2=0.856Areq=N/f=56235

13、0/（0.856*21500）=30.56cm²ixreq=Lox/=150.75/50=3.02cmiyreq=Loy/=301.5/50=6.03cm由附表10選2140×90×8短肢相拼，A=2×18.04=36.08cm²,ix=2.59cm,iy=6.72cm截面驗算x=Lox/ix=150.75/2.59=58.2【】=150（滿足）y=Loy/iy=301.5/6.72=44.9【】=150 （滿足）雙角鋼T型截面繞對稱軸（y軸）應(yīng)按彎扭屈曲計算換算長細(xì)比yz b1/t=14/0.8=17.50.56Loy/ b1=0.56

14、15;301.5/14=12.1故yz=3.7 b1/t1+Loy²t²/(52.7b14) =3.7 ×17.5×1+301.5²×0.8²/(52.7×144) =64.8x故由max=yz=64.8,查附表1.2得=0.780N/A=562350/（0.780×3608）=199.8N/mm²f=215 N/mm²（滿足）2）下弦桿整個下線采用等截面。按最大內(nèi)力Neg=552.29kN計算。Lox=300cm，Loy=1035cmAnreq=N/f=552.29×10&

15、#179;/215=25.69cm²由附表10選2125×80×7，An=A=2×14.10=28.2cm²（設(shè)連接支撐的螺栓孔位于節(jié)點板內(nèi)的距離a100mm），ix=2.30cm，iy=6.04cm應(yīng)力=N/An=552.29×10³/2128=195.8 N/mm²f=215 N/mm²（滿足） x= Lox/ix=300/2.3=130.4【】=350（滿足） y=Loy/iy=1035/6.04=171.4【】=350（滿足）3）腹桿aB桿 NaB=-354.77kN，Lox=Loy=L=253c

16、m選用2110×70×8，長肢相拼。查附表10，A=27.88cm²，ix=3.51cm，iy=2.93cmx=Lox/ix=253/3.51=72.1【】=150（滿足）y=Loy/iy=253/2.93=86.3【】=150（滿足）因為b2/t=7/0.8=8.750.48Loy/ b2=0.48×253/7=17.3yz=y1+1.09 b24/( Loy²t²) =86.3×1+1.09×74/(253²×0.8²) =91.8, yzx，故由yz查附表1.2得=0.608N/

17、A=354.77×10³/(0.608×2788)=209.3N/mm²f=215 N/mm²（滿足）Bc桿NBc=268.16kn，Lox=0.8L=0.8×261.3=209.0，Loy=L=261.3選用263×6.查附表9，A=2×7.29=14.58cm²，ix=1.93cm，iy=2.99cmx=Lox/ix=209.0/1.93=108.3【】=350（滿足）y=Loy/iy=261.3/2.99=87.4【】=350（滿足）應(yīng)力=N/An=268.16×10³/(14.

18、58×10²)=183.9N/mm²f=215 N/mm²（滿足）cD桿NcD=-203.56kN，Lox=Loy=286.4cm選用2110×70×6，長肢相拼,查附表10得，A=2×10.64=21.28cm²，ix=3.54cm，iy=2.88cmx=Lox/ix=286.4/3.54=80.9【】=150（滿足）y=Loy/iy=286.4/2.88=99.4【】=150（滿足）因為b2/t=7/0.6=11.670.48Loy/ b2=0.48×286.4/7=19.6yz=y1+1.09 b2

19、4/( Loy²t²) =99.4×1+1.09×74/(286.4²×0.6²) =108.2, yzx，故由yz查附表1.2得=0.505N/A=203.56×10³/(0.505×2128)=189.4N/mm²f=215 N/mm²（滿足）De桿NDe=128.91kN，Lox=0.8L=0.8×286.4=229.1cm，Loy=284.4cm選用250×5，查附表9得，A=2×4.8=9.6cm²，ix=1.53cm，iy=

