钢屋架设计计算书.doc

西安欧亚学院课程设计1 设计资料1.1 基本资料某厂房总长度90m，纵向柱距6m，跨度L18m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距6m。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；屋架铰接于柱上。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10m；厂房内无吊车梁。屋盖结构为无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）。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；雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.55kN/m2，不考虑施工活荷载，积灰荷载0.2kN/m21.2 荷载标准值屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2保温层 0.4kN/m2 一毡二油隔气层 0.1kN/m2 水泥砂浆找平层 0.1kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m22 结构形式与布置2.1屋架形式屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架，屋面坡度i=L/10 ，L为屋架跨度。2.2屋架尺寸的确定屋架计算跨度屋架端部高度取： HO=19900mm,中部高度取H=2890mm屋架高跨比：。屋架跨中起拱。为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为3.0m的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，屋架几何尺寸及内力值如图所示。图1 18m跨屋架几何尺寸图2 18m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图3 18m跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 2.3钢材和焊条的选用根据计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用 Q345沸腾钢，要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率和冷弯实验四项机械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分的合格含量。焊条采用 E55型，手工焊。2.4屋盖支撑布置根据厂房长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。3 荷载计算3.1恒活荷载计算雪荷载荷载0.55kN/，积灰荷载0.2kN/屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度L单位为m,荷载计算结果见表1。表 1 荷载计算表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.451.451.351.96三毡四油上铺绿豆砂防水层0.40.41.350.54保温层0.50.11.350.135屋架和支撑自重0.12+0.0118=0.3180.3181.350.43一毡二油隔气层0.050.051.20.06水泥砂浆找平层0.40.11.350.135永久荷载总和3.123.26雪荷载0.550.551.40.77积灰荷载0.20.21.40.28可变荷载总和0.751.053.2 荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：、为使用节点荷载情况，为施工阶段荷载情况。 4 内力计算由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2。 表2 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力(kN)全跨左半跨右半跨第一种组合F第二种组合第三种组合F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦 AB 000000000 BC -6.221-4.371-1.85-241.31-223.83-200.01-131.5-69.5-241.31 CD -6.221-4.371-1.85-241.31-223.83-200.01-131.5-69.5-241.31 DE -8.993-5.636-3.357-348.84-317.12-295.58-173.3-117.3-348.84 EF-8.993-5.636-3.357-348.84-317.12-295.58-173.3-117.3-348.84 FG-9.102-4.551-4.551-353.07-310.06-310.06-147.0-147.0-353.07下弦ac3.472.5370.936134.60125.78110.6375.7636.43134.60ce7.9625.3252.637308.85286.18258.52161.6595.60308.85 eg9.2795.3123.967359.93322.44309.73166.43133.38359.93斜 aB-6.502-4.754-1.748-252.21-105.65-207.29-142.0-67.53-252.21腹杆 Bc4.7393.1581.581183.83168.89153.9895.9357.19183.83 cD-3.382-1.862-1.52-131.19-116.82-113.98-58.84-50.43-131.19 De1.8840.541.34473.0860.3867.9820.5640.3173.08eF-0.690.615-1.305-26.77-11.79-32.58-12.44-34.73-26.77 Fg-0.462-1.6321.17-17.92-28.98-24.99-41.8926.97-28.98竖杆Aa-0.5-0.50-19.40-19.40-14.67-14.22-1.94-19.40Cc-1-10-38.79-38.79-29.34-28.44-3.87-38.79Ee-1-10-38.79-38.79-29.34-28.44-3.87-38.79 Gg0.8120.4060.40631.5027.6627.6613.1213.1231.505 杆件截面设计5.1上弦杆截面计算整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=353.07KN上弦杆计算长度：屋架平面内取节间轴线长度 ，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=252.21 KN，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm双角钢截面不论对x轴和y轴弯曲屈曲，都为b类截面。假设需要截面回转半径： 查附表1.20，得b类截面时，。需要截面积：根据需要的A 、 ix 、iy ，查角钢型钢表，选用2，A = 21.3 c , ix = 2.01 cm , iy = 5.22cm。按所选角钢进行验算：， 故：150,并且大于故由，按b类查查轴心受压构件的稳定系数表得截面尺寸满足要求。