钢结构课程设计计算书

1、设计计算书 课程设计名称：梯形钢屋架 班级：土木 81004姓名：郑大伟学号： 100008449日期： 2013 年 1 月 6 日3目录一、设计题目与资料 ( 3)二、屋架形式及几何尺寸 ( 4)三、屋架支撑布置 ( 4)四、荷载计算 ( 5)1. 屋面永久荷载和活荷载 ( 6)2. 荷载组合 ( 7)五、内力计算 ( 7)六、杆件截面选择 ( 10)11)12)12)1. 上弦杆 2. 下弦杆 3. 斜腹杆 4. 竖杆 (15)5. 各杆件的截面选择计算 (16)七、节点设计 (16)1.屋脊节点 (17)2. 端部支座节点 (18)3. 下弦拼接节点 (19)4上弦节点 (20)5下弦

2、节点 (21)(23)八、屋架施工图2.屋架形式和几何尺寸题目：某厂房总长度60m,跨度L=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。 屋架采用的钢材、焊条为：用 Q235钢，焊条为E43型（ 3） . 屋盖结构及荷载 :无檩体系：采用1.5m6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起

3、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/m 2为单位； 屋面活荷载： 施工活荷载标准值为 0 . 7kN/m 2 ，雪荷载的基本雪压标准值 为So=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，积灰荷载标准值0.9kN/m2,保温层荷载标准值0.4 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0.4kN/m2一毡二油隔气层0.05kN/m预应力混凝土屋面板1.40kN/m2屋面材料为大型屋面板，故采用

4、无檩条体系平坡梯形屋架。屋面计算跨度I。=17700mm。端部高度取 H。=1990 mm,中部高度为 2890mm21米跨屋架几何尺寸3支撑布置由于厂房长度只有60米，故仅在房屋两端部开间设置上下弦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上弦平面支撑布曽6knnrTiinrjrciti甘口n上弦平面支撑布置XXC71-14荷载计算由于屋架的受荷水平投影面积为：A 21 6m2 126m2 60m2，故按建筑结构荷 载规范取屋面活荷载（按上人屋面）标准值为 0.7kN/m2，雪荷载为0.3

5、5kN/m2, 取屋面活荷载与雪荷载中较大值 0.7kN/m2。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括 支撑）按经验公式q=0.12+0.011L计算，L为屋架跨度，以m为单位。（1）屋面永久荷载表屋面永久荷载项目标准值（kN/m2）分项系数设计值（kN/m2）三毡四油（上铺绿豆砂）防0.401.20.48水层）保温层0.401.20.48水泥砂浆找平层0.401.20.48预应力混凝土屋面板1.401.21.68屋架及支撑自重0.351.20.42一毡二油隔层气0.051.20.06合计3.003.6（2）屋面活荷载表屋面活荷载项目标准值（kN/ m2）分项系数设计值（kN/m）施工活荷载或雪荷

6、载0.701.40.98积灰何载0.901.41.26合计1.602.24屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影计算荷载组合：设计桁架时考虑以下几种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载，桁架上弦节点荷载为：P=1.5X 6X（ 3.6+0.98 ） =41.22KNP=1.5 全跨永久荷载+全跨（0.9活荷载+灰荷载）可变荷载，桁架上弦节点荷载为:X 6X（ 0.9 X 0.7+3.6+0.9 ） =46.17KN 全跨永久荷载+半跨可变荷载，8全跨永久荷载作用时上弦节点荷载为：P=1.5X 6X 3.6=32.41KN+ 4.100+ 11.962768半跨灰荷载作用时上弦节点荷载为：P=1

