钢结构设计原理课程设计21米梯形钢结构屋架设计

钢结构课程设计一一21m跨钢屋架设计计算书1设计资料某厂房总长度90m,跨度L=21m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距6m。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=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。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Q345钢，焊条为E50型。屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.5x6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：屋架及支撑自重：按经验公式0=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/m2为单位；载0・6kN/m2。③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保温层载0・6kN/m2。③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水泥砂浆找平层0.3kN/m2预应力混凝土屋面板1.45kN/m22结构形式与布置屋架支撑布置如图7.31所示。1501350]。egh1500X1501350]。egh1500X7=10500屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。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。

荷载永久荷载：预应力混凝土屋面板屋架及支撑自重三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找平层保温层一毡二油隔汽层水泥砂浆找平层1.45x1.35=1.958kN/m2(0.12+0.011x21)x1.35=0.474kN/m20.4x1.35=0.54kN荷载永久荷载：预应力混凝土屋面板屋架及支撑自重三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找平层保温层一毡二油隔汽层水泥砂浆找平层1.45x1.35=1.958kN/m2(0.12+0.011x21)x1.35=0.474kN/m20.4x1.35=0.54kN/m20.4x1.35=0.54kN/m20.7x1.35=0.945kN/m20.05x1.35=0.068kN/m20.3x1.35=0.405kN/m2可变荷载：屋面活荷载积灰荷载（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=（4.929+1.82）x1.5x6=60.74kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F=4.929x1.5x6=44.36kN1半跨节点可变荷载：F=1.82x1.5x6=16.38kN（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：F=0.474x1.5x6=4.266kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F=（1.9575+0.98）x1.5x6=26.44kN（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，计算结果见表7.6。(a)(b)F/2(c)(b)F/2(c)屋架支撑布置如图7.31所示。CC2LG56000*15=9000021屋架下弦支撑布置图LG5CC5LG5LG5CC2GCGLG4LG5GG2LG5LG4LG5LG4LG5屋架下弦支撑布置图GG2CC5GG2LG5LG4LG5GG2LG5符号说明：SC-上弦支撑XC一下弦支撑CC一垂直支撑GG一刚性系杆LG—柔性系杆图7.31屋架支撑布置杆件名称内力系数（F=1）第1种组合Fx①1第2种组合第3种组合计算杆件内力（kN）全跨①左半跨②右半跨③Fx1+F2x②Fx①+F2x③+F4x1②Fx©+F4x③上弦AB000000000BC/CD-7.472-5.31-2.162-453.84928-418.43572-366.87148-172.272-89.0388-453.85DE、EF-11.262-7.339-3.923-684.05388-619.79514-563.84106-242.087-151.768-684.05FG/GH-12.18-6.861-5.319-739.8132-652.68798-627.43002-233.365-192.594-739.81下弦ab4.13.011.09249.034231.1798199.730297.07546.3102249.03bc9.7446.6633.081591.85056541.38378482.71062217.7376123.0295591.85cd11.9627.3264.636726.57188650.6342606.572244.7293173.6057726.57dd'11.7685.8845.884714.78832618.4084618.4084205.7752205.7752714.79斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-466.72616-433.26182-374.32658-181.928-86.7969-466.73Bb5.8083.961.848352.77792322.50768287.91312129.479373.63805352.78bD-4.409-2.633-1.776-267.80266-238.71178-224.67412-88.4253-65.7662-267.8Dc2.7921.2221.57169.58608143.86948149.5697244.2203553.42147169.59cF-1.572-0.047-1.525-95.48328-70.50378-94.71342-7.94883-47.0272-95.48Fd0.328-1.0391.36719.92272-2.4687436.94154-26.071937.5427337.54dH0.7131.913-1.243.3076262.9636211.9726853.62138-28.686362.96竖直杆Aa-0.5-0.50-30.37-30.37-22.18-15.353-2.133-30.37Cb/Ec-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74Gd-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74注：F=60.74kN；F=4436kN；F=16.38kN；F=4.26kN；F=26.44kN。1•2345杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，安FG、GH杆件之最大设计内力设计。N=-739.810kN=-739810N，上弦杆计算长度10=150.75cm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况10=3x150.75=452.25cm。因为10广31&，故截面宜选用两个等肢角钢短肢相并（图7.35）。腹杆最大内力N=-486.09kN，查表7.5，节点板厚度选10mm支座节点板厚度用12mm。设人=60，查附录中附表2.2得中=0.807。K7.35上弛觎面N770507需要截面积中=0.807A=——==2957.23mm2中f0.807x310需要得回转半径：iX=上=150.75=2.5125cm需要得回转半径：iX=上=150.75=2.5125cm人60l452.25「eu=-°y==7.5375cm人60根据需要的A、i、i查角钢规格表（附表6），选用2Z140x90x8，A=36.076cm2，i=2.59cm，i=6.73cm，按所选角钢进行验算:l150.75=-0x==58.22<仇」=150，i2.59l452.25—cMis=-0y==67.2<快」=150i6.73V满足长细比的要求。由于人＞人，只需求中。查表得中=0.768。一770507一一770507一=267.01N/0.768x3607.6'mm<3102N所需截面合适。./mm2（2）下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的eg杆计算。N=N=726570NI。=300cm，I。=1035cmN726570ccmrr所需截面为A=—==23.4377cm2nf310选用2Z140x90x8，因为匕v<l0y，故选用不等肢角钢短肢相并。…c…、…”cf…cl1035A=36.076cm2>24.93cm2，i=2.59cm，i=6.73cm，人=半=———=153.8<350y人=-9芳==115.8<350xi2.59（3）端斜杆aB杆件轴力N=-466730N计算长度10.=10广253cm，因为、=10"故采用不等肢角钢长肢相并，使