20、2.45cmx=Lox/ix=229.1/1.53=149.7【】=350（滿足）y=Loy/iy=286.4/2.45=116.9【】=350（滿足）應(yīng)力=N/An=128.91×10³/(9.6×10²)=134.3 N/mm²f=215 N/mm² （滿足）eF桿NeF=-72.6kN，Lox=0.8L=0.8×312.4=249.9cm，Loy=312.4cm選用263×6，查附表9得，A=2×7.29=14.58cm²，ix=1.93cm，iy=2.99cmx=Lox/ix=249.9

21、/1.93=129.5【】=150（滿足）y=Loy/iy=312.4/2.99=104.5【】=150（滿足）因為b/t=6.3/0.6=10.50.58Loy/ b=0.58×312.4/6.3=28.76yz=y1+0.475 b4/( Loy²t²) =104.5×1+0.475×6.34/(312.4²×0.6²) =106.7, yzx，故由x查附表1.2得=0.387N/A=72.6×10³/(0.387×1458)=128.7N/mm²f=215 N/mm&#

22、178;（滿足）應(yīng)力=N/An=72. 6×10³/(14.58×10²)=49.8 N/mm²f=215 N/mm²（滿足）Fg桿NFg=33.97kN，Lox=0.8L=0.8×312.4=249.9cm，Loy=312.4cm選用263×6，查附表9得，A=2×7.29=14.58cm²，ix=1.93cm，iy=2.99cmx=Lox/ix=249.9/1.93=129.5【】=150（滿足）y=Loy/iy=312.4/2.99=104.5【】=150（滿足）應(yīng)力=N/An=33.97

23、×10³/(16.32×10²)=23.3N/mm²f=215 N/mm²（滿足）gH桿NgH=48.49kN，Lox=0.8L=0.8×339.0=271.2cm，Loy=339.0cm選用263×6，查附表9得，A=2×7.29=14.58cm²，ix=1.93cm，iy=2.99cmx=Lox/ix=271.2/1.93=140.5【】=150（滿足）y=Loy/iy=339/2.99=113.4【】=150（滿足）應(yīng)力=N/An=48.49×10³/(14.58

24、15;10²)=33.3N/mm²f=215 N/mm²²（滿足）4）豎桿 Aa桿 NAa=-23.09kN=-23090N，l0x l+15=200.5cm，l0y200.5cm， 選用2 70×6，查附表8，A2×8.16=16.32cm2，ix2.15cm，iy=3.26cm x=l0x / ix=200.5 / 2.15 = 93.3 150 (滿足) y=l0y / iy=200.5 / 3.26 = 61.5 150 (滿足) 因為b/t=7/0.6=11.70.58×l0y /b=16.6 故yz =y (1+

25、0.475×b4 /l0y2×t2)= 61.5×(1+0.475×74/200.52×0.62)=66.3 yz x，故由x查附表1.2得x=0.598。 N /A=23.09×103/0.598×16.32×10223.6 N/mm2f=215N/mm2（滿足） Cc桿 NCc=-46.170kN，l0x 0.8×l=0.8×229183.2cm，l0y229cm. 選用2 70×6，查附表8，A2×8.16=16.32cm2，ix2.15cm，iy=3.26cm x =

26、 l0x / ix = 183.2/2.15 =85.21150 (滿足) y = l0y / iy = 229 /3.26 =70.25 150 (滿足) 因為b/t=7/0.6=11.7 0.58×l0y /b=18.97 故 yz=y(1+0.475×b4/l0y2×t2)= 70.25×(1+0.475×74/2292×0.62)=74.50 yz x，故由x查附表1.2得x=0.654。 N /A=46.170×103 / 0.654×16.32×10243.10 N/mm2f=215 N/mm

27、2（滿足）eE桿NeE=-46.17kN， 選用270×6十字相連。查附表9得，A=16.32cm²，ixo=2.15cm,iy=3.26cmxo=Lo/ixo=207.2/2.15=96.37【】=350（滿足）y=Loy/iy=259/3.26=79.45【】=150（滿足）應(yīng)力=N/A=46.17×10³/1632=28.29 N/mm²f=215 N/mm²（滿足） Gg桿 ， 由于內(nèi)力較小，故按選擇，所需的回轉(zhuǎn)半徑為： 查型鋼表，選擇截面的回轉(zhuǎn)半徑較計算的要略大些，故選用×6。 ，=2.15cm，=3.26cm 因

