钢结构设计计算说明

梯形钢屋架课程设计计算书专 业： 土木工程 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成日期： 2013-3-1 深 圳 大 学 土 木 工 程 学 院钢结构课程设计评分表考查项目 得分 参考分计算正确性 20计算书书面质量 15表达准确性 20图纸图面质量 15学习态度和认真程度 10答辩成绩 20总成绩 100评语2一、设计资料1、 车间平面尺寸为 150m30m，柱距6m，跨度为 30m，柱网采用封闭结合。车间内有两台15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车。2、 屋面采用长尺复合屋面板，板厚50mm，檩距不大于 1800mm，本设计取1500mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 Z 形钢 Z25075202.5，屋面坡度 i=l/8。3、 钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高 9.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为 400mm400mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值 fc 14.3N/mm 2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4、 钢材用 Q235-B，焊条用 E43 系列型。5、 屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如图 1 所示。图1 屋架外形尺寸及腹杆布置形式6、 该车间建于深圳近郊。7、 屋盖荷载标准值：（1） 屋面活荷载 0.50 kN/m 2（2） 基本雪压s 0 0 kN/m2（3） 基本风压w 0 0.75 kN/m2（4） 复合屋面板自重 0.3 kN/m 2（5） 檩条自重 0.084 kN/m（6） 屋架及支撑自重 0.12+0.011L kN/m 2（L为屋架名义跨度，取30m）8、 运输单元最大尺寸长度为15m，高度为 4.0m。二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸屋架上弦节点用大写字母 A, B, C连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母 a, b, c连续编号。由于梯形屋架跨度 L 30m 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f L / 500 60mm 。屋架计算跨度 l 0 L 2 0.15 30 2 0.15 29.7m 。起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。3图 2 屋架几何尺寸运输单元的最大尺寸为长度 15m，高度 4m。此屋架跨度 30m，高度 3.825m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为 15m，高为 3.825m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。2、檩条布置采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为 1.5m。檩条跨度 ，在跨中二分点处设置一道拉条，为檩条提供一个侧向支撑点。由6lm于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。檩条和撑杆的设置如图 3 所示。图 3 檩条、拉条和撑杆的布置三、支撑布置1、上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过 60m。本车间长度为 150m，因此需要布置四道横向水平支撑，如图 4 所示。图 4 上弦横向水平支撑2、下弦横向和纵向水平支撑屋架跨度 L 30m 24m ，且车间内有两台 15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图 5所示。4图 5 下弦横向和纵向水平支撑3、垂直支撑垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。 (a)跨 中 垂 直 支 撑b端 部 垂 直 支 撑图 6 垂直支撑4、系杆没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中，檩条采用冷弯薄壁斜卷边 Z 形钢 Z25075202.5，查型钢表回转半径 ，则长细比23.1im为 ，故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。下弦平面/30/2.19.7620oli设置两道柔性系杆（图 5），可采用 的单角钢。45四、荷载与内力计算1、荷载计算（1） 永久荷载复合屋面板自重 20.3/kNm檩条自重 0.84/156屋架及支撑自重 .永久荷载总和： 20.86/kNm（2） 可变荷载（a） 活荷载：雪荷载 0kN/m 2 ，屋面活荷载 0.5 kN/m 2，根据荷载规范，取两者较大值 0.5kN/m 2。（b） 风荷载： 。 ， ， ，迎风面0kzswu1.z.0zu2.75/wkNm，背风面 。故迎风面 ，背风面 0.6su54k。2375/kNm2、荷载组合设计屋架时，应考虑以下四种组合：5（1） 组合一：全跨永久荷载+全跨活荷载永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为 2q=.20861.45=.67kN/m屋架上弦节点荷载为 PA.7.03（2） 组合二：全跨永久荷载+半跨活荷载全跨永久荷载： 1 2q=.2086.9kN/m1PA.75.=873半跨活荷载： 2 2q=.40.k/2P.7156.=30N（3） 组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载全跨屋架及支撑自重： 3 2q=1.045.k/m3PA.6.0=45N半跨屋面板重+半跨施工荷载： 4 2q=1.2(.)+1.3k/4P.356.0=7（4） 组合四：全跨永久荷载+风荷载迎风面： 5 2q=1.086.405.176kN/m0背风面： 26.3=.8/可见，风吸力不会引起屋架杆件内力由拉力变为压力，不需要考虑该组合。上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、内力计算本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨） ，内力计算结果如表 1 所示。五、杆件截面设计1、节点板厚度对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力（一般在支座处）按下表取用：6梯形桁架腹杆内力或三角形屋架弦杆端节间内力 (kN)18030:1507:019中间节点板厚 (mm) 6 8 10 12 14支座节点板厚(mm) 8 10 12 14 16本屋架中腹杆最大内力 ，因此中间节点板厚取 6mm ，支座节点板厚N=1.59k0N取8mm。