24米跨梯形钢屋架课程设计计算书.docx

钢结构课程设计目录一、 设计资料.(2)二、 屋架形式和几何尺寸.(3)三、 支撑布置.(4)四、 屋架节点荷载.(5)五、 屋架杆件内力计算.（6)六、杆件截面选择.(8)七、节点设计.(15)一、设计资料题目：某厂房总长度60m，屋架跨度21m，纵向柱距6m。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=1/10；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7度（0.15g），屋架下弦标高为18m。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。3.屋盖结构及荷载:采用1.56.0m预应力混凝土屋面板（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计算，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：0.9 KN/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 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.4KN/m2保温层 0.7KN/m2一毡二油隔气层 0.05KN/m2预应力混凝土屋面板 1.4KN/m2二、屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10；屋架计算跨度2100030020700mm；端部高度取1990mm，跨中高度H=3040mm，屋架几何尺寸如图1所示、屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值如图2所示、屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值如图3所示图1 21米跨屋架几何尺寸图2 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图3 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值三、支撑布置由于房屋长度只有60m，故在房屋两端部开间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。具体布置如图4、图5、图6所示图4 上弦平面支撑布置 图5 屋架和下弦平面支撑布置图6 屋架和支撑布置四、屋架节点荷载 由于屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算（风荷载为吸力，且本例为重屋架，故不予考虑）：具体荷载值见表1表1 各荷载标准值荷 载 名 称标 准 值（kN/m2）预应力混凝土屋面板1.4三毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.4水泥砂浆找平层0.4保温层0.7一毡二油隔气层0.05屋架及支撑自重q=0.12+0.011L=0.351永久荷载总和3.301屋面施工活荷载0.7屋面积灰荷载0.9可变荷载总和1.6荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。对跨中的部分斜腹杆因半跨荷载可能产生的内力变号，采取将跨度中央每侧各二根斜腹杆（如图1中：Fg和gH杆）均按压杆控制长细比，故不再考虑半跨荷载控制作用的组合。1、按由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.2，屋面活荷载=1.4，屋面积灰荷载=1.4，=0.9，则节点荷载设计值为：2、按由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.35，屋面活荷载=1.4，=0.7，屋面积灰荷载=1.4，=0.9则节点荷载设计值为：故节点荷载设计值取： 3、计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况：（1）组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载： （单位：）（2）组合二：全跨永久荷载+半垮节点可变荷载： （单位：）（3）组合三：全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载：全跨屋架和支撑重：，半跨屋面板重及半跨屋面活荷载： （单位：）五屋架杆件内力计算表2 杆件内力组合表（单位：）一、 杆二、 件内力系数组合一组合二组合三内力设计值全跨恒载+全跨活载全跨恒载+半垮节点活载全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载全跨左右半跨=54.7k(1)(2)(1)-(2)(3)(4)(3)+ (4)上弦杆AB0000000000000000BD-7.472-5.31-2.16-408.7-101-41.1-307.7-367.6-28.3-181.3-73.8-209.7-102.1-408.7DF-11.262-7.34-3.92-616.1-139.6-74.64-476.5-541.5-42.7-250.6-134-293.3-176.7-616.1FH-12.18-6.861-5.32-666.3-130.5-101.2-535.8-565.1-46.2-234.3-181.6-280.5-227.8-666.3下弦杆ac+4.10+3.10+1.09+224.3+57.3+20.74+167+204+15.5-102.8+37.22+118.3+52.7+224.3ce+9.744+6.66+3.08+533+126.8+58.6+406+474.4+36.9+227.5+105.2+264.4+141.2+533eg+11.962+7.33+4.64+654.3+139.4+88.2+514.9+566.1+45.3+250.2+158.3+295.5+203.6+654.3gh+11.768+5.88+5.88+643.7+111.9+111.9+531.8+531.8+44.6+200.94+200.94+45.54+245.5+643.7斜杆aB-7.684-5.64-2.04-420.3-107.3-38.87-313-381.4-29.1-192.6-69.8-221.7-98.87-420.3Bc+5.8080+3.96+1.85+317.7+75.34+35.2+242.4+282.5+22+135.2+63.11+157.23+85.1+317.7cD-4.409-2.63-1.78-241.2-50.1-33.79-191.1-207.4-16.7-89.92-60.31-106.6-77-241.2De+2.792+1.22+1.57+152.7+23.25+129.45+122.83+10.58+41.73+53.6+52.3+64.19+152