鋼屋架課程設(shè)計計算書（word20頁）

1、鋼屋架課程設(shè)計計算書姓名：戴治學號：13274026班級：土木1304指導教師：劉智敏目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc455909322 一、設(shè)計資料及說明 PAGEREF _Toc455909322 h 3 HYPERLINK l _Toc455909323 二、屋架形式的選定和結(jié)構(gòu)平面布置 PAGEREF _Toc455909323 h 3 HYPERLINK l _Toc455909324 三、屋架荷載和內(nèi)力計算 PAGEREF _Toc455909324 h 5 HYPERLINK l _Toc455909325 四、桿件設(shè)計 PAGEREF _T

2、oc455909325 h 9 HYPERLINK l _Toc455909326 五、節(jié)點設(shè)計 PAGEREF _Toc455909326 h 14一、設(shè)計資料及說明1工程地點：北京，設(shè)計使用年限：50年2工程規(guī)模：單層單跨封閉式工業(yè)廠房，長度120m，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上；屋架跨度24m；柱距6m；屋面離地面高度約20m。室內(nèi)正常環(huán)境，吊車起重量20/5t，工作制為A5，無較大的振動設(shè)備。3屋面作法：選用壓型鋼板輕型屋面；屋面坡度為1/10；無天窗。4自然條件：基本風壓為0.45kN/m2，基本雪壓為0.40kN/m2，積灰荷載標準值0.50kN/m2，地震設(shè)防烈度為8 度，基本地震加

3、速度為0.2g。地面粗糙類別為B 類。5材料選用（1）屋架鋼材采用碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/ T700-2006 規(guī)定的Q235B。（2）焊條采用碳鋼焊條GB/T5117-1999 中規(guī)定的E43 型焊條。（3）普通螺栓應(yīng)采用性能等級為4.6 級C 級螺栓。錨栓采用碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700-2006 中規(guī)定的Q235B 級鋼制成。（4）角鋼型號按熱軋等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差GB/T9787-1988和熱軋不等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差GB/T9788-1988選用。（5）混凝土為C25。6結(jié)構(gòu)及各組成構(gòu)件形式（1）鋼屋架：梯形鋼屋架（2）屋面板：選用輕型屋面板，材料可選擇夾芯板，選用長尺

4、壓型鋼板、夾芯板時可按圖集壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造01J925-1 選用。（3）檁條及屋蓋支撐：計算或從相關(guān)標準圖集中選用。7主要建筑構(gòu)造做法及建筑設(shè)計要求按輕屋面計算。二、屋架形式的選定和結(jié)構(gòu)平面布置 1屋架形式和幾何尺寸由于，采用緩坡梯形屋架。屋架計算跨度：屋架端部高度取跨中高度：屋架高跨比，滿足。屋架起拱度，取50mm。為使屋架上弦節(jié)點受荷，腹桿采用人字式，上弦節(jié)點水平間距取1.5m。屋架各桿件幾何尺寸見圖1。圖1 屋架的幾何尺寸2屋蓋支撐布置根據(jù)車間長度120 米，跨度24 米及荷載情況，設(shè)置四道上、下弦橫向水平支撐。屋脊處與檐口位置上、下弦處分別各設(shè)一道系桿。在屋蓋兩端開間

5、內(nèi)的屋脊處與兩端支座處設(shè)屋架間的垂直支撐。由于有吊車，所以設(shè)置下弦縱向水平支撐。圖2 屋架上弦支撐布置圖3 屋架下弦支撐布置3400圖4（a） 屋架1-1剖面垂直支撐布置2215圖4（b） 屋架2-2剖面垂直支撐布置三、屋架荷載和內(nèi)力計算1、荷載計算屋架和支撐重根據(jù)經(jīng)驗公式估算，取 ，且因屋架下弦無其他荷載，可以認為屋架和支撐重量全部作用于上弦節(jié)點。屋面活荷載與雪荷載不同時考慮，從資料可知屋面活荷載為0.5kN/m2 大于雪荷載0.4kN/m2，故取屋面活荷載。由于是輕屋面，需要考慮風荷載的影響。 屋面板選擇輕型屋面板，根據(jù)壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造01J925-1圖集查詢，選擇夾芯板

