钢结构计算书.

1、钢结构程设计计算书题目：梯形钢屋架 某工业厂房专业： 土木工程班级：土木12-1 班姓名：赵侃学号： 2012102080指导教师： 焦晋峰太原理工大学现代科技学院2015 年 6 月梯形钢屋架计算书一 设计资料 （题号 29 ）（ 1）某工业厂房（上海市）：梯形钢屋架跨度为21m，长度90m，柱距7.5m，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm， 内侧基板厚度0.4mm， 夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.25kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度i=1:20, 有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m，柱截

2、面尺寸为400 400mm。不考虑灰荷载。屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值按0.30 kN / m2计算。基本雪压取0.2 kN / m2 ，基本风压取0.55 kN /m2。（ 2）屋架计算跨度：l0 21m 2 0.15m 20.7m（ 3）跨中及端部高度：采用缓坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度h0 2.000m ， 屋架中间的高度h=20250m则屋架在20.7m 处，两端的高度为h0 2.000。二结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示根据厂房长度90m、跨度及荷载情况，设置四道道上、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

3、和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，在柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设置一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2 所示。SC上弦支撑；XC下弦支撑：CC垂直支撑；GG刚性系杆；LG柔性系杆三荷载计算及内力组合1. 荷载计算屋面活荷载为0.5 kN /m 全跨永久荷载全跨可变荷载 全跨永久荷载及可变荷载：F （0.78 0.7） 1.75 7.5 19.43 kN 全跨永久荷载半跨可变荷载： 全跨节点永久荷载：F1 0.78 1.75 7.5 10.24kN半跨节点可变荷载F2 0

4、.7 1.75 7.5 9.2kN3.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F3 0.48 1.75 7.5 6.3 kN3，雪荷载为0.2 kN / m2, 计算时取两者最大值。故取屋面活荷载0.5 kN /m2进行计算。风荷载：基本风压为0.55 kN /m2，查表可知，风压高度变化系数为1.0，当屋面夹角 （ 2.86 ）小于15时，迎风坡面体形系数为-0.6 ，背风坡面体形系数为 -0.5 ，风载为吸力，起卸载作用，所以负风的设计值（垂直屋面）为迎 风 面 ：1 =1.4 0.6 1.00 0.55 0.462 kN/m2背风面：2=1.4 .0.5 1.

5、00 0.55 0.385 kN/m2对于轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，腹杆中的内力可能变号，必须考虑风荷载组合，但此处风荷载小于永久荷载，可不考虑风荷载的组合。（因为12均小于屋面永久荷载0.65（荷载分项系数取1.0） ，由此可见，风吸力较小）而且在截面选择时，对内力可能变号的腹杆，不论在荷载作用下是拉杆还是压杆，均控制其长细比不大于150。设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。荷载计算表荷载 名 称标准值（）设计值（）彩钢复合板 （ 100mm）0.250.25*1.2=0.3屋架、檩条 、拉条及支 撑自重0.40.4*1.2=0.48永久荷载总 和0.650.7

6、8屋面活荷载0.50.5*1.4=0.7可变荷载总 和0.50.7半跨节点屋面板自重及屋面活荷载F4 (0.3 0.7) 1.75 7.5 13.13kN左跨单位荷载作用下杆件内力系数图内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合杆件类型杆件编号全跨左半跨右半跨F*F1* +F2*F1* +F2*F3* +F4*F3* +F4*计算杆件内力AB000000000BC-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3CD-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3DE-12.8-7.3-4.3-24

7、8.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7EF-12.8-7.3-4.3-248.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7上弦FG-13.8-6.1-6.1-268.1-197.4-197.4-167.0-167.0-268.1ab4.63.11.189.475.657.269.743.489.4bc11.06.83.4213.7175.2143.9158.6113.9213.7下弦cd13.77.05.2266.2204.7188.1178.2154.6266.2Ba-7.5-5.0-1.9-145.7-122.8-94.0-112.9-71.8

8、-145.7Bb5.93.61.8114.693.577.084.460.8114.6Db-4.4-2.2-1.7-85.5-65.3-60.7-56.6-50.0-65.3Dc2.90.81.656.337.144.428.839.356.3Fc-1.60.4-1.6-31.1-12.4-31.1-4.4-31.1-31.1斜腹杆Fd0.3-1.61.45.2-12.015.6-19.320.120.1Aa-0.5-0.50.0-9.7-9.7-5.1-9.7-3.2-9.7Cb-1.0-1.00.0-19.4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4Ec-1.0-1.00.0-19.