7、.5X 6X 0.9=8.1KN 全跨桁架与支架+半跨屋面板+半跨屋面活荷载，全跨桁架与支架作用时上弦节点荷载为：P=1.5X 6X( 0.35 X 1.2 ) =3.78KN半跨屋面板和半跨屋面荷载作用时上弦节点荷载为：P=1.5X6X (1.2 X 1.4+1.4 X 0.7 )=23.94KN5.内力计算按解析法或电解法均可计算桁架各杆件内力。由单位荷载作用在全跨及半跨各节点 时杆件的内力系数，求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出不 利荷载组合下的杆件内力，取其中最不利内力(包括正、负最大值)作为设计桁架 的依据。由以下图得F=1时屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨、

8、左半跨和右半跨)1 .01021米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值000.51.01.0A B CPl0+ 3.0101.0+ 6.6631.01.0F-6.861 00汽+ 7.3261.01.0*G/ H G+ 5.884F-1+ 4.636E DC00.0+ 3.081B62 0.A+ 1.090aceggeca21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值桁架杆件内力表杆件名称杆件内力系数全跨永久全跨永久何载全跨桁架、支撑杆件荷载+全+半跨可变荷+半跨屋面板+最大P=1作用在跨（0.9活载 P=32.41kN半跨屋面可变内力左半右半全跨荷载+灰P1= 8.1kN荷载 P=3.78k

9、N(kN)跨跨荷载）荷2= P*3+P1*1P1=23.94kN123载Nr=P*3+P1*2N仁 p*3+P1*1P=46.17kNr=P*3+P1*2NN1NrN1NrN=P*3上AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00弦BC,C-5.31-2.16-7.472-344.98-285.1-259.6-155.3-80.00-344.9D02887812杆de,e-7.33-3.92-11.26-519.97-424.4-396.7-217.9-136.4-519.9F93258797FG,G-6.86-5.31-12.18-562.35-450.3-43

10、7.8-210.2-173.3-562.3H19034985下ac+3.01+ 1.09+4.100+ 189.30+ 157.2+ 141.7+87.44+41.59+ 189.3弦00610杆ce+6.66+3.08+9.744+449.88+369.7+340.7+ 196.3+ 110.5+449.83176498eg+7.32+4.63+ 11.96+552.29+447.0+425.2+220.6+ 156.2+552.266234009gh+5.88+5.88+ 11.76+543.33+429.0+429.0+ 185.3+ 185.3+543.344866553斜aB-5.6

11、4-2.04-7.684-354.77-294.7-265.5-164.0-77.95-354.7腹133997杆Be+3.96+ 1.84+5.808+268.16+220.3+203.2+ 116.7+66.2+268.1081166cD-2.63-1.77-4.409-203.56-164.2-157.2-79.70-59.18-203.536286De+ 1.22+ 1.57+2.792+ 128.91+ 100.3+ 103.2+39.81+48.14+ 128.920911eF-0.04-1.52-1.572-72.60-51.33-63.30-7.07-42.45-72.675F

12、g-1.03+ 1.36+0.328+ 15.14+2.21+21.7-23.63+33.97+33.9797-23.63gH+1.913-1.200+0.713+32.92+38.6013.39+49.49-26.03+48.49-26.03竖杆Aa-0.500.00-0.50-23.09-20.26-16.21-13.86-1.89-23.09Cc-1.000.00-1.00-46.17-40.51-32.40-27.72-3.78-46.17Ee-1.000.00-1.00-46.17-40.51-32.40-27.72-3.78-46.17Gg-1.000.00-1.00-46.17-

13、40.51-32.40-27.72-3.78-46.176杆件截面选择按腹杆最大内力NaB=-354.77kN，查表7.6选中间节点板厚为10mm,支座节点板厚为12mm1）上弦杆整个上弦采用等截面，按最大内力NFG=-562.35kN计算。Lox=150.75cm，Loy=301.5cm （取两块屋面板宽度）假定入=50查表 1.2 =0.856 Areq二N/ f=562350/ （0.856*21500 ） =30.56cm2ixreq=Lox/ 入=150.75/50=3.02cmiyreq=Loy/ 入=301.5/50=6.03cm由附表 10 选 2 L 140 X 90 X 8

