课程设计--18m梯形屋架钢结构计算书.pdf
成绩：梯形钢屋架计算书梯形钢屋架计算书所在学院建筑工程学院所属专业土木工程、设计资料、设计资料1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取 27m，长度为102m，柱距 6m。采用 1。5m6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为 1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为 0.5kN/m2，雪荷载标准值 0.5kN/m2，积灰荷载标准值为 0。6kN/m2，轴线处屋架端高为 1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm，混凝土标号为 C25。钢材采用 Q235B 级,焊条采用 E43 型.2、屋架计算跨度：Lo=27m20.15m=26.7m3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（端部轴线处）,h=1915mm（端部计算处）。屋架中间高度 h=3025mm。二、结构形式与布置二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图一所示:图一屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置如图二所示:2图二-1屋架上弦支撑布置图图二-2屋架下弦支撑分布图图二3屋架垂直支撑符号说明：GWJ（钢屋架）；SC（上弦支撑);XC（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）;GG-（刚性系杆）；LG（柔性系杆）.三、荷载与内力计算三、荷载与内力计算1、荷载计算荷载与雪荷载不同时考虑，故计算时取两者较大的荷载标准值计算。由资料可知屋面活荷载等于雪荷载,所以取 0。5 kN/计算.标准永久荷载：防水层、找平层、保温层1。30kN/预应力混凝土大型屋面板1。40kN/钢屋架和支撑自重0.12+0.01127=0.42kN/总计：3.12kN/3标准可变荷载：屋面活荷载0。50 kN/积灰荷载0.60kN/总计:1.1kN/2、荷载组合设计桁架时，应考虑以下三种组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合)：全跨节点荷载设计值：F=（1.353。12+1。40.70.5+1。40.90.6)1。56 =49。122kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载：全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1。1=1.353.121。56=37。908 kN（按永久荷载为主的组合）F1.2=1。23.121.56=33。696kN（按可变荷载为主的组合)对结构有利时：F1。3=1。03。121.56=28.080kN半跨节点可变荷载设计值:F2.1=1.4(0.70.5+0.90.6)1.56 =11。214kN(按永久荷载为主的组合）F2。2=1.4（0。7+0。90.6）1.56 =17。325kN（按可变荷载为主的组合)全跨屋架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主的组合)：全跨节点屋架自重设计值：对结构不利时：F3。1=1.20.451。56=4。86kN对结构有利时：F3。2=1.00。451.56=4.05kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=(1。21.4+1.40。5）1.56=21.42kN其中为使用阶段荷载情况，施工阶段荷载情况。计算详图见图三。4图三桁架计算简图3、内力计算本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。表一内力系数（F=1)杆件名称第一种组左半跨 右半跨合 F全跨第二种组合F1+F2F1+F2第三种组合计算杆件F3F3内力（KN）+F4+F4AB000000000BC，CD-10。82 8.15 2。67 531.50551。36456.42-227。16-109.78 551。3612。DE，EF-17。854.98-876。83899.63-762。94362。43 193.42 899。6387上弦14.6FG，GH-21.556.89 1058.58 -1070.90-936.29418。75-252.32 1070。906HJ-22。72-14。23-8。49 1116.05 -1107.801008。36 415.23-292。28 1116。05IJ，JK23。2-14.72-8.48 1139.63 -1134.491026.38-428.05-294。39 1139.63251。32127。4359。10306.59ab5.994.591.4294。24306.59627.12305.05154.89748。57bc14.7710。893.88725.53748.57下cd19.9914。03 5。96981。951000.85861。04397.67224。811000。85弦de22。3414.647。71097。391100。50980.27422.16273。511100.5021.8612。049.821073。811037。26998。80364。14316。581073.81efaB11.23-8。6-2.63-551。64-574。70-471.27238.79 110。91-574.78.996.622.37441。61455.48381。85185.4994。46455。48BbbD-7.715.37 2。34-378.73-385。31332。81 -152。50-87。59385.31Dc5。853.742.11287.36286。56258。32108。