每个节间放一块填板均匀分布，尺寸：5.2下弦杆截面计算下弦也不改变截面，按最大内力计算。（因跨中有通长系杆）因屋架只承受静力荷载，对拉杆可只计算其在竖向平面内的长细比，=350需要的截面回转半径为：需要的面积为：由需要的，采用不等边角钢短边相连方案时得：，截面验算：，可以，可以，可以所需截面尺寸满足要求。每个节间放一块填板，尺寸：间距：合适。截面验算： 故：，并且大于故由，按b类查表得截面尺寸满足要求。每个节间放两块填板均匀分布，尺寸：5.3.2 斜杆Bc斜腹杆拉力设计值为：平面内外计算长度分别为：需要的面积为：选用等边角钢，提供xxyy12截面验算：，可以，可以，可以截面尺寸满足要求。每个节间放两块填板，尺寸：间距：，取90cm。5.3.3 斜杆cDN =-131.19kN (压力)，l0x =229.1cm l0y = l =286.4cm需要的面积为：选用等边角钢，提供截面验算：，可以，可以，可以截面尺寸满足要求。每个节间放两块填板，尺寸：间距：合适。截面验算： 故：故由，按b类查表得截面尺寸满足要求。每个节间放两块填板，尺寸：间距：，取70cm。5.4.2 竖杆GgN =31.50kN (拉力)， l0x =231.2cm l0y =289.0cm 选用2363， A =4.22 c , ix = 1.11cm , iy = 1.71cm 满足长细比：的要求。所选截面合适。表3 屋架杆件截面选择表杆件内力计算值（kN）计算长度(cm)截面形式及规格 A()回转半径长细比稳定系数应力设计值弦杆FG-353.07150.75301.521.32.515.0375580.575288.6eg359.9330088514.420.862.53188.7204.4249.5斜腹杆竖杆aB-252.2125325323.83.104.3681.6158.030.7260.732144.6Bc183.83209.04261.313.752.163.1996.884.6133.7cD-131.19229.12286.411.142.183.07105.193.3117.8De73.08229.12286.47.781.542.28148.8125.693.9eF-32.58249.92312.43.490.911.47274.6212.593.4Fg-41.8949.92312.43.490.911.47274.6212.5120Ee-38.79207.22597.781.542.28134.5113.60.36135.5Gg-31.50231.22894.221.111.71208.316974.646 节点设计6.1下弦c节点根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw 。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E55焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值200Mpa，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。设“Bc”杆的肢背和肢尖缝和，则所需的焊缝长度为（按不等边角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。设“cD”杆的肢背和肢尖缝和，则所需的焊缝长度为（按等边角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。“Cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。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，按比例绘出节点详图如图，从而确定节点板尺寸为 下弦杆与节点板连接的焊缝长度为33.5cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差： 受力较大的肢背处的焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。图6下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 6.2上弦B节点已知采用E50焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗减设计值“Bc”杆与节点板的焊缝尺寸和下弦节点“c”相同。已知设“aB”杆的肢背和肢尖缝和，则所需的焊缝长度为（按不等边角钢长肢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。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。槽焊缝作为两条焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：6.3屋脊G节点（5） 屋脊节点“G” 竖杆内力不大，可按构造要求决定焊缝尺寸。 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了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（一般为=21mm）。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。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝长度为（一条焊缝） 拼接角钢的长度，拼接角钢长度取400mm。根据腹杆内力，取节点板尺寸为：，上弦与节点板肢尖的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为，节点荷载为：焊缝承受的剪应力：，满足上弦肢尖与节点板的链接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝，取节点板长度200mm，则节点一侧弦杆的焊缝的计算长度为：，焊缝承受的剪应力：焊缝应力为： 50 mm。6.4支座a节点“aB”杆与节点板的焊缝尺寸和上弦节点“B”相同，肢背和肢尖缝和，焊缝长度分别为：140mm和70mm。节点板厚度为12mm。竖杆Aa选用与“aB”截面相同的角钢，焊缝尺寸按构造要求决定。肢背和肢尖角焊缝均为。下弦杆焊缝尺寸按构造要求，。为了便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm，在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的厚度相等，为12mm。支座板计算：支座反力：支座所需的净截面面积：选择的支座底板如图尺寸。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力由于，故底板的面积合适。底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定，查表可得值为0.058。.底板下的平均应力为：每块板的单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：，取t=20mm。下弦中央节点“g”已知采用E50焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗减设计值拼接板的截面取与下弦杆相同的角钢，为了使拼接角钢和原来的角钢相紧贴，对接角钢顶部截去棱角，宽度为角钢内接圆半径r，对其竖直边应割去=16m。连接焊缝的强度条件可求出拼接角钢的总长度为： 连接焊缝取250mm。设“Fg”杆的肢背和肢尖缝和，则所需的