14、 短肢相拼，A=2 x 18.04=36.08cm2,ix=2.59cm,iy=6.72cm15截面验算入 x二Lox/ix=150.75/2.59=58.2V【入】=150 （满足）入 y=Loy/iy=301.5/6.72=44.9V【入】=150 （满足）双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比入yzb1/t=14/0.8=17.5 0.56Loy/ b1=0.56X 301.5/14=12.1 故入 yz=3.7 b1/ 1+Loy2t2/（52.7b1 人 4）=3.7 X 17.5X 1+301.52X 0.82/（52.7X 14 人 4） =64.8V 入 x故

15、由入max二入yz=64.8查附表1.2得=0.780Ng A=562350/ （0.780 X 3608） =199.8N/mn2v f=215 N/mm2 （满足）2）下弦杆整个下线采用等截面。按最大内力 Neg=552.29kN计算。Lox=300cm , Loy=1035cmAnreq=N/f=552.29X 103/215=25.69cm2由附表10选2L 125X 80X 7, An=A=2 100mm, ix=2.30cm , iy=6.04cm应力二N/An =552.29X 103/2128=195.8 N/mm2v f=215 N/mm2 （满足）入 x= Lox/ix=3

16、00/2.3=130.4 V【入】=350 （满足）入 y=Loy/iy=1035/6.04=171.4 V【入】=350 （满足）3）腹杆aB杆NaB=-354.77kN, Lox=Loy=L=253cm选用 2L 110X 70X 8,长肢相拼。查附表 10, A=27.88cm2, ix=3.51cm , iy=2.93cm179090二昔W 華朗皐zA 丫甲缎y zA yZ80=（乙90X乙P98乙）/t7vZx60J+U xt Z9H，=9 0/Z=VSq（者蟹）0孙二【Y 】 声66二88 乙炉98乙二人!/人。1二人 丫（者蟹）0 孙二【丫】 608=W/17-98S=X!/xo

17、-|=x y luo88S=A!4 ujog =X! 乙山。8乙比力9（HX乙二V 割（H華朗皐母申邳月”9 XOZ X0I4乙宙製 uJOt798S=Ao-|=xo-| N”990乙=CPN站吨（者蟹）SUJUJ/N 9比二j2W/N68=（乙（HX 89PL）/（H X9I/89乙二uy/N= 丫西（#） 09=【丫】 声上8二66乙/ 49乙二人!/人。1二人丫（#） 09=【丫】&8（H 二 64/060 乙二X!/xoi 二x 丫山。66乙二人！山兀64二X!乙山0的划二6乙ZX乙二V ”6華朗皐x9乙宙製9乙二 1 二人01 060乙二49乙 X 8 0=18 0=xoi “Q9I

18、/89乙二阳N甘。日（者蟹）guJUJ/N 9I，S=）3JJUJ/N 6OS=（88ZSX 809 0）/（H XZZPSZV 0/N 8090二割乙L華朗皐zA 丫甲缎x Y9Z8=8 0/Z=VSq（者蟹）0 孙二【丫】 -98=6S/9S=A!/Ao-|=A y（者蟹）0 孙二【丫】 kSZ=l，9/9S=X!/xo-|=x yN/ A=203.56X 103/（0.505 X2128）=189.4N/mm2v f=215 N/mm2 （满足） De杆NDe=128.91kN Lox=0.8L=0.8 x 286.4=229.1cm , Loy=284.4cm选用 2L50x 5,查附

19、表 9 得，A=2x4.8=9.6cm2, ix=1.53cm , iy=2.45cm入 x=Lox/ix=229.1/1.53=149.7v【入】=350 （满足）入 y二Loy/iy=286.4/2.45=116.9v【入】=350 （满足）应力二N/An =128.91x 103/（9.6 x 102）=134.3 N/mm2vf=215 N/mm2 （满足） eF杆NeF=-72.6kN, Lox=0.8L=0.8 x 312.4=249.9cm, Loy=312.4cm选用 2L63x6,查附表 9 得，A=2x 7.29=14.58cm2, ix=1.93cm , iy=2.99c