表 1 屋架杆件内力组合表内力系数 组合二 组合三杆件名称 全跨 a 左半跨 b右半跨 c组合一 Pa P1a+P2bP1a+P2cP3a+P4bP3a+P4c计算内力（KN）AB -6.46 -4.78 -1.69 -97.14 -86.52 -67.04 -74.76 -43.31 -97.14 BC -6.46 -4.78 -1.69 -97.14 -86.52 -67.04 -74.76 -43.31 -97.14 CD -15.44 -10.92 -4.52 -231.99 -203.53 -163.20 -173.55 -108.45 -231.99 DE -15.44 -10.92 -4.52 -231.99 -203.53 -163.20 -173.55 -108.45 -231.99 EF -19.67 -13.14 -6.53 -295.64 -254.48 -212.88 -213.27 -146.10 -295.64 FG -19.67 -13.14 -6.53 -295.64 -254.48 -212.88 -213.27 -146.10 -295.64 GH -21.27 -12.60 -8.66 -319.63 -265.06 -240.22 -214.31 -174.21 -319.63 HI -21.27 -12.60 -8.66 -319.63 -265.06 -240.22 -214.31 -174.21 -319.63 IJ -21.27 -12.60 -8.66 -319.63 -265.06 -240.22 -214.31 -174.21 -319.63 上弦杆JK -21.27 -12.60 -8.66 -319.63 -265.06 -240.22 -214.31 -174.21 -319.63 ab 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 bc 11.60 8.40 3.20 174.33 154.16 121.43 132.37 79.54 174.33 cd 17.85 12.29 5.55 268.21 233.23 190.77 197.28 128.75 268.21 de 20.42 13.15 7.27 306.96 261.14 224.11 216.46 156.67 306.96 下弦杆ef 19.24 9.62 9.62 289.10 228.51 228.51 175.72 175.72 289.10 Ab 10.75 7.95 2.80 161.59 143.93 111.52 124.37 72.06 161.59 bC -9.24 -6.51 -2.72 -138.80 -121.64 -97.78 -103.62 -65.09 -138.80 Cc 6.57 4.31 2.27 98.79 84.52 71.65 70.43 49.66 98.79 cE -5.12 -2.96 -2.16 -76.88 -63.27 -58.26 -50.77 -42.68 -76.88 Ed 3.31 1.46 1.85 49.72 38.07 40.53 28.24 32.20 49.72 dG -2.09 -0.30 -1.79 -31.37 -20.08 -29.50 -11.46 -26.67 -31.37 Gg 0.92 -0.94 1.86 13.89 2.17 19.78 -5.78 22.66 22.66/-5.78 ge 0.30 -1.56 1.86 4.54 -7.18 14.35 -14.62 20.14 20.14/-14.62gI 0.71 0.71 0.00 10.69 10.69 6.21 10.11 2.88 10.69 eh 2.27 3.95 -1.68 34.12 44.67 9.26 49.31 -7.85 49.31/-7.85斜腹杆hK 2.98 4.66 -1.68 44.79 55.35 15.46 59.42 -4.98 59.42/-4.987Ih 0.62 0.62 0.00 9.35 9.35 5.43 8.84 2.52 9.35 Aa -10.00 -7.52 -2.48 -150.30 -134.69 -102.91 -117.01 -65.69 -150.30 Bb -1.00 -1.00 0.00 -15.03 -15.03 -8.73 -14.22 -4.05 -15.03 Dc -1.00 -1.00 0.00 -15.03 -15.03 -8.73 -14.22 -4.05 -15.03 Fd -1.00 -1.00 0.00 -15.03 -15.03 -8.73 -14.22 -4.05 -15.03 Hg -1.00 -1.00 0.00 -15.03 -15.03 -8.73 -14.22 -4.05 -15.03 Ie -2.00 -2.00 0.00 -30.06 -30.06 -17.46 -28.44 -8.10 -30.06 Jh -1.00 -1.00 0.00 -15.03 -15.03 -8.73 -14.22 -4.05 -15.03 竖腹杆Kf 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2、杆件计算长度系数及截面形式（1） 上弦杆面内计算长度系数 。根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4） ，面外计算长1.0xu度系数 。 ，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 4.0y 4y形截面。（2） 下弦杆与上弦杆类似，面内计算长度系数 ，由图 5 可知，面外计算长度 1.0xu。下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组成的 T 形截面。0yl=6m（3） 支座腹杆（Aa）面内和面外计算长度系数都为 1.0，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（4） 再分式腹杆（Gg,ge,eh,hK）面内计算长度系数 ，面外计算长度系数：1.0xu对腹杆 Gg,ge： 2120.142(.75.)(0.75.).906yN对腹杆 eh,hk: .30.yu采用两不等角钢短肢相并组成的 T 形截面。（5） 跨中竖腹杆（Kf）采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为 0.9。（6） 其它腹杆面内计算长度系数 ，面外计算长度系数 ，根据等稳定原则，采用两x=0.8y =1.0等肢角钢组成的 T 形截面。3、上弦杆上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 GH、HI、IJ、JK 杆的最大内力设计，即 。计算长度 ， 。截面选用19.6N152oxlm0yl =468m，短肢相并，肢背间距 ，所提供的截面几何特性为：240 8 8a， ， 。23.7Acm .9xic 6.yic（1）刚度验算8015.29.38150xli满足640.yi（2）整体稳定验算，因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算1 01/0/8 17.5/.56048/12.9ybt lb长细比 9.yz，上弦杆绕 y 轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数 ，则yzx 0.61322219.6014.8/15/07NNmfNmA4、下弦杆下弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 ef 杆的最大内力设计，即 。计算289.10kN长度