6、。先預估算屋面板的受力，恒荷載為0.3kN/m2?；詈奢d中屋面活荷載為0.5kN/m2，積灰荷載為0.5kN/m2，則活荷載標準值為1.0kN/m2。屋面板所承受的荷載設(shè)計值為。板型選為JXB42-333-1000，板厚s為60mm，有效寬度1000mm，檁距取1.5m，支撐條件為簡支，則永久荷載：屋面板和檁條的自重 屋架和支撐重 共0.79kN/m2可變荷載：屋面活荷載 積灰荷載 共1.4kN/m22、檁條的設(shè)計： 檁條選用實腹式檁條，截面形式選用冷彎薄壁C 型鋼C250X70X20X3.0，鋼材鋼號：Q345 鋼。拉條設(shè)置：設(shè)置一道拉條，拉條作用：約束檁條上翼緣。由于設(shè)置了一道拉條，保證了

7、檁條在豎向荷載的作用下的整體穩(wěn)定性，故不用驗算檁條的整體穩(wěn)定性。檁條計算簡圖如圖5。 圖5 檁條計算簡圖檁條所受的豎向荷載：屋面板和檁條自重：0.31kN/m2可變荷載：1.4kN/m2則，按簡支梁計算，兩個方向彎矩分別是：跨中正彎矩：支座負彎矩：檁條的受彎強度驗算：冷彎薄壁C型鋼C250X70X20X3.0 的截面特性為：Ix=1013.01cm4，Wnx=81.04cm3， Wny=12.82cm3，用Mx最大值及其同一截面的My進行計算。所以，滿足要求！檁條的撓度驗算：由于設(shè)有拉條，只驗算垂直于屋面坡度的撓度即可。考慮荷載的組合系數(shù)，采用恒載+活載+0.9積灰荷載的荷載標準值組合，則，滿

8、足要求！3、荷載組合（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載：全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載：全跨節(jié)點永久荷載：半跨節(jié)點可變荷載：（3）全跨屋架包括支撐+半跨屋面板重和半跨活荷載：全跨節(jié)點屋架和支撐自重：半跨節(jié)點屋面板重和活荷載：（4）豎向地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)組合：全跨節(jié)點地震作用和其他荷載效應(yīng)的組合： （5）由于是輕屋面，考慮風吸力的作用： 圖6 廠房體型系數(shù)風荷載標準值：考慮1.0 恒荷載+1.4 風荷載（風吸力）的荷載組合，風吸力結(jié)果為： 由于風吸力數(shù)值為，說明是壓力，且小于豎向荷載組合，可以忽略。工況（1）（2）為使用荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4、內(nèi)

9、力計算桁架在上述四種荷載組合作用下的計算簡圖見圖7。 圖7 荷載組合作用下的計算簡圖采用軟件，先計算桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見下表。桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（）第一種組合第二種組合第三種組合第四種組合計算桿件內(nèi)力（）全跨左半跨右半跨+上弦桿AB0000.00.00.00.00.00.00BC、CD-8.684-6.221-2.463-171.2-140.1-92.8-94.1-59.9-73.6-171.2DE、EF-13.48-9.008-4.772-265.7-209.3-156.0-140.1-101.6-114.3-26

10、5.7FG、GH-15.205-9.139-4.472-299.7-223.3-164.5-148.8-106.3-128.9-299.7HK-14.721-7.361-7.361-290.2-197.4-197.4-130.5-130.5-124.8-290.2下弦桿ac4.7093.4671.24292.877.249.151.931.639.992.8ce11.4807.9683.512226.3182.0125.9122.081.597.4226.3eq14.5919.3055.286287.6221.0170.3147.6111.1123.7287.6gk15.1238.4116.7

11、12298.1213.5192.1141.8126.3128.2298.1斜腹桿aB-8.856-6.521-2.335-174.6-145.1-92.4-97.5-59.5-75.1-174.6Bc6.8724.7592.113135.4108.875.572.948.958.3135.4cD-5.436-3.404-2.032-107.1-81.5-64.3-54.4-42.0-46.1-107.1De3.7041.9061.79773.050.449.033.332.331.473.0eF-2.459-0.713-1.746-48.5-26.5-39.5-17.1-26.5-20.9-4

