30M钢屋架计算书2

土木工程专业钢结构课程设计、设计资料一）题目：设计某车间（无吊车、无天窗、无振动设备）二）设计资料1、 车间柱网布置图（L240m）2、 屋架支承于钢筋混凝土柱顶3、 屋面采用1.56m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。（屋面板不考虑作为支撑用）4、 柱距6m，厂房跨度L30m。5、 柱网布置如下：图2 屋架几何轴线图三）荷载：屋架自重（120+11L）N/m2 , L屋架跨度 静载取值情况荷载类型序号荷载名称重量 静载（）1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1000N/m22二毡三油加绿豆沙250N/m23找平层2cm厚200N/m24保温层700N/m25支撑重量50N/m2活载（）ab活载活载+积灰荷载300N/m2500N/m2类型考虑荷载乙-1，-2，-3，-4， I-5荷载内力系数图：四）设计要求（根据教师指定的一个题目）1、屋面支撑布置图2、屋架内力计算3、设计杆件截面4、设计节点5、绘制屋架施工图（A1硫酸图纸或白纸图）二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图所示。屋架支撑布置见下图所示。 屋架上弦支撑布置图符号说明：GWJ-（钢屋架）；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） 图2 屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值三毡四油加绿豆沙 0.25kN/找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.2 kN/保温层（120mm厚泡沫混凝土） 0.70kN/预应力混凝土大型屋面板 1. 0kN/钢屋架和支撑自重 0.05+0.12+0.01130=0.5kN/总计 2.65kN/可变荷载标准值活荷载 0.3kN/总计 0.30kN/永久荷载设计值 1.352.65=3.577 kN/（由可变荷载控制）可变荷载设计值 1.40.3=0.42kN/2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一 全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=（3.577+0.42) 1.56=35.97 kN组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 =3.5771.56=32.19 kN =0.421.56=3.78 kN组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 屋架上弦节点荷载 =0.51.21.56=5.4 kN =(11.35+0.42) 1.56=15.59kN3.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。杆件名称 内力系数（F=1）第一种组合 F*计算杆件内力（KN)全跨左半跨右半跨上弦AG000.00 0.00 0.00 GB.BH-8.199-3.118-11.32 -407.07 407.07 HC,CI12.518-5.6496.87 247.08 268.43 ID DJ13.837-7.6496.19 222.58 251.50 JE13.014-9.2683.75 134.74 223.12 EK KF-13.482-9.265-22.75 -818.21 818.21 下弦ab4.6881.6566.34 228.19 228.19 bc10.754.44115.19 546.42 546.42 cd13.4246.67120.10 722.82 722.82 de13.5868.45722.04 792.89 792.89 ef10.55210.55221.10 759.11 759.11 斜腹杆aG斜-8.442-2.982-11.42 -410.92 410.92 Gb6.2482.6058.85 318.44 318.44 Bh-4.935-2.547-7.48 -269.13 269.13 Hc3.2422.2455.49 197.37 197.37 Ci-2.015-2.184-4.20 -151.04 151.04 Id0.7131.9492.66 95.75 95.75 Dj0.408-1.912-1.50 -54.10 55.64 je-1.4411.7240.28 10.18 29.06 el3.676-2.0421.63 58.77 66.49 LE0.64700.65 23.27 23.27 LF4.391-2.4071.98 71.36 80.46 竖杆竖Aa-0.50-0.50 -17.99 17.99 Bb-10-1.00 -35.97 35.97 Cc-10-1.00 -35.97 35.97 Dd-10-1.00 -35.97 35.97 Ee-10-1.00 -35.97 35.97 Ff000.00 0.00 0.00 KL-10-1.00 -35.97 35.97 注：表内负责表示压力；正值表示拉力图3 屋架接点图四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-410.92KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-818.21KN计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度=150.8cm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度：=4500cm因为3，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4 图 4 上弦截面 设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807需要截面积 =4715需要回转半径=2.51 cm=7.50 cm根据需要的、 查角钢型钢表，初选 2 L 16010014，A=6940， =2.80cm ， =7.86m。按所选角钢进行验算=52.9=150=57=150由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.823 =143N/215 N/ 所选截面合适。2 .下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=792.89kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=3000mm 屋架平面外根据支撑布置取=14850mm计算需要净截面面积=3687.8选用 2 L1409014（短肢相并），见图5。 图 5 下弦截面A=6940， =2.51cm，=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响） =130N/215 N/ =119.5 =350 =212.8=350 所选截面满足要求。3. 