i-i。选用2L110x70x8，贝QA=27.888cm2,七=3.51cm,i=2.92cm人=上=253=72.08,人=上=竺=86.64xi3.51yi2.92因为人>X，只求中=0.645。=259.47=259.47<310kN//mm2所需截面合适。N466730

b==甲A0.645x2788.8(4)竖杆GdS7.36N=-60740N,L=289X0.8=231.2cm,L=289cm0x0y内力较小，按［入］=150选择，需要的回转半径为：i=L/［入］=231.2/150=1.54cmi=L/［入］=289/150=1.93cmYIJYLJV(JVLJxxyy查型钢表，选截面的回转半径较计算的要略大些，选用2L56X5ix=1.72cm，i=2.69cm，A=1083mm21x=/0x/ix=231.2/1.72=134.42<150入；=l0；/i；=289/2.28=107.43<150入x>1y，只求甲x=0.368b=N/甲xA=60740/(0.368X1O83)=152.4N/mm2<310N/mm2其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于表2中。

应(mm06240268222222929220832289209422244数系定稳yp6044卬80402040906060许比容细02300230003200300比细长X268227748962207249802224222X288221320777202822222292236242832)mc(径半转回iy76766282046204436243626243ix529323727272427242327242)mc(度长算计1032402223622248246222423423923310810322222002282222222202944994232272积面面截03703069882882228826222262206922822一格规面截」立9女41立9女41实2立0&02立9实2立9实6玄2实6实2玄2实6计)837-22733-766-72346-862-69646-29-0463-46-66-6件杆编号FG、GdAaBaBbCbbDDcEFFGddH名称上弦下弦腹杆杆件截面选择表杆件截面选择表6节点设计(1)下弦节点“b”(图7.37)60.74KN2L90X8.2L56X52L90X-606-708-T2033578KN就"KK591.85KN249.03KN2L140X90X'8用焊条为E50型的抗拉，抗压，抗剪强度弦点*=200N/mm2。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝h=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：f肢背:厂二0.7N/2hfwf=0.7X325780/(2X0.7X8X200)=102mm取12cm肢尖：七〃二0.3N/2hfwf=0.3X325780/(2X0.7X6X200)=58.2mm取7cm设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝h=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：f肢背：厂二0.7N/2hfwf=0.7X267800/(2X0.7X8X200)=83.7mm取10cm肢尖：'〃=0.3N/2hfwf=0.3X267800/(2X0.7X6X200)=47.8mm取6cm“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取h=5mm.。60.74KN2L90X8.2L56X52L90X-606-708-T2033578KN就"KK591.85KN249.03KN2L140X90X'8下弦与节点板的焊缝长度为250mm，hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差△N=591.85-249.03=342.82KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为tf=0.75X342820/(2X0.7X6X(350-12))=90.6N/mm2<200N/mm2⑵上弦节点“B”(图7.38)0KN「一453.85KN10-1308-18-12C5-70'2L110X70X8466.73KN352.78KN上弦节点〃B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。