9、4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4竖腹杆Gd0.40.10.17.85.05.03.83.87.81. 上弦杆整个上弦采用等截面，按EF杆件的最大设计内力设计，即N -268.1kN上弦杆计算长度 在屋架平面内：为节间轴线长度，即lox l0 1.752m在屋架平面外，本屋架为有檩体系，且认为檩条与支撑的交叉点不连接，根据布置和内力情况，取l oy为支撑之间的距离，即loy 3.504m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢短肢相拼，腹杆最大内力N 145.7kN ，查表 2.8，节点板t 6 mm，支座节点板厚度t 8mm假定80，查Q235钢的稳定系数表

10、，可得0.688（由双角钢组成的T形和十字形截面属于b 类） ，则需要的截面积为：N Af268.1 10321812.5mm0.688 215需要的回转半径：ixlox 1752ox m 21.9 mm80oy3504 m 43.8mm80根据需要A, ix， i y查角钢规格表，选用2 100 80 6，肢背距离6mm，则：按所选角钢进行验算：2A 2120mm ， ix 24mm ，i y 45.4mml 0xix1752 73240yiy所以yz y 77.2350477.245.4满足长细比150 的要求。b1/t 100/6 16.7 0.56l0y/b1 0.56 3504/10

11、0 19.6，y x ，只需要求x。查表X 0.707 ，则N yA268.1 1030.707 2120MPa 178.87MPa 215MPa故所选截面合适。2. 下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆件计算。N 266.2kNlox 3500mm， loy 20700 2 10350mm（因跨中有通长系杆），所需截面积为3AN f266 2 10322266.2 101238mm2 12.38cm2215选用 2 75 50 6，因为l 0y l0x ，故用不等肢角钢，短肢相并，肢背间距6mm，222A 14.52cm12.38cm ， ix 1.42cm ， iy 3.63c

12、m0x350350246.5 3501.42l0yiy1035285.1 3503.63b1 /t 75/6 12.5 0.56l0y /b1 0.56 10350/75 77.28，所以 yz y 285.1 350，满足要求。3. 端斜杆 aB 杆件轴力：N -145.7kN计算长度：2l 0x l0y 2625mm假设假定80 ，查Q235钢的稳定系数表，可得0.688 （由双角钢组成T 形和十字形截面属于b 类） ，则需要的截面积为：需要的回转半径：ixlox262580145.7 1030.688 2152 985mm32.8mmiyl oy262532.8mm80根据需要A, ix

13、，i y 查角钢规格表，选用2 90 56 7 ，肢背间距6mm，则22A 19.76cm ， ix 2.86cm ， iy 2.26cml0262.60x .91.8 150i x 2.860y226.22.66 116.2 15017.3MPa 215MPab2/t 56/7 8 0.48l0y/b2 0.48 2626/56 22.5，所以y 1 1.029b22116.21yl02yt21.09 5642226262 72119.9x yz，只需求yz，查表得yz 0.437，则168.7MPa 215MPa，截面合适。N 145.7 103y A 0.437 19764. 斜腹杆 F

14、d最大拉力N 20.1kN最大压力N -19.3kN计算长度在屋架平面内l0x 2396.8mm在屋架平面外l0y l 2996mm选用 2 70 4，肢背间距6mm，查角钢规格表得2A 11.14cm ， ix 2.18cm ， iy 3.14cml0xix239.6 109.9 1502.18l0yiy239.6 76.3 1503.14b/t=70/4=17.5 0.58 l0y/b=0.58 2996/70=24.8yzy10.475b4l2t224.8 10.475 7040y29962 4226.8yzx，查表得x 0.493 ，则压应力：20.1 103xA36.6MPa 215

15、MPa0.493 1114拉应力：19.3 10311145. 竖杆 cEN -19.4kN计算长度：l0x 187.5cm， l0y l 234.4cm由于杆件内力较小，按150 选择，需要的回转半径为iyl0x 187.51501.25cml0y 234.4 1501.56cm0x217.5287.8 150ix2.48查型钢表，选用2 50 4 ，肢背间距8mm，其几何尺寸为2A 7.8cm ， ix 1.54cm ， iy 2.35cml0xxix187.5 121.8 1501.54l0yyiyyzy10.475b4l 2 t20y99.6 10.475 50423442 42103

16、又因为yzx ，只需求x ，查表得x 0.426 ，则N xA194 10319.4 1058.4MPa 215MPa0.426 7806. 斜腹杆 最大拉力BbN 114.6kN计算长度在屋架平面内l0x2175.2mm在屋架平面外l0yl 2719mm选用 2 80 5，肢背间距6mm，查角钢规格表得2344234.4 99.6 1502.35b/t 50/4 12.5 0.58l0y/b 0.58 2344/50 27.2，所以l0y271.9iy3.4977.9 150b/t=80/5=16 0.58 l0y/b=0.58 2719/80=19.7yz y 10.475b4l2t20y

17、0.475 80424.8 12227192 5227.4yz x，只需求x，查表得x 0.635，则N xA114.6 1030.635 1582114MPa 215MPa截面形式和规格截面面积/cm2回转半径长细比计算应力杆件类型杆件型号内力i x /mmiy/mmxy ( yz)容许长细比/MPaAB021.221.943.87377.21500BC-161.321.221.943.87377.2150-7.60703CD-161.321.221.943.87377.2150-7.60703DE-248.721.221.943.87377.2150-11.7313EF-248.721.2