端斜杆Ba已知N-410.92kN，244.5cm因为，故采用等肢角钢，使选用角钢2 L 10012,见图6 图 6 端斜杆BaA4560，3.03cm，4.64cm截面刚度和稳定验算= =80.6 =150= =52.7 =150由于=14.730.6624=136.1N/215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=84.6 cm40=403.03=121.2 cm4. 斜杆Gb已知N=318.44kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8l=0.82444=1955.2mm 屋架平面外根据支撑布置取=2444mm选用 2 L1006，见图7。 图 7 斜杆BbA=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =133.46N/215 N/ =63.07 =350 =55.5=350 所选截面满足要求。填板放两块，=87.4cm80=803.10=248cm5.再分腹杆e1F=-80.46kN， =-66.49kN，=4590 mm计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8l=0.82695=2156mm 屋架平面外根据支撑布置取=（0.75+0.25）=4590（0.75+0.25）=4831mm选用 2 L1006，见图8。8 再分腹杆c1G 图 9 中竖杆Je A=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =69.5 =350 =108.8=350 由于=25.50.5182=65.1N/215 N/所选截面满足要求填板放两块，=109.9cm40=403.10=124cm6.中竖杆Je已知N0，0.9 339305.1cm中间竖杆选用2 L756的角钢，并采用十字形截面，见图9A=17.6, cm,=103.6 =150 所选截面满足要求填板放五块，=60.3cm40=402.45=98c .其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表212杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（）回转半径（cm）计算应力（N/）上弦杆-818.21 150.8300短肢相并2L160*100*1469.42.807.8653.91500.8384 -192下弦杆792.894501335短肢相并2L140*90*14612.516.93179.3350/ 191.7aG410.92253.9253.9 T型截面2L100*1245.63.034.6483.81500.6624 -205Gb318.44209.76262.2T型截面2L100*623.863.104.4467.7350/ 208.3Bh269.13 27392191.22L125801039.422.266.11121.19 1500.662468.27 Hc197.37 24471957.62L8056819.731.3840.2177.32 1500.7146100.03 Ci-151.04 30032402.42L8056819.731.3840.2217.61 350/76.55 Id95.75 30072405.62L125801039.422.266.11133.05 1500.570124.29 Dj-55.64 32832626.42L125801039.422.266.11145.27 350/14.11 je-29.06 32812624.82L125801039.422.266.11145.18 1500.7637.37 el-66.49 22421793.62L125801039.422.266.1199.20 1500.51416.87 LE23.27 20411632.82L125801039.422.266.1190.31 1500.6885.90 LF-80.46 229518362L8056919.731.3840.2166.30 1500.68840.78 Aa17.99 23591887.22L125801039.422.266.11104.38 1500.6794.56 Bb-35.97 21321705.62L80561119.731.3840.2154.49 1500.85618.23 Cc-35.97 23591887.22L80561219.731.3840.2170.94 1500.79318.23 Dd-35.97 199019902L80561319.731.3840.2144.20 1500.81218.23 Ee-35.97 22761820.82L80561419.731.3840.2164.93 1500.80918.23 Ff0.00 25782062.42L80561519.731.3840.2186.81 1500.7890.00 KL-35.97 30332426.42L80561619.731.3840.2219.78 1500.84118.23 五、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 各杆件内力由表2查得，最小焊缝长度不应小于1. 下弦节点b见图10 图 10 下弦节点b（1） 斜杆Gb与节点的连接焊缝计算：N=318.44KnGb86124.392140.39271.080983.0809Gb66165.855177.85571.080983.0809Gb65165.855177.85585.297195.2971Gb55199.027209.02785.297195.2971Gb85124.392140.39285.297195.2971设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：肢背： +16=245.3mm，取270mm肢尖： +10=150mm，取170mm（2） 斜杆Db与节点的连接焊缝计算：N=269.13kNBh65140.1706152.170672.0877382.08773Bh66140.1706152.170660.0731172.07311Bh55168.2047178.204772.0877382.08773Bh85105.1279121.127972.0877382.08773Bh86105.1279121.127960.0731172.07311设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=152.17，取200mm肢尖： +10=82.08，取150mm（3）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N = 35.97kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm焊缝长度40mm，取=60mm（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 327.9355219.1004229.100473.0334883.03348327.9366182.9967194.996760.9988872.99888327.9365182.9967194.996773.1986683.19866327.9386137.2475153.247560.9988872.99888N=546.12-218.19327.93KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背： +12=229.1mm，取270mm肢尖： +12=83取150mm（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图11所示图 11 节点板b尺寸2 .