12、8.5Fg1.124-0.4411.56522.22.427.70.819.19.527.7gH0.0141.546-1.5310.319.6-19.214.1-13.90.119.6,-19.2Hk-1.075-2.4631.388-21.2-38.79.8-27.08.0-9.19.8,-38.7豎桿Aa-0.500-0.5000.000-9.9-9.9-3.6-6.7-2.2-4.2-9.9Cc、Ee、Gq-1.000-1.0000.000-19.7-19.7-7.1-13.4-4.3-8.5-19.7Kk1.9300.9650.96538.025.925.917.117.116.438

13、.0支座反力862157.7注：，四、桿件設(shè)計1、上弦桿截面設(shè)計上弦桿的最大內(nèi)力在FG、GH 節(jié)間，最大內(nèi)力為。上弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，節(jié)間軸線長度；在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化，取。圖8 上弦桿截面因為，故截面選擇兩個不等肢角鋼，短肢相拼，如圖8所示。腹桿最大內(nèi)力，查表可知，節(jié)點板厚度選用8mm，支座節(jié)點板厚度選用10mm（8mm+2mm，支座節(jié)點板比其他節(jié)點板厚2mm）。設(shè)，查表有。則需要的截面面積為：相應(yīng)回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)需要的，查角鋼規(guī)格表，選用（短肢相距8mm），參數(shù)為：，驗算：剛度要求滿足！由于，查表有整體穩(wěn)定性要求滿足！故所選截面合適2、下弦桿截面設(shè)計下弦桿均按最大內(nèi)力

14、設(shè)計，歸并為一種截面。 下弦桿的最大內(nèi)力在gk節(jié)間，最大內(nèi)力為N= 298.1kN= 298100N下弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，節(jié)間軸線長度；在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化，取。因為，故截面選擇兩個不等肢角鋼，短肢相拼，如圖9所示。 圖9 下弦桿截面則需要的截面面積為：選用，參數(shù)為：，驗算：剛度要求滿足！3、斜桿截面設(shè)計（1）端斜桿aB截面設(shè)計aB桿件的最大內(nèi)力為N= -174.6kN= -174600N斜桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，節(jié)間軸線長度；在桁架平面外，。因為，故截面宜選兩個不等肢角鋼，長肢相并，使。如圖10 所示。 圖10 端部斜桿截面選用，參數(shù)為：，按所選角鋼進行驗算：剛度要

15、求滿足！由于，查表有整體穩(wěn)定性要求滿足?。?）腹桿cDcD 桿件的最大內(nèi)力為N= -107.1kN= -107100N斜桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，節(jié)間軸線長度；在桁架平面外，。因為，故截面宜選兩個等肢角鋼，使。如圖11 所示。 圖11 斜腹桿cD截面選用，參數(shù)為：，按所選角鋼進行驗算：剛度要求滿足！由于，查表有整體穩(wěn)定性要求滿足！4、豎桿Cc截面設(shè)計Cc 桿件的最大內(nèi)力為N= -19.7kN= -19700N斜桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，節(jié)間軸線長度；在桁架平面外，。因為，故截面宜選兩個等肢角鋼，使。如圖12 所示。 圖12 豎桿Cc截面選用，參數(shù)為：，按所選角鋼進行驗算：剛度要求滿足！由于，查

16、表有整體穩(wěn)定性要求滿足！其余桿件的截面選擇過程類同，計算過程不一一列出，桿件截面選擇結(jié)果如下表。 桿件內(nèi)力設(shè)計值/幾何長度/計算長度/截面截面面積A/回轉(zhuǎn)半徑/長細比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力設(shè)計值弦桿AK-299.7150715074521（短肢相并）172725.175.3585.293.8-0.596199.97ak+298.1300030006000（短肢相并）138715.843.4189.6138.1-214.9斜桿aB-174.6275527552755（長肢相并）231823.321.6118.4128.9-0.393191.9Bc+135.427552204275569413.820.91

