《桁架设计计算书》word版.doc

云南大学城建学院钢结构设计原理课程设计计算书指导教师： 秦云 学生姓名： 裴博玉 班 级： 2011级生物技术 学 号： 20111070036 设计时间： 2014.7.252014.7.30 2014.8.5 2014.8.8 桁架设计1.设计资料某厂房总长度108m，跨度可根据自己的情况从21m和24m两种情况中选用（同等情况下，前者的评分将较后者低5分），纵向柱距6m。厂房建筑采用封闭结合；1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台50/10t（中级工作制），锻锤为2台5t。2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235B钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345A钢，焊条为E50型。3.屋盖结构及荷载 无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（保证三点焊接，考虑屋面板能起到系杆的作用）荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35KN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载0.5kN/m2。屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.40kKN/m2 水泥砂浆找平层 0.50kN/m2 保温层 0.80kN/m2 一毡二油隔气层 0.05KN/m2 水泥砂浆找平层 0.40kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.50kN/m22.结构形式与布置图2a . 24米跨屋架几何尺寸桁架支撑布置如图： 3.荷载计算屋面坡度i=1/10沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/cos=1.005标准永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.40*1.005=0.402 kKN/m2 水泥砂浆找平层 0.50*1.005=0.503kN/m2 保温层 0.80*1.005=0.804kN/m2 一毡二油隔气层 0.05*1.005=0.503KN/m2 水泥砂浆找平层 0.40*1.005=0.402kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.50*1.005=1.508kN/m2屋架及支撑自重： q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m2 共 4.506 kN/m2施工活荷载 0.7 kN/m2积灰荷载 0.5 kN/m2三种荷载组合全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点荷载设计值（按永久荷载为主控制的组合）F=（1.354.506+1.40.70.7+1.40.90.5）61.5=66.592kN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=4.5061.3561.5=54.748kN（按永久荷载为主控制的组合）F1.2=4.5061.261.5=48.667kN（按可变荷载为主控制的组合）对结构有利时：F1.3=4.5061.061.5=40.554kN半跨节点可变荷载设计值F2.1=（0.70.7+0.90.5）1.461.5=11.844kN （按永久荷载为主控制的组合）F2.2=（0.7+0.90.5）1.461.5=14.490kN （按可变荷载为主控制的组合）全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主控制的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F3.1=0.3841.261.5=4.147kN对结构有利时：F3.2=0.3841.061.5=3.456kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.21.508+1.40.7）61.5=25.106kN 为使用阶段荷载情况，为施工阶段荷载情况。 图2b . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图2c. 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图2 24m跨屋架4.内力计算 桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力/kN全跨左半跨右半跨F1.i+F2.iF1.i+F2.iF3.i+F4F3.i+F4上弦AB000000000BC、CD-8.72-6.25-2.47-580.682-580.682DE、EF-13.53-9.04-4.49-900.990-900.990FG、GH-15.26-9.17-6.09-1016.19-1016.19HI-14.71-7.38-7.38-979.568-979.568下弦ac+4.73+3.48+1.25314.980314.980ce+11.53+8.0+3.53767.806767.806eg+14.65+9.34+5.31975.573975.573gi+15.17+8.44+6.731010.2011010.201斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-590.671-590.671Bc+6.88+4.76+2.12+458.153+458.153cD-5.44-3.14-2.03-362.26-362.26De+3.70+1.90+1.80+246.390+246.390eF-2.46、+0.71-1.75-163.816-163.816Fg+1.11-0.45+1.56+73.91755.44（F1.1，F2.1） 79.25（F1.1，F2.1）-6.39（F3.1，F4）44.07（F3.1，F4）+79.25，-6.39gH+0.02+1.55-1.531.33223.27（F1.3，F2.2）-17.03（F1.1，F2.1）38.98（F3.2，F4）-38.32（F3.1，F4）-38.32，38.98Hi-1.08-2.471.39-71.919-88.38(F1，1 ,F2，1)-42.66(F1，1 ,F2，1)-66.78（F3，1 ,F4）31.16（F3，2 ,F4）-88.3831.16竖杆Aa-0.5-0.50-33.296-33.30Cc、Ee、Gg-1.0-1.00-66.592-66.59Ii0+0.97000注：F=66.592kN,F1.1=54.748kN,F1.2=48.667 kN,F1.3=40.554kN;F2.1=11.844kN,F2.2=14.490kN;F3.1=4.147kN,F3.2=3.456kN,F4=25.106kN。5.杆件设计（1） 上弦杆 整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。 