5473.63287。36cF4.59 2。52 2.07 225。47217.66209.86-76。29-66。65-225.473.11。211.89152。28138.48150.2640.9855.55152.28Fd104。83斜dH1。92 0.07-1.85-94.3174.00-104。83-10.83-48。9654。68腹0671 02 16932 917 7354 6818593946He。.。.。杆18.59100。529.3974.71-37.96eg1.183。22-2。0457.96100.5237.96140。8437.0693.89-34。41gK1。913.952。0493。82140。8434.41gI0.670。6700000032.9137.0125。4017。613。2637。01Aa0.50.5Cb Ec-1-1竖Gd-1-1杆Jg11Ie-1。51.5-24.5627.6218.95-13。14-2.4327。62-49。1255。2337。91-26。284.8655。2349。12-55。23-37。91-26。284。8655.2349.12-55.23-37。9126。284.86-55.23-73。6882.85-56。86-39.42-7。2982。855Kf000000000四、杆件截面设计四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力 IJ、JK 计算,根据表得:N=-1139。63KN，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：lox=1355mm,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用,不起支撑作用,根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度loy为支撑点间的距离，即：loy=3lox=4065mm。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图四所示：图四上弦杆腹杆最大内力 N=-574.7KN，查表可知，中间节点板厚度取 12mm,支座节点板厚度取 14mm.设=60，根据规范由双边角钢组成的T 行和十字形截面均属于 b 类，查 Q235 钢轴心受力稳定系数表，=0。807，N1139.63103则需要截面积：A 6568.3mm2f0.807215lox135.5cmloy406.5 2.26cm，iy需要回转半径ix 6.78cm6060根据 A、ix、iy查角钢规格表，初选用 218011012，肢背间距 a=12mm，该截面特性如下：A=67.42cm2，ix=3.10cm，iy=8。75cm。b1/t 180/12 15按所选角钢进行验算：l135.5xox 43.71=150ix3.10b1/t 180/12 150.56loy/b1 0.564065/18012.656loyt2b118040652122yz3.7(1)3.7(1)44t1252.718052.7b1 =57.89150截面在 x 和 y 平面皆属 b 类,由于yzx，只需求出y，查轴心受压杆稳定系数表得y0.819，则有：2N1139630 206.45215N mm2yA0.8196740所需截面合适.2、下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，根据表得杆de 内力最大N=1100.50KN.计算长度又有：lox=2700mm,loy=26700/2=13350mm。N1100500 5118.60mm2 51.19cm2,选用f215216010012,采用短肢相并，如图五所示:需要截面面积A 图五下弦杆22该截面特性如下：A=6011mm5118。60mm，ix=28.2mm，iy=78.2mm.lox300106.38 350ix2.82l1335yoy170.72350iy7.82N1100500183.08MPa 215MPaA6011满足要求。3、端斜杆 aB:已知杆件轴力 N574。70kN，lox loy2390mm。因为lox loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy，选用角钢 2 1258010，如图六所示：长细比计算：x7图六端斜杆则其截面特性如下：2A3942mm,ix39.8mm，iy33。9mm对该截面验算如下:xllox23902390 60.05,yoy 70.50ix39.8iy33.9又因为:b2/t 80/10 8 0.482390/80 14.34441.09b21.09901所以:取yzy122 70.5023902102 79.33150l t0y因为:yzx，只需求y,查轴心受压杆稳定系数表得yz=0。692,于是有：N574.7010322 210.68N/mmf 215 N/mmyA0.6923942所需截面合适。4、腹杆 eggK：此杆在 g 节点处不断开，采用通长杆件.最大拉力：NgK140.84kN，Neg100.52kN；最大压力：NgK34.41kN,Neg 37.96kN；再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节间中心间距：lox=2027mm在桁架平面外的计算长度：N234.41)4055(0.750.25)3960mmN137.96选用 2 10010，如图七所示。loy l1(0.750.258图七腹杆 eg-gK2查角钢规格表得:A=3852mm，ix=30。5mm，iy=46。0mm。对此截面验算如下:llox2027oy396086.09150 x 66.46150，yi46.0ix30.5y又因为：b/t 100/10 10 0.58loy/b 0.583960/100 22.970.475b40.4751004 88.70 1501所以取:yzy12286.0922loyt3960 10因为:yzx只需求yz,查表得yz=0.630,于是有:N379600156MPa 215MPa，满足要求.yA0.6303852N140840 36.56MPa 215MPa,满足要求。