28、為，故只需求，（滿足）7.節(jié)點設(shè)計屋脊節(jié)點豎桿端焊縫按構(gòu)造取hf和lw為5mm和80mm。上弦節(jié)點板的連接焊縫，角鋼肢背采用塞焊縫，并假定僅承受屋面板傳來的集中荷載，一般不作計算。角鋼肢尖焊縫取上弦內(nèi)力的15，即N=0.15N=0.15×562.35=84.4kN。其產(chǎn)生的偏心彎矩M=84.4×10³×70=5908KN·mm現(xiàn)取節(jié)點板尺寸如圖。設(shè)肢尖焊腳尺寸hf2=6mm，則焊縫計算長度lw2=200-2×6=188mm。驗算肢尖焊縫強度6M/（f×2×0.7hf2lw2²）²+N/2

29、5;0.7 hf2lw2²=6×5908000/(1.22×2×0.7×6×188²）²+84.4×10³/2×0.7×6×188²=111.51 N/mm²ff=160 N/mm²（滿足）上弦桿起拱后坡度為1/10.拼接角鋼采用與上弦相同截面，熱彎成型。拼接角鋼一側(cè)的焊縫長度按弦桿所受內(nèi)力計算。設(shè)角焊縫焊腳尺寸hf=t-2=8-2=6mm。則接頭一側(cè)需要的焊縫計算長度為：Lw=N/(4×0.7hf ff)=562.35

30、15;10³/（4×0.7×6×160）=209.2mm拼接角鋼總長度為：L=2（lw+2 hf）+a=2×（209.2+2×6）+（8+2/10×90）=468.4mm取L=500mm拼接角鋼豎肢需要的高度為 =t+hf=8+6=14mm取=15mm，即豎肢余留高度為75mm。取兩斜腹桿桿端至節(jié)點中心距離為230mm。節(jié)點板按布置腹桿桿端焊縫需要，采用-330×10×400端部支座節(jié)點a的計算端部支座處總反力R=41.22×7=288.5kN1） 底板計算所需底板面積A=R/fc=288.5&

31、#215;10³/14.3=20174.8mm²現(xiàn)選用A=28×38=1064×10²mm²，An=106.4×10³-2×25²=1024.7×10²mm²底板平均壓力q=R/An=288.5×10³/1024.7×10²=2.80N/mm²fcP=R/An=288.5×10³/(192×280)=5.37 N/mm²fcc=14.3 N/mm² b1/a1=79.

32、2/169.8=0.466，查表得=0.0546Mmax=qa1²=0.0546×5.37×169.8²=8454N·mm所需底板厚度t=（6M/f）=（6×8454/205）=15.7mm故取t=20mm2） 加勁肋計算，加勁肋與節(jié)點板連接焊縫hf=6mm，lw=60hf=360mm425 mm(實際焊縫長度)每塊節(jié)點板連接焊縫承受的彎矩和剪力V=R/4=288.5×10³/4=72.1kN， M=Ve=72.1×52.5=3787kN·mm剪力=V/（2×0.7 hflw）=72.

33、1×10³/（2×0.7×6×360）=23.84N/mm²應(yīng)力=6M/f(2×0.7 hflw²)=6×3787×10³/1.22(2×0.7×6×360²)=17.1 N/mm²垂直焊縫最大應(yīng)力（應(yīng)力）²+（剪力）²=17.1²+23.84²=29.3N/mm²ff=160 N/mm²3） 加勁肋節(jié)點板與底板連接焊縫計算。取hf=8mm，則與底板連接水平角焊縫總長度為lw=2×280-2×（192-12-2×15）-12×8=764mm應(yīng)力=R/f（0.7h