20、m入 x=Lox/ix=249.9/1.93=129.5v【入】=150 （满足）入 y=Loy/iy=312.4/2.99=104.5v【入】=150 （满足）因为 b/t=6.3/0.6=10.5 v0.58Loy/ b=0.58 x312.4/6.3=28.76入 yz=入 y 1+0.475 b 人 4/（ Loy2t2）=104.5x 1+0.475X 6.3 人 4/（312.42x 0.6 2）= 106.7,入yz v入x,故由入x查附表1.2得=0.387N/ A=72.6x 103/（0.387 x 1458）=128.7N/mrr2v f=215 N/mm2 （满足）应力

21、二N/An =72. 6x 103/（14.58 x 102）=49.8 N/mm2v f=215 N/mm2 （满足） Fg杆NFg=33.97kN, Lox=0.8L=0.8 x 312.4=249.9cm, Loy=312.4cm选用 2L63x6,查附表 9 得，A=2x 7.29=14.58cm2, ix=1.93cm , iy=2.99cm入 x二Lox/ix=249.9/1.93=129.5V【入】=150 （满足）入 y二Loy/iy=312.4/2.99=104.5V【入】=150 （满足）应力二N/An =33.97X 103/（16.32 x 102）=23.3N/mm2

22、v f=215 N/mm2 （满足） gH杆NgH=48.49kN，Lox=0.8L=0.8 x 339.0=271.2cm，Loy=339.0cm选用 2L63x6,查附表 9 得，A=2x 7.29=14.58cm2, ix=1.93cm , iy=2.99cm入 x=Lox/ix=271.2/1.93=140.5 V【入】=150 （满足）入 y二Loy/iy=339/2.99=113.4V【入】=150 （满足）应力二N/An=48.49x 103/（14.58 x 102）=33.3N/mm2v f=215 N/mm22 （满足）4）竖杆Aa 杆NAa=-23.09kN=-23090

23、N , 10x = 1+15二=200.5cm, 10y = 200.5cm,选用 2 L70x6,查附表 8, A= 2x8.16=16.32cm2, ix = 2.15cm, i y=3.26cm入 x=l 0x / i x=200.5 / 2.15 = 93.3V入=150（满足）入 y=l 0y / i y=200.5 / 3.26 = 61.5V入=150（满足）因为 b/t=7/0.6=11.7 V0.58x l 0y /b=16.6故入 yz =入 y （1+0.475 x b4 /l 0y2x 12）= 61.5 x （1+0.475 x 74/200.5 2x 0.62）=6

24、6.3入yzV入x，故由入x查附表1.2得 x =0.598。N / A=23.09x 103/0.598 x 16.32 x 102= 23.6 N/mm2V f=215N/mni （满足）Cc 杆NCc=-46.170kN , l ox = 0.8 x 1=0.8 x 229= 183.2cm, I y= 229cm.选用 2 L70x6,查附表 8, A= 2x8.16=16.32cm2, ix = 2.15cm, i y=3.26cm入 x = I ox / i x= 183.2/2.15 =85.21 v入=150（ 满足）入 y = l 0y / i y = 229 /3.26 =

25、70.25 v入=150（满足）因为 b/t=7/0.6=11.7 v 0.58 x I y /b=18.97故入 yz二入 y（1+0.475 x b4/l 0y2x t2）= 70.25 x （1+0.475 x 74/2292 x 0.62）=74.50入yzV入x，故由入x查附表1.2得 x =0.654。N / A=46.170x 103 / 0.654 x 16.32 x 102 = 43.10 N/mm2v f=215 N/mm2 （满足）eE杆NeE=-46.17kN,选用 2L70x 6 十字相连。查附表 9 得，A=16.32cm2, ixo=2.15cm,iy=3.26c