拉应力:A38525。竖杆 Ie：该杆件 N82.85KN，l0 x 0.8l0.828012241mm，loy l 2801mm压应力:由于杆件内力较小,按=150 选择，需要的回转半径为：loy2801lox224114.9mm,iyix18.67mm，150150查型钢表，选用 2 L 638，如图八所示：图八中竖杆9其截面特性为:A=1902mm，ix=19。0mm，iy=31.0mm对此截面验算如下：ll22412801xox115.2 150，yoy92.1150ix19.4iy30.4因为：b/t=63/8=7.8750.58loy/b=0.582801/63=25。7870.475b40.475634 93.47 1501所以:yzy122 92.1222loyt2801 8因为xyz，只需求x，查表得x=0.463，于是有：NA828500.463190294.1MPa 215MPax其余各杆件截面选择过程不一一列出,计算结果见表二：10屋架杆件截面选择表表二截面回转半径（cm）稳定系数长细比计算应容许长杆件编内力面积力名称截面规格细比l0yiyyy号(KN）（cm2ixl0 xxxN/mm2）63135。50406。502L1801101267.423。108.7543.7157。89150。000。819206。45上弦IJJK-1139。1100。50270.001335。002L1601001260。102.827。8295.74170。72350。00183.08下弦de2L63819。021.903。10100。7961。77150。000.46394.10Aa-27.62191。50191。500。692210。68aB574.70239.00239.002L125801039.423.983.3960.0570.50150.00455。48239。00298.752L1001038。523。054.6078。3664.95350.00118.25Bb2L63819。021.903.10111.9585.77150.000。48759。63Cb55。23212.70265.8831261。50326。882L1001038.523。054.6085。7471.06150。000。650153.89bD385。287.36261.50326.882L1001038.523.054。6085。7471。06350。0074.60Dc2L63819。021。903。10123。7994。84150.000。41769.64Ec-55.23235.20294.0038.523.054。6092.1076。33150.000.60796。43cF225.47280.90351。132L10010152。28280.90351。132L63819.021.903。10147.84113。27350.0080。06Fd2L63819.021.903。10135。58103.87150.000.36379。99Gd55.23257.60322。002L63819。021.903。10158。32121.29150.000。281腹杆dH104.83300。80376。00196.1454.68300.80376。002L63819。021.903。10158。32121。29150。000。281102。31He-18.592L63819。021.903.10147.42112.94150.000。317137。41Ie82。85280.10350.13100。52202。70253.382L1001038.523。054.6066.4655.08150.000.77233.80eg37。96140。84202。70253.382L1001038。523.054。6066.4655。08150。000。77247。36gk34 41.0.00302.50302.502L63819.021.901。90159.21159。21200.000.00Kf37.01186。60233。252L63819。021.903。1098。2175.24350.0019。46gI2L63819.021。903.1073.6856.45150。000。72839.89Jg55。23140。00175.00计算长度(cm）11五、节点设计五、节点设计用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw160N/mm2。1、下弦节点“b”:设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf8mm 和 6mm,各杆件内力由表 1 查得，则所需的焊缝长度为:K1N0.7455.48103210mm；肢背:lW2hf28193.92mm，取lww20.7hf1ff20.78160肢尖：lWK2N0.3455.48103，取130mm;l2h 26 113.67mmwfw20.7hf 2ff20.76160设“Db”杆的肢背与肢尖焊缝分别为 8mm 和 6mm，则所需的焊缝长度为:K1N0.7385.31103肢背：lW取lw180mm；2hf28166.51mm，w20.7hf1ff20.78160肢尖：lWK2N0.3385.31103,取l2h 26 98.01mmw110mm;fw20.7hf 2ff20.76160竖杆“Cb，因其内力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定,取焊脚尺寸hf=5mm。根据上面求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差,按比例绘出接点详图,从而确定节点板尺寸为 390mm500mm。下弦杆与节点板连接的焊缝长度为 500mm,hf6mm。焊缝所受的力在左右两下弦杆的内力差N=748。57306。59=441。98KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为：K1N0.7441.98103f99.57N/mm2160mm220.7hflw20.7550026焊缝强度满足要求。节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图,从而定出节点尺寸。如图九所示图九节点板 b 尺寸2、上弦节点“B”：斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同。斜杆 aB 与节点板连接焊缝计算。设“aB”杆肢背与与肢尖的焊缝分别为 10mm和 8mm。又 N=574.70KN，则所需焊缝长度为：12肢 背：lW200mm；肢 尖:lWK1N0.65574.701032hf210 186.77mm，取lww20.7hf1ff20.710160K2N0.35574.70103，取l2h 28128.25mmwfw20.7hf 2ff20.78160140mm;为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以 0.8 的折减系数,计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 F 与上弦垂直（节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间的内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝必然是安全的，因此可不必验算）。上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差：N=574。70-0=574。70KN。1设需焊缝长度为 530mm，hf 112 6mm,hf 210mm。则肢尖：2F49120 K1N1 N20.65574700221.2221.2220.7hflw20.7653012wN85.98N 0.8160N2 0.8ff2128mmmmmm2222FK2N1 N221.2220.7hflww 28.31N2 0.8ffmm故焊缝强度满足要求.节点板尺寸如图十所示：2249120 0.3557470021.2220.7105302022图十节点板 B 尺寸3、屋脊节点“K”:弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊,需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿.拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设肢尖、肢背焊缝为 10mm，则所需焊缝计算长度为:(一条焊缝)13lw113963010 264.38mm40.710160拼接角钢总长度取 700264。372=528。74.上弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按上弦内力的 15%计算。设肢尖焊缝hf10mm，节点板 长度为 600mm，则节 点一 侧弦杆焊缝的 计算长 度为lw(600/21020)270mm，则焊缝应力为：0.151139630N 45.22MPaf20.71027060.15113963080M80.40MPa 160MPaf220.710270f2280.42（）f()45.222 79.92MPa 160MPaf1.22故满足要求。节点板尺寸如图十一所示：图十一节点板 K 尺寸4、端部支座节点“a“：如图十二所示：图十二支座节点 a14为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为 160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为 14mm。（1）支座底板计算:支座反力 R=491.2KN，混凝土强度 C25,fc12.5N/mm2，所需底板净面积为:491200 39296mm2An12.5锚栓直径取 d=25mm，锚栓孔直径为 50mm,则所需底板面积：3.1452 452.59A An Ao 392.962454按构造要求取底板面积为:ab 3030 900cm2 452.59cm2,垫板采用505012,孔径为 26mm,3.14 52实际底板净面积为：An=9612 4 5=901。38cm 244912008.69N/mm2底板实际应力：q 56538a1(141.2/2)2(141.4/2)218.9cm13.4 9.43cmb113.318.9b19.43 0.5,查表得：=0。058，则：a118.92=0.0588.691892=18004N/mm2Mqa1所需底板厚度t 6M/f 618004/205 22.96mm,取 t=24mm，则底板尺寸为：31031024.（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算：一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为：R491.2122.8KNV 44M Ve 122.86.5 798.2KN cm加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同，设焊缝尺寸为 6mm，验算焊缝应力如下122800612280065 220.7647320.76473 1.222230.91220.892 37.3N/mm2160N/mm2(3)节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力 R=491200N，hf=8mm，则实际焊缝长度为：lw 2(1102016)148mm焊缝设计应力为：491200/2 74.08N/mm21.22160 195.2N/mm2f0.781484故满足要求。15六、梯形屋架施工图六、梯形屋架施工图(见施工图纸）见施工图纸）16