上弦节点B 图12 上弦节点B（1）斜杆Gb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。（2）斜杆aG与节点板连接焊缝计算，N=410.92kN。Ag106128.4129148.412991.7235103.7235Ag108128.4129148.412968.7926384.79263Ag88160.5161176.516168.7926384.79263Ag86160.5161176.516191.7235103.7235Ag1010128.4129148.412955.034175.0341设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背： +20=148.4，取200mm肢尖： +12=103.7，取150mm（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=35.97kN，焊脚尺寸为5mm所需槽焊缝长度为:+10=+10=42.11mm ,取=50mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=407.07-0.0407.07kN轴力之差焊缝偏心距焊缝长度407070875.747080.0562580.09151103.5315407070875.746081.8593183.73987106.8283407070875.745083.7454787.6433110.3364407070875.748078.330976.67649100.42814070701075.749061.8647459.7850378.92184070701075.750060.5758957.3199476.66094070701075.744069.2295974.8668692.51247偏心距 e =100-24.375.7mm设肢尖焊脚尺寸8mm，设需焊缝长度为470mm，则 （4）节点板尺寸：方法同前，如图13所示图 13 节点板B尺寸3 .屋脊节点J见图14 图14 屋脊节点J（1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。NHfLw长度8182108244.29528008182105375.27238008182106316.3936800N=818.21KN，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为，取=375mm拼接角钢长度取2375+50800mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载节点板长度焊缝长度偏心距正应力切应力折算应力8182105201023088.187.5990738.1153781.291968182105001022084.191.3965739.8478984.853678182104901221185.183.784334.6229776.90966818210480821486.1123.613251.2064113.52678182104801021087.1103.886441.7454194.835028182105101222186.177.2710133.0563271.44426上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。N=818.2115%122.73kN，设焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为230 mm， （3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=0kN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm焊缝长度40mm，取=60mm（3） 斜杆LF与节点板连接焊缝的计算LF6541.9077853.9077821.5525731.55257LF6641.9077853.9077817.9604829.96048LF5550.2893460.2893421.5525731.55257N=80.46KN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背：，取=100 mm肢尖：，取焊缝长度=50mm（4）节点板尺寸：方法同前，如图15所示图 15 节点板J尺寸4 .下弦跨中节点e见图16图 16 下弦跨中节点e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=759.11kNNHfLw取最终长度7591108227.80523006127591106294.4073016147591108227.80523026167591106294.4073036187591108227.80523046207591106294.407305622设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为，取=300mm拼接角钢长度不小于2300+12=612mm（2） 弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。113.866663.5379575.5379521.1793233.17932113.866563.5379575.5379525.4151835.41518113.865576.2455486.2455425.4151835.41518113.868647.6534663.6534621.1793233.17932113.868847.6534663.6534615.8844931.88449设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背：，取=90mm肢尖：，按构造要求，取焊缝长度 48mm，取 =60mm（4）节点板尺寸：方法同前，如图17所示图 17 节点板e尺寸5 .端部支座节点a图18 支座节点a（1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。支座底板计算：支座反力取加劲肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为验算柱顶混凝土的抗压强度： (满足)底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 式中-底板下的平均应力， =6.0/-两边支承对角线长， =-系数，由决定。为两边支承的焦点到对角线的垂直距离。由相似三角形的关系，得 =84.1mm=0.46，查表得0.0576M=0.05768.7166.413875.5底板厚度=16.34mm, 取t=20mm（3） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力eVM焊缝节点板高 Lw45.78992541095738230