26、m入 xo=Lo/ixo=207.2/2.15=96.37 v【入】=350 （满足）入 y=Loy/iy=259/3.26=79.45 v【入】=150 （满足）应力二N/A=46.17 x 103/1632=28.29 N/mm2v f=215 N/mm2 （满足）Gg杆N -46.170kN-47170N , lx 289 0.8cm231.2cm , ly 289cm由于内力较小，故按150选择，所需的回转半径为：iJ_0x231.2cm1501.54cml0ycm 1.93cm150查型钢表，选择截面的回转半径较计算的要略大些，故选用A 1632mm2， ix=2.15cm, iy

27、=3.26cm2L70 X 6。1 0xix231.2107.532.151500y28988.65ly3.26150N xA215N / mm2 (满足)因为x y，故只需求x 0.630 ,N/mm244.74N/mm20.630 16327.节点设计屋脊节点竖杆端焊缝按构造取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%,即厶N=0.15N=0.15X 562.35=84.4kN。其产生的偏心弯矩M=84.4X 103X 70=5908KN mm现取节点板尺寸如图。设肢尖焊脚尺寸 hf2

28、=6mm则焊缝计算长度lw2=200-2 X6=188mm验算肢尖焊缝强度v6M/( B f X 2X 0.7hf2lw2 2)2+A N/2 X 0.7 hf2lw22=a/6X 5908000/(1.22X 2X 0.7 X 6X 1882)2+84.4 X 103/2 X 0.7 X 6X1882=111.51 N/mmvff=160N/mr2 （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=8-2=6mm。贝卩接23头一侧需要的焊缝计算长度为:Lw二N/(4X 0.7hf ff)=562.

29、35x 103/ (4X 0.7 x6X 160) =209.2mm拼接角钢总长度为：L=2( lw+2 hf)+a=2x( 209.2+2 x 6)+( 8+2/10 x 90)=468.4mm取 L=500mm拼接角钢竖肢需要的高度为 =t+hf=8+6=14mm取厶=15mm即竖肢余留高度为75mm取两斜腹杆杆端至节点中心距离为 230mm节点板按布置腹杆杆端焊缝需要，采用-330 x 10 x 400562.-62.珀kN端部支座节点a的计算端部支座处总反力R=41.22x 7=288.5kN1) 底板计算 所需底板面积25A二R/fc=288.5 x 103/14.3=20174.8

30、mm2现选用 A=28X38=1064x 102mm, An=106.4X 103-2 nx252=1024.7x102mm2底板平均压力 q=R/An=288.5X 103/1024.7 x 102=2.80N/mn2vfcP=R/An=288.5x 103/(192 x 280)=5.37 N/mm2v fcc=14.3 N/mm2b1/a 仁79.2/169.8=0.466，查表得B =0.0546Mmax节 qa12=0.0546 x 5.37 x 169.8 2=8454N- mm所需底板厚度 t= V (6M/f) = (6x 8454/205) =15.7mm故取 t=20mm2

31、) 加劲肋计算，加劲肋与节点板连接焊缝 hf=6mm lw=60hf=360mn 425 mm实 际焊缝长度 )每块节点板连接焊缝承受的弯矩和剪力V=R/4=288.5x103/4=72.1kN,M=Ve=72.1X 52.5=3787kN - mm剪力二V/ (2x 0.7 hflw ) =72.1 x 103/ (2x 0.7 x 6x 360) =23.84N/mn2应力=6M/B f(2 x 0.7 hflw 2)=6 x 3787x 103/1.22(2 x 0.7 x 6x 3602)=17.1 N/mm2垂直焊缝最大应力V (应力)2 + (剪力)2 =V 17.1 2+23.84 2=29.3N/mn2 ff=160 N/mm23) 加劲肋节点板与底板连接焊缝计算。取 hf=8mm则与底板连接水平角焊缝总长度为艺 lw=2 x 280-2 x( 192-12-2 x 15) -12 x 8=764mm 应力二R/ B f