钢结构课程设计计算书钢屋架设计

1、钢结构课程设计计算书题目：厂房27m钢屋架设计专业班级：土木工程学号：姓名：指导老师：完成日期：一、 设计资料：(1) 某车间跨度为27m，厂房总长度102m，柱距6m，车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车，地区计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m。(2) 屋面采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450×450mm，混凝土强度等级为c25，屋面坡度为1:11，屋架端部高度为1.74m,屋架采用的钢材及焊条为： q235b钢，焊条为e43型

2、。(3)荷载：永久荷载：改性沥青防水层0.4kn/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.40kn/m280厚泡沫混凝土保温层0.6kn/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.5kn/m2悬挂管道0.15n/m2屋架和支撑自重为（0.120+0.011l）kn/m2可变荷载：基本风压：0.35 kn/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑）0.5kn/m2积灰荷载0.5kn/m2不上人屋面活荷载0.7kn/m2（4）桁架计算跨度：跨中及端部高度：桁架的中间高度：在26.7m的两端高度：在27m轴线处端部高度：桁架跨中起拱50mm（）二、 结构形式与布置：桁架形式及几何尺寸如图1所示。图1.桁架

3、形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2所示。图2.桁架支撑布置三、 荷载计算：屋面活载与雪载不会同时出现，从资料可知屋面活载大于雪荷载故取屋面活载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载：改性沥青防水层 1.0040.4 kn/m2=0.4016kn/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.0040.40kn/m2=0.4016 kn/m280厚泡沫混凝土保温层 1.0040.6kn/m2=0.6024kn/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.0041.5kn/m2=1.506

4、kn/m2悬挂管道1.0030.15n/m2=0.1505 kn/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.01127）kn/m2=0.417 kn/m2 共： 3.479 kn/m2标准可变荷载：积灰荷载0.5kn/m2不上人屋面活荷载0.7kn/m2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：f=（1.353.479+1.40.70.7+1.40.90.5）1.56=54.11 kn/m2（2）全跨永久荷载+右半跨可变荷载 全跨节点永久荷载设计值:对结构不利时：对结构有利时：半跨节点可变荷载设计值：（按永久荷载为主的组合

5、）（按可变荷载为主的组合）（3）全跨永久荷载+半跨屋面板自重+全跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：对结构有利时：半跨节点屋面板自重及活载设计值：（1），（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。计算详图见图3：图3.桁架计算简图四、 内力计算由电算先解得f=1的桁架各杆的内力系数（f=1作用于全跨，左半垮和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表一。表一：桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数（f=1）第一种组合f第二种组合第三种组合计算杆件内力全跨左半垮右半跨+上弦abbc,cddeef,fgghhi,ij0-11.41-18.00-18.66-21.

6、15-21.710-8.23-12.24-12.90-12.52-13.080-3.18-5.76-5.76-8.63-8.630-617.395-973.980-1009.693-1144.427-1174.72800000-617.395-973.980-1009.693-1144.427-1174.728下弦abbccdde6.1615.2120.7220.144.5510.6712.9710.071.614.547.7510.07333.318823.0131121.1591089.775333.318823.0131121.1591089.775斜腹杆abbbbddcefcffggd

7、dghggj-10.508.30-6.684.730.79-3.66-2.800.681.300.722.09-7.755.81-4.312.640.79-1.03-0.16-1.003.360.724.15-2.752.49-2.372.090-2.63-2.641.68-2.060-2.06-568.155449.113-361.455255.94042.747-198.043-151.50836.79570.34338.959113.090166.90316.904103.63738.959137.480185.84753.08718.99230.43458495-39.496-22.4

8、70 89.91720.714111.671-79.52845.094-46.66627-42.136-568.155449.113-361.455255.94042.747-151.508竖杆aacbechdje-0.5-1.00-1.50-1.500-0.5-1.00-1.50-1.50000000-27.055-54.11-81.165-81.1650-27.055-54.11-81.165-81.1650五、杆件设计1、上弦杆【2l200x125x12 (短肢相并)】（1）确定内力及已知条件：整个上弦采用等截面，按hi、ij杆件的最大设计内力设计，即，q235钢f=215n/mm

9、78;；压杆=150；。（2）上弦杆计算长度：屋架平面内（取节间轴线长度）：屋架平面外（取支撑节点间距离）：（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并（如右图所示）,整体稳定系数按b类；由于腹杆最大内力，查教材表9.6.4，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm；设，查教材附录4，可得则需要的截面面积：需要的回转半径：，根据需要（a、）查角钢规格表（附录8），选用200×125×12，肢背间距，,，（4）截面验算（按所选角钢进行验算），因为，所以，仅求查表，则：故所选截面合适2、下弦杆【选用2l180x110x12不等肢角钢】（1）确定内力及已知条件整个下弦

