21米跨梯形钢屋架计算书.doc

梯形钢屋架课程设计指导教师： 宋拓 班 级： 土木81403 学生姓名： 朱克林 学 号： 140008346 设计时间： 2017年1月 1 设计资料 某厂房总长度72m，跨度21m，纵向柱距6m。 钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C25，屋面坡度i=L/12，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7度，屋架下弦标高为18m。2 结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图所示。 21米跨屋架几何尺寸 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 屋架支撑布置如图所示。 符号说明：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3荷载计算 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，跨度单位为m。1、荷载计算永久荷载设计值：三毡四油防水层 0.40kN/1.2=0.48kN/m2水泥砂浆找平层 0.40kN/1.2=0.48kN/m2保温层 0.70 kN/1.2=0.84kN/m2一毡二油隔气层 0.05 kN/1.2=0.06kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/1.2=1.68kN/m2钢屋架和支撑自重 （0.12+0.01121）1.2=0.42kN/ 共 3.96kN/可变荷载设计值：活荷载 0.70kN/1.4=0.98kN/m2积灰荷载 0.70kN/1.4=0.98kN/m2 共 1.96kN/设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：（1）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：F=(3.96+1.96)x1.5x6=53.28KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=3.96x1.5x6=35.64 半跨节点可变荷载：F2=1.96x1.5x6=17.64（3）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架自重：F3=0.42x1.5x6=3.78半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=(1.68+0.98)x1.5x6=23.94（1） 、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。4内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图见图7.32所示。由已知得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1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，（a） (b) (c) 杆力组合表杆件 名称杆力系数内力值计算杆内力组合项目P1使用阶段施工阶段P恒3P活1P活2P恒3P活1P活2在左半跨在右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨123456789上弦AB-0.02-0.01-0.03-0.86 -0.21 -0.11 -0.11 -0.42 -0.21 -1.18 4+5+6BC-5.33-2.17-7.5-214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6CD-5.33-2.17-7.5-214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6DE-7.35-3.94-11.29-323.12 -78.72 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -404.04 4+5+6EF-7.35-3.94-11.29-323.12 -78.72 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -404.04 4+5+6FG-6.86-5.32-12.18-348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -406.44 4+5+6GH-6.86-5.32-12.18-348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -402.04 4+5+6下弦ab3.021.094.11117.63 32.34 11.67 15.54 62.79 22.66 161.65 4+5+6bc6.683.099.77279.62 71.54 33.09 36.93 138.88 64.24 384.25 4+5+6cd7.334.6411.97342.58 78.50 49.69 45.25 152.39 96.47 444.30 4+5+6de5.895.8811.77336.86 63.08 62.97 44.49 122.45 122.25 412.91 4+5+6斜杆aB-5.62-2.03-7.65-218.94 -60.19 -21.74 -28.92 -116.84 -42.20 -290.34 4+5+6Bb3.931.845.77165.14 42.09 19.71 21.81 81.70 38.25 226.93 4+5+6bD-2.62-1.77-4.39-125.64 -28.06 -18.96 -16.59 -54.47 -36.80 -172.66 4+5+6Dc1.191.562.7578.71 12.74 16.71 10.40 24.74 32.43 108.16 4+5+6cF-0.05-1.51-1.56-44.65 -0.54 -16.17 -5.90 -1.04 -31.39 -61.35 4+5+6Fd-1.061.350.298.30 -11.35 14.46 1.10 -22.04 28.07 -20.94 29.177+8 7+9dH2.11-1.330.7822.32 22.60 -14.24 2.95 43.87 -27.65 -24.70 46.827+8 7+9竖杆Aa-0.53-0.01-0.54-15.45 -5.68 -0.11 -2.04 -11.02 -0.21 -21.24 4+5+6Cb-0.990-0.99-28.33 -10.60 0.00 -3.74 -20.58 0.00 -38.94 4+5+6Ec-0.980-0.98-28.05 -10.50 0.00 -3.70 -20.37 0.00 -38.54 4+5+6Gd-0.970-0.97-27.76 -10.39 0.00 -3.67 -20.17 0.00 -38.15 4+5+6He-0.06-0.06-0.12-3.43 -0.64 -0.64 -0.45 -1.25 -1.25 -4.72 4+5+65、截面选择1、 上弦杆整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=406.44kN计算，=150.75cm=150.75cm根据腹杆最大设计杆力NaB-290.34kN，取中间节点板厚度t8mm，支座节点板厚t10mm。