18、21.943.87377.2150-11.7313上弦FG-268.1100 80621.221.943.87377.2150-12.6478ab89.414.5214.236.3246.5285.13506.15551bc213.714.5214.236.3246.5285.135014.7197下弦cd266.275 50614.5214.236.3246.5285.135018.33271Ba-145.790 56719.7628.622.691.8116.2150-7.37475Bb114.680515.8224.834.987.877.91507.246334Db-65.390 56

19、719.7628.622.691.8116.2150-3.30445Dc56.380515.8224.834.987.877.91503.561757Fc-31.190 56719.7628.622.691.8116.2150-1.57328斜腹杆Fd20.170411.1421.831.4109.976.31501.802783Aa-9.75047.815.423.5121.899.6150-1.24615Cb-19.45047.815.423.5121.899.6150-2.49231Ec-19.45047.815.423.5121.899.6150-2.49231竖腹杆Gd7.88051

20、5.8224.834.987.877.91500.491277五节点设计1. 下弦节点b各杆件的内力由表查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝hf和lw，然后根据lw的大小按比例绘出节点板的形状的尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用 E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw 160MPa设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf 4mm，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：lw0.7N0.7 1146002he ffw2 0.7 4 16089.5mm，取 90mm。0.3N0.3肢尖：l ww38.4mm ，取40mm 。2he ffw2 0

21、.7 4 160设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝hf 6mm，则所需的焊缝长度为0.7N0.7 65300肢背：lww51mm，取 60mm。2he ffw 2 0.7 4 160肢尖：0.3N2he ff0.3 653002 0.7 4 16022mm ，取30mm。0 75 1242000.75 12420037.2MPa 160MPa2 0.7 6 (310 12)“ Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf 4mm。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，从而确定节点板尺寸为310 220下弦与节点板连接的焊缝长度为310mm ， h

22、f 6mm。焊缝所受的力为左右N 213.9 - 89.7 124.2kN ， 受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。2. 上弦节点“B”“ Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“ aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算得N B -145.7kNaB设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝hf 5mm，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）0.7N0.7 145700肢背： lw w91mm ，取100mm。2he ffw2 0.7 5 160肢尖：0.3N2he ff0.3 1457002 0.7 5 16039mm ，取 40mm 。为了便于在上弦上搁置屋面

23、板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背6mm。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，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。上弦槽焊缝所需长度可由下面计算得11h f 节点板厚度6 3mm, h f 4mm22lwp2 0.7 hfffw194002 0.7 4 16021.7mm上弦与节点板间焊缝长度为330mm，则角钢肢背与节点板角焊缝所受应力为k1 NN222 1.220.75 161300 22 19400 22 1.222 0.7 hf lw2 0.7 4 330 867.4MPa 0.8ffw 128MPa根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之

24、间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为330 1903. 屋脊节点“G”（ 1）弦杆和拼接角钢连接焊缝计算: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紧密结合，并便于施工，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 t hf 5mm） 。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。设拼接角钢与弦杆之间的角焊缝hf 6mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）lw2681004 0.7 6 16099.7mm拼接角钢总长度ls 2 lw 2hfb（b 为弦杆杆端空隙）=2 99.7 2 6 20 24

25、3.4mm，所以拼接角钢长度取250mm（ 2）弦杆和节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板之间的的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15% 计算，N 268.1 0.15 40.2kN， 并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝hf 6mm，取节点板长度350mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为4020032.3MPalw 350 2 7 20148mm，焊缝应力为2 0.7 6 1486 40200 462 60.3MPafN2 0.7 6 148232.3 260.3 59MPa 160MPa1.223） 中

26、竖杆与节点板的连接焊缝计算：N 20.1kN ， 内 力 较 小 ， 焊 缝 尺 寸 可 按 构 造 确 定 ， 取 焊 脚 尺 寸 为h f 4 mm ，焊缝长度40mm4. 下弦跨中节点d（ 1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算拼接角钢和下弦杆截面相同，传递弦杆内力N 266.2kN ，设肢尖肢背焊脚尺寸均为6mm， 则需焊缝长度lwN w 266200 99mm， 则拼接角w 4 0.7 hf ffw4 0.7 6 160钢长度 ls 2 lw 2hfb=2 99 2 6 20 242mm, 取 250mm（2） 弦杆和节点板的连接焊缝计算:按下弦杆内力的15% 计算， N 0.15 266.2 40kN， 设肢背， 肢尖焊缝hf 4mm，则节点一侧所需焊缝长度为：肢背：0.75N0.75 40000lw w33.5mm2he ffw2 0.7 4 160肢尖：l w0.25Nw 2he ff0.25 4000011.2mm2 0.7 4 160（ 3）腹杆和节点板的连接焊缝计算，由于腹杆受力较小，其连接焊缝可按构造 确定。5. 支座节点“A”为了便于施焊，下弦杆角