17、59.2134.2-195.2cD-107.1304524363045122919.428.2125.4111.60.409-213.0De+73.030452436304569413.820.9175.9147.9-105.2eF-48.5330926473309122919.428.2136.3120.70.360-109.7Fg+27.733092647330969413.820.9191.2160.4-39.9gH19.6, -19.2357928633579122919.428.2147.4130.00.317-49.3,16.0Hk9.8, -38.7357928633579122

18、919.428.2147.4130.00.317-99.4,8.0豎桿Aa-9.9221522152215668.617.524.9126.998.20.402-36.8Cc-19.7250020002500668.617.524.9114.6108.60.466-63.2Ee-19.7280022402800668.617.524.9128.3119.70.395-74.5Gg-19.7310024803100668.617.524.9142.0131.00.337-87.5Kk38.0340027203400668.617.524.9155.8142.5-56.8 注：；（壓桿）、350（

19、拉桿）5、墊板的截面選擇為了保證兩個角鋼組成的桿件共同作用，應(yīng)在兩角鋼相并肢之間，每隔一定距離設(shè)置墊板，并與角鋼焊住。墊板厚度與節(jié)點板相同，為8mm；寬度一般取5080mm，本設(shè)計取60mm；長度應(yīng)比角鋼肢寬大1520mm，以便于角鋼焊接。墊板間距在受壓桿件中不大于40i ，在受拉桿件中不大于80i（i為一個角鋼最小回轉(zhuǎn)半徑）。在桿件的計算長度范圍內(nèi)至少設(shè)置兩塊墊板，如果只在中央設(shè)置一塊，則墊板處剪力為零而不起作用。各桿件的墊板數(shù)量如下表。桿件內(nèi)力設(shè)計值/幾何長度/計算長度/截面截面面積A/最小回轉(zhuǎn)半徑/墊板的數(shù)量墊板的間距/墊板允許間距弦桿AK-299.715071507（短肢相并）1727

20、25.187501004ak+298.130003000（短肢相并）138715.8415001264斜桿aB-174.627552755（長肢相并）231821.62500864Bc+135.42755220469413.828001104cD-107.130452436122919.43600776De+73.03045243669413.828001104eF-48.533092647122919.43600776Fg+27.73309264769413.838001104gH19.6,-19.235792863122919.44700776Hk9.8,-38.7357928631229

21、19.44700776豎桿Aa-9.922152215668.617.52500700Cc-19.725002000668.617.53500700Ee-19.728002240668.617.53550700Gg-19.731002480668.617.53600700Kk+38.034002720668.617.555001400五、節(jié)點設(shè)計1、下弦一般節(jié)點“c”如圖13所示。圖13 下弦一般節(jié)點“c”這類節(jié)點的設(shè)計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸，然后再根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫?！癇c”桿角鋼的肢背和肢尖：，則取，則取

22、，“cD”桿角鋼的肢背和肢尖：，則取，則取，“Cc”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫焊腳尺寸。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙以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340mm250mm。驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫強度：下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度340mm，hf =5mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的各種組合下最大的內(nèi)力差：受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。其余下弦節(jié)點計算見下表：節(jié)點放樣焊縫說明c92.8226.3133.534043.3hf =5mm肢尖焊縫的應(yīng)力變小，定能滿足要求。e226.3287.661.329523.0g2

23、87.6298.110.52854.12、上弦一般節(jié)點“B”上弦一般節(jié)點如圖14所示。 “Bc”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸與節(jié)點“c”相同。 “aB”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算，則“aB”桿角鋼的肢背和肢尖：，則取，則取，為了便于在上弦上擱置檁托，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。塞焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去桁架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直，節(jié)點荷載由塞焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受。 確定出節(jié)點板尺寸為240mm210mm。則上弦與節(jié)點板焊縫長度為240mm。上弦肢背槽焊縫。驗算焊縫的強度，上弦肢背塞焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：肢尖焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：焊縫強度滿足要求。其余上弦節(jié)點計算見下表：節(jié)點放樣焊縫說明B171.224012.4106.3133.2D94.522013.664.388.2F3419515.426.340.9H9.520514.67.010.33、下弦中央拼接節(jié)點（1）拼接角鋼計算因節(jié)點兩側(cè)下弦桿力相等，故用一側(cè)桿力計算。拼接角鋼采用與下弦相同截面，下