假设50，由附表4-2查得=0.856. =选用2L100807短肢相关T形截面，按所选角钢进行验算： x loxix150.75/2.3963.07 = 150 ,满足要求 yloyiy150.75/4.6432.49 = 150 ,满足要求 双角钢T形截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比，由得2、 下弦杆杆cd整个下弦采用等截面。按最大内力，lox=300cm，loy=885cm.查附表10，选用2L100806 ,(满足)(满足）3、 腹杆(1) ,aB杆 N=-290.34kN ,lox=253cm，loy=253cm选用2L100806.长肢相并，查附表10，=3.16cm，=3.37cm（满足）（满足）=89.6.查附表1.2得（2） Bc杆 N=211.62kN ,lox=0.8261.3=209.04m，loy=261.3cm选用2L706.查附表9 A=28.16=16.32，=2.15cm，=3.26cm（满足）（满足）（3） cD杆N=-151.02kN，lox=,0.8*286.4=229.12cm，loy=286.4cm.选用2L706,A=28.16=16.32，=2.15cm，=3.26cm(满足）（满足）查表得（满足）（4) De杆N=84.13kN，lox=,0.8*286.4=229.12cm，loy=286.4cm.选用2L565,A=25.42=10.84，=1.72cm，=2.69cm（满足）（满足）（满足）（5) Fg杆N=-36.54kN，lox=,0.8*312.4=249.92cm，loy=312.4cm.选用2L635.查附表9 A=26.14=12.28，=1.94cm，=2.97cm（满足）（满足）查表得（满足）4、 竖杆（1）Aa杆N=-22.53kN，lox=,0.8x199=159.2cm，loy=199cm.选用2L505.查附表9 A=9.606，=1.53cm，=2.53cm（满足）（满足）查附表（满足）（2）Cc杆N=44.65kN计算，=0.8*229=183.2cm,=229cm选用2L635.查附表9A=12.28，=1.94cm，=2.97cm(满足）（满足）差附表(满足）（3） Gg杆N=44.37kN计算，=0.8x289=231.2cm,=289cm.选用2L635.查附表9A=12.28，=1.94cm，=2.97cm（满足）（满足）（满足）屋架杆件截面选用表杆件名称杆件编号内力（KN）计算长度cm截面规格截面面积（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数计算应力 （N/mm）上弦FG-406.44150.75150.752L 11080724.62.394.6463.0752.883500.791209下弦eg414.343008852L 10080621.282.404.61 125191.97 150 194.70斜腹aB-290.34 2532532L 10080621.283.163.37 80.0689.6 1500.621 219Bc211.62209.04261.32L 70616.322.153.26 9780350129.66cD-151.02229.12286.42L 70616.32 2.15 3.26118.10 96.451500.447207.01De84.13 229.12286.42L 56610.841.72 2.69 133.20106.46350 77.61竖杆Aa-22.53 159.21992L 5059.606 1.53 2.53104.0578.65 1500.529 44.34Cc-44.65183.22292L 63512.28 1.94 2.9794.477.11500.59461.21Ee-44.65207.22592L 63512.281.94 2.97 106.80 87.2150 0.51171.14 Gg41.37 231.22892L 63512.281.94 2.97 119.17 97.3 350 33.696、杆件设计（1）屋脊节点竖杆Gg杆端焊缝按构造取hf和lw为5mm和80mm。上弦节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷载，一般不作计算。角钢肢尖焊缝取上弦内力的15，即N=0.15N=0.15406.24=60.97kN。其产生的偏心弯矩M=60.97100060=3658200Nmm 设肢尖焊脚尺寸hf2=6mm，则焊缝计算长度lw2=200-26-5=183mm。验算肢尖焊缝强度 6M/（f20.7hf2lw2）+N/20.7 hf2lw2=63658200/(1.2220.76183）+60.9710/20.76183=71.16 N/mm=160 N/mm（满足）上弦杆起拱后坡度为1/10.拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成型。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=7-2=5mm。则接头一侧需要的焊缝计算长度为：Lw=N/(40.7hf )=406.4410/（40.75160）=181.23mm拼接角钢总长度为：L=2（lw+2 hf）+a=2（181.4+25）+（7+2/1080）=405.8mm取L=410mm拼接角钢竖肢需要的高度为=t+hf+5=7+5+5=17mm取=20mm，即竖肢余留高度为60mm。(2) 下弦拼接点拼接角钢采用下弦相同截面，拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计。设角焊缝焊脚尺寸hf=6-2=4mm.则拼头一侧的需要的焊缝计算长度为Lw=Af/(40.7hf )=21.28100215/（40.76160）=170.2mm拼接角钢的总长度L=2（lw+2 hf）+a=2（170.2+24）+8=364.4mm。取L=370mm拼接角钢竖肢需要切去的高度为=t+hf+5=6+4+5=15mm取=20mm，即竖肢余留高度为60mm。取两斜腹杆杆端至节点中心距离为230mm，竖杆杆端至节点中心则取90mm，节点板按布置腹杆杆端焊缝需要采用-33010380.（3） 支座节点根据端斜杆和下弦杆端焊缝，节点板采用-33012440，为了方便施工焊，取底板上表面至下弦线的距离为160mm.且在支座中线处设加劲肋-9