N=-1016.19kN=-1016190N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，lox=150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取loy=3lox=3150.8=452.4cm由于loy=3lox，故截面宜选择两个不等支角钢，短肢相并，如下图：腹杆最大内力N=590.671kN ,查表9.6.4，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设=60，查附录4得=0.807需要截面积：A=N/( f)= 1016190/（0.807310）=4062.0mm2需要的回转半径：ix=lox/=150.8/60=2.51cmiy=loy/=452.4./60=7.54cm根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用21258012,A=46.70cm2, ix=3.95cm,iy=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所选角钢进行验算： x = lox/ ix=150.8/3.95=38.18因为b1/t=10.420.56 loy/ b1=0.564524/125=20.27故有 yz=y= loy/iy=452.4/6.23=72.62x ,只需求y ，查表得y =0.738N/( yA)= 1016190/（0.7384670）=294.85N/mm2 lox ,故用不等支角钢，短肢相并，如图A=46.70cm2 32.59cm2 ix=3.95cm , iy=6.23cm,oy = loy/ iy=1185/6.23=190.20=350考虑下弦有221.5mm栓孔削弱，下弦净截面面积An=4670-221.512=4154mm2=N/An=1010201/4154=243.19 N/mm2 310 N/mm2（3）端斜杆aB 杆件轴力：N=-590.671kN =-590671kN 计算长度：lox = loy =253.5cm，由于lox = loy ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。选用21409010 ，如图所示：A=44.522cm2，ix=4.47cm , iy=3.74cm , b2/t=90/10=9. x = lox/ ix=253.5/4.47=56.71由于b/t=90/10=90.48 loy / b =0.482535/90=13.52故 yz=y 1+1.09 b 4/（loy 2t2）=75.32x ,只求y =0.718=N/( yA)= 590671/（0.7184452.2）=184.78 N/mm2 310 N/mm2所需截面合适（4）Bc杆杆件轴力： N=458.153KN=458153N杆件计算长度： lox =0.8*260.8cm=208.64cm，loy =260.8cm 所需截面积： An=N/f=1477.91mm2 选用21007等边角钢如图，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=208.64/3.09=67.52=350 y = loy/ iy=260.8/4.53=57.57=350=N/An= 458153/2759.2=166.05 N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（5） cD杆杆件轴力：N=-362.26KN 计算长度： lox =0.8*285.9=228.72cm loy=285.9cm选用21007等边角钢如图，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=228.72/3.09=74.02=150 因为 b/t=100/7=14.290.58 loy / b =0.582859/100=16.58所以 y = loy/ iy=285.9/4.53=63.11yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=70.59=150x=0.751=N/( xA)= 362260/（0.7512759.2）=174.82N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（6）De杆杆件轴力： N=246.390KN=246390N杆件计算长度： lox =0.8*285.9cm=228.72cm，loy =285.9cm 所需截面积： An=N/f=749.81mm2 选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=228.72/1.94=117.90=350y = loy/ iy=285.9/3.04=94.05=350=N/A= 246390/1228.6=200.55 N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（7）eF杆杆件轴力：N=-163.816KN 计算长度： lox =0.8*312.9=250.32cm loy=312.9cm选用2805等边角钢如图，A=15.824cm2 ix =2.48cm iy =3.71cmx = lox/ ix=250.32/2.48=100.94=150 因为 b/t=80/5=160.58 loy / b =0.583129/80=22.69所以 y = loy/ iy=312.9/3.71=84.34yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=91.04=150x=0.549=N/( xA)= 163816/（0.5491582.4）=188.57N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（8） Fg杆最大拉力：N=79.25KN 最大压力：N=-6.39KN计算长度： lox =0.8*311.9=249.52cm loy=311.9cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=249.52/1.94=128.62=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.583119/63=28.71所以 y = loy/ iy=311.9/3.04=102.60yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=107.58=150x=0.394=N/( xA)= 6390/（0.3941228.6）=13.20N/mm2 310 N/mm2 拉应力：=N/A= 79250/1228.6=64.50 N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（9）gH杆最大拉力：N=38.98KN 最大压力：N=-38.32KN计算长度： lox =0.8*339.6=271.68cm loy=339.6cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=271.68/1.94=140.04=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.583396/63=31.26所以 y = loy/ iy=339.6/3.04=111.71yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=114.61=150x=0.345=N/( xA)= 38320/（0.3451228.6）=90.41N/mm2 310 N/mm2 拉应力：=N/A= 38980/1228.6=31.73N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（10）Hi杆最大拉力：N=31.16KN 最大压力：N=-88.38KN计算长度： lox =0.8*337=269.6cm loy=337cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=269.6/1.94=138.97=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.583370/63=31.03所以 y = loy/ iy=337/3.04=110.86yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=113.78=150x=0.349=N/( xA)= 88380/（0.3491228.6）=201.12N/mm2 310 N/mm2 拉应力：=N/A= 31160/1228.6=25.36N/mm2 310 N/mm2所选截面合适。（11）竖杆Aa杆件轴力：N=-33.3KN 计算长度： lox =0.8*199=159.2cm loy=199cm内力较小，按=150选择，需要的回转半径为： ix=lox/=159.2/150=1.06cm , iy=loy/=199/150=1.33cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=159.2/1.94=82.06=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.581990/63=18.32所以 y = loy/ iy=199/3.04=65.46yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=70.41 yz,只需求 x ， x=0.675=N/( xA)= 33300/（0.6751228.6）=40.15N/mm2 310 N/mm2 （12）竖杆Cc,Ee,Gg：按Gg杆件的最大设计内力设计。杆件轴力：N=-66.59KN 计算长度： lox =0.8*289=231.2cm loy=289cm内力较小，按=150选择，需要的回转半径为： ix=lox/=231.2/150=1.54cm , iy=loy/=199/150=1.93cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=231.2/1.94=119.18=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.582890/63=26.61所以 y = loy/ iy=289/3.04=95.07yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=98.48 yz,只需求 x ， x=0.417=N/( xA)= 66590/（0.4171228.6）=129.98N/mm2 310 N/mm2 （13）竖杆Ii： 已知N=0KN lox =3190cm loy=3190cm选用十字形截面 2635等边角钢如图 A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=319/1.94=164.43=200y = loy/ iy=319/3.04=104.93=200 所选截面满足。表 杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2计算长度回转半径长细比容许长细比稳定系数应力 （N/ mm2）名称编号loxloyixiyxyxy上弦FG、GH-1016.192125801246.70150.8452.43.956.2338.1872.621500.738294.85下弦gi1010.20121258012 46.7030011853.956.2375.95190.20350243.19斜腹杆aB-590.6712140901044.522253.5253.54.473.7456.7175.321500.718184.78Bc458.1532100727.592208.64260.83.094.5367.5257.57350166.05cD-362.262100727.592228.72285.903.094.5374.0263.111500.751174.82De246.390263512.286228.72285.901.943.04 117.9094.05350200.55eF-163.816280515.824250.32312.902.483.71100.9484.341500.549188.57Fg+79.25，-6.39263512.286249.52311.901.943.04128.62102.601500.39464.50gH-38.32，39.98263512.286271.20339.601.943.04140.04111.711500.34690.41Hi+31.16，-88.38263512.286269.60337.001.943.04138.97110.861500.349201.12竖杆Aa-33.3263512.286159.20199.001.943.0482.06 65.46 1500.67540.15Cc-66.59263512.286183.20229.001.943.0494.43 75.33 1500.594129.98Ee-66.59263512.286207.20259.001.943.04106.80 85.20 1500.511129.98Gg-66.59263512.286231.20289.001.943.04119.18 95.07 1500.417129.98Ii0263512.286319.00319.001.943.04164.43104.9320006.节点设计（1）下弦节点“c” 见图各类杆件的内力由表查得。用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：“Cc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为。下弦与节点板连接的焊缝长度为46cm, 所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。（2）上弦节点“B” 见图Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。aB杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为： 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：上弦与节点板间焊缝长度为505mm。选择：505*290节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：满足要求。（3）屋脊节点“I” （见图）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。上弦与节点板之间的槽焊