0KN「一453.85KN10-1308-18-12C5-70'2L110X70X8466.73KN352.78KN上弦节点〃B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆的肢背和肢尖焊缝hf=10mm和8mm，则所需的焊缝长度为：肢背:/w'=0.7N/2h〃0.65X466730/(2X0.7X10X200)=108.3mm取13cm肢尖:/"=0.3N/2hfW=0.35X466730/(2X0.7X8X200)=72.9mm取10cm为了成于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。曹焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值剩以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p与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝的内应力为hf=1/2X节点板厚度二1/2X10=5mm,hf''“上弦与节点板间焊缝长度为=10mm480mm.土(N、-N+2x0.7h'l'N/mm2<0.8ff=0.8x200=160N/mm2上弦肢尖角焊缝的剪应力为(P/(2x1.22))2"0.75x453850)2+(60740/(2x1.22))2==125.022x0.7x5x(400-10)山2(吐-N2)l+(P/(2x1.22))22x0.7h"l"

fwN/mm2<200N/mm2_*(0.25x453850)2+(60740/(2x1.22))22x0.7x10x(400-20)=21.83(3)屋脊节点“H”12L140X90X8739.81KN2L12L63X52L6362.96KN162.96KN40X90X890739.81KN10屋脊节点〃12L140X90X8739.81KN2L12L63X52L6362.96KN162.96KN40X90X890739.81KN10屋脊节点〃H"7.39设焊缝hf=10mm，则所需焊缝计算长度为/w=739810/(4X0.7X10X200)=132.11mm拼接角钢的长度取460mm>2X132.11mm=264.22mm.上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板的连接焊缝，则节点一侧按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝h=10，节点板长度为45cm弦杆焊缝的计算长度为lw=45/2-1-2=19.5cm，焊缝应力为：则节点一侧40.65N/mm20.15x739810Tn=40.65N/mm2f2x0.7x10x195100.06N/mm20.15x739810x80x6Cm=100.06N/mm2f2x0.7x10x1952"(Tn)2+(ZL)2=91.54N/mm2<200N/mm2f1.22因屋架的跨度较大，需将屋架分成两个单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦，斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊接，而右半边的上弦，

斜杆与节点板的连接用工地焊接。腹板与节点板连接焊接计算方法与以上几个节点相同(4)支座节点“a”30.37KN249.03KN支座节点〃a〃为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座地板的净距离取160mm。在节点中心线设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为30.37KN249.03KN支座节点〃a〃支座底板的计算支座反力：R=425180N支座底板的平面尺寸采用280mmX360mm，如考虑有加劲肋部分的底板来承受支座反力，则承压面积为280X214=59920mm2。验算柱顶混泥土的抗压强度q=R=425180/59920=7.10N/mm2An

其中对于C30混泥土的强度设计值f=14.3N/mm2>7.10N/mm2底板的厚度按屋