.7eF-1.572-0.05-1.53-86-0.894-29-85.1-57-5.96-1.61-52.1-7.56-58-86Fg+0.328-1.04+1.37+17.9-19.8+26+37.67-8.1+1.24-35.48+46.68-34.24+47.92-34.24+47.92gH+0.713+1.91-1.20+39+36.4-22.8+2.6+61.83+2.7+65.33-40.98+68.1-38.28+68.1-38.28竖杆Aa-0.5-0.5-27.35-9.5-17.85-1.9-1.9-17.1-18.98-27.35Cc-1.0-1.0-54.7-19.1-35.67-3.79-34.15-37.94-54.7Ee-1.0-1.0-54.7-19.1-35.67-3.79-34.15-37.94-54.7Gg-1.0-1.0-54.7-19.1-35.67-3.79-34.15-37.94-54.7六、杆件截面选择按腹杆最大内力，查表选中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为12mm1、上弦杆：整个上弦杆采用等截面，按最大内力， 查表 假定 查附表选2L1409010短肢相并，如图所示A=222.26=44.52cm，按刚度条件进行截面验算：（满足要求） 图7上弦杆截面 （ 满足要求）双角钢T形截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比故取，查表得，所以（满足要求） 2、 下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力计算，查表，选2L140908 （满足）（满足） （满足）3、 腹杆 （1）斜杆：杆： 查表选用：2L125808，长肢相并。， （满足） （满足） 所以取 查表（满足）Bc杆： 采用等边角钢2L708 （满足）（满足）（满足）cD杆： 选用等边角钢：2L708 （满足）（满足）所以，查表，（满足）De杆： 采用等边角钢2L708 （满足）（满足）（满足）eF杆： 选用等边角钢：2L708 （满足）（满足）所以，查表： （满足）Fg杆： 将Fg杆按得拉杆进行设计，考虑该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号，故宜按容许长细比进行控制，选用2L708， （满足） （满足）根据第三种荷载组合计算时，其数值不大，故选2L708可以满足要求。gH杆： 同理将gH杆按容许长细比进行控制，选用2L708， （满足）（满足）根据计算，按第三种组合选用2L708可满足要求。（2）竖杆 Aa杆： 选2L635 （满足） （满足）所以，查表，（满足） Cc杆： 选用等边角钢：2L606 （满足） （满足）所以：，查表：，（满足） Ee杆： 选用等边角钢：2L606， （满足） （满足）所以：，查表：，（满足） Gg杆： 选用等边角钢：2L606 所以，查表：，（满足）详见附表3：屋架杆件截面选择表七、 节点设计（1）屋脊节点：其产生的偏心弯矩：现取节点板尺寸如图所示，设肢尖焊角尺寸，则角焊缝计算长度为，按下列公式验算肢尖焊缝强度：（满足要求）不起拱上弦坡度为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，设角焊缝焊脚尺度则接头一侧需要的焊缝计算长度为：拼接角钢总长度为:取拼接角钢竖肢需切去的高度为： 取即竖肢还剩高度为图8 屋脊节点（2）上弦节点：节点B：对aB杆件：设肢背焊缝：，肢尖焊缝 ， 肢背焊缝长度，取200mm肢尖焊缝长度，取100mm对Bc杆：设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取150mm肢尖焊缝长度，取100mm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，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由下面计算得到：c为节点板厚度肢尖焊缝承担弦杆内力差，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载设计值，上弦与节点板间焊缝长度为500mm,则 （满足）选择节点板尺寸为：50025010可满足要求节点D：对Dc杆：，设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取150mm肢尖焊缝长度，取100mm对De杆：，设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取100mm肢尖焊缝长度，取80mm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，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由下面计算得到：，c为节点板厚度肢尖焊缝承担弦杆内力差，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载设计值，上弦与节点板间焊缝长度为380mm,则 （满足）其余上弦节点见施工图材料表（3）下弦节点:节点c对cB杆：，设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取150mm肢尖焊缝长度，取100mm对cD杆：，设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取150mm肢尖焊缝长度，取100mmCc杆内力很小， 焊缝尺寸按构造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 ，从而确定节点板尺寸为410mm250mm10mm图9 下弦节点C下弦与节点板连接的焊脚尺寸为。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为 （满足）节点e:对eD杆,设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取100mm肢尖焊缝长度，取100mm对eF杆,设肢背焊缝：，肢尖焊缝 肢背焊缝长度，取50mm肢尖焊缝长度，取50mm由于Ee杆内力很小， 焊缝尺寸按构造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 ，从而确定e节点的节点板尺寸为360mm240mm10mm下弦与节点板连接的焊脚尺寸为。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝应力为 （满足）其余下弦节点见施工图材料表(3）支座节点根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用38044012。为便于施焊。取地板表面至下弦轴线的距离为160mm，且在支座设加劲肋9012，高度为440mm。 底板计算：支座反力：根据构造需要取底板厚度280