10、采用等截面，按最大设计内力杆件的内力值设计，即，q235钢；（2）上弦杆计算长度：屋架平面内（取节间轴线长度）：屋架平面外（取支撑节点间距离）：（3）截面选择所需截面面积：根据需要（a、）查角钢规格表，选用2l 180×112×12，采用不等肢角钢，肢背间距，（，,，）（4）截面验算，求：故不考虑截面削弱,所选截面合适。3、端斜杆【选用2l 140x90x10 (长肢相并) 】（1）杆件轴力：（2）上弦杆计算长度：（3）截面选择，选用两个不等肢角钢，长肢相并,使;选用2l140×90×10，肢背间距，,，；（4）截面验算，因为，所以，仅求查表，则：故所选

11、截面合适。4.斜腹杆bb杆：整个bb杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力n=449.113kn lox=0.8cm x239.2=191.36cm loy=239.2cm 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：2l70x8 a=21.33 cm ix=2.13cm iy=3.30cm 满足要求；填板每个节间放两块（满足l范围内不少于两块）l=78.3cm<80i=80 2.13=170.4cm。bd杆：整个bd杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力n=-361.455kn lox=261 x0.8=208.8cm loy=l=2

12、61cm选用：2l 75x10 a=28.25cm ix=2.26cm iy=3.54cm 由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查教材附表4.2得： ； 满足要求；填板每个节间放三块（满足l范围内不少于两块）l=63.8cm<80i=80 2.26=180.8cm。dc杆：整个dc杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力n=255.940kn lox=0.8cm x261=208.8cm loy=261cm 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：2l70x6 a=16.32 cm ix=2.15cm iy=3.26cm 满足要求填

13、板每个节间放三块l=63.8cm<80i=80 2.15=172cm。ef杆：整个ef杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力n=42.747kn lox=180.3x 0.8=144.2cm loy=l=180.3cm；选用：2l 70x4 a=11.14 cm ix=2.18cm iy=3.21cm 由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得： n/ mm<215 n/ mm 满足要求；填板每个节间放二块l=59.5cm<40i=40 2.18= 87.2cm。hg杆：整个hg杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力,其中设计内力n1=38.959k

14、n n2=20.714kn lox=0.8 x 192.4=153.9cm loy=l=192.4cm选用：2l 50x4 a=7.79 cm ix=1.54cm iy=2.43cm 由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查附表4.2得： n/ mm<215 n/ mm n/ mm<215 n/ mm 满足要求；填板每个节间放两块l=63.2<80i=80 1.54=123.2cm。fg杆整个fg杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力,其中设计内力n=-151.508kn lox=196.7cm loy=l=196.7cm选用：2l 70x7 a=18.85 cm

15、 ix=2.14cm iy=3.28cm 由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：； n/ mm<215 n/ mm 满足要求。填板每个节间放二块l=64.7<80i=80 2.14=171.2cm。由于cf杆的内力小于fg杆的内力，且为拉力，所以可以选用相同的钢材2l 75x7。gd杆：整个gd杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力,其中设计内力n1=36.8kn n2=53.1kn ；lox=0.8 x295.4=236.3cm loy=l=295.4cm选用：2l 50x4 a=7.79 cm ix=1.54cm iy=2.43cm 由于大于，热轧等边

16、角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：； n/ mm<215 n/ mm n/ mm<215 n/ mm 满足要求；填板每个节间放三块l=71.5<80i=80 1.54=123.2cm。gj杆：整个gj杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力,其中设计内力n1=-113.1kn n2=42.1kn ； lox=0.8 x 210.5=168.4cm loy=l=210.5cm选用：2l 50x6 a=11.38 cm ix=1.51cm iy=2.48cm 由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得： ； n/ mm<215 n/ mm n/ mm

17、<215 n/ mm 满足要求；填板每个节间放两块l=68.5<80i=80 1.51=120.8cm。由于dg杆的内力小于gj杆的内力，所以可以选用相同的钢材2l 50x6。5.竖杆整个竖杆不改变截面，采用热轧等边角钢，设计内力最大的是ec、hd杆，利用hd杆进行截面验算：n=-81.2kn lox=268.1x 0.8=214.5cm loy=l=268.1cm；选用：2l50x6 a=11.38 cm ix=1.51cm iy=2.48cm 由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：； n/ mm<215 n/ mm 满足要求；填板每个节间放两块l=73

18、.3cm<80i=80 1.51=120.8cm。各杆截面选择见下表杆件名称杆件号计算长度/cm所用截面截面面积/计算应力/kn容许长细比填板数loxloy上弦gh150.5451.52l200x125x1275.821240.71501下弦de30015002l160x100x1260.111226.93502腹杆ab225.5225.52l140x90x1044.52457.21502bb1882352l70x821.33392.93502bd2042552l 75x1028.25333.31503dc2042552l70x616.32250.73503ef142.8178.52l

19、70x411.14110.11502hg151.6189.52l 50x47.79153.71502fg1941942l 70x718.85235.21502cf154.41932l 70x718.8551.11502gd228.82862l 50x47.7951.33503ec1762202l 40x57.5860.81502gj164.4205.52l 50x611.38108.31502dg205.5205.52l 50x611.3851.11502六、节点设计节点设计的任务是根据杆件间隙的要求和焊缝要求，画1/21/5比例尺节点图，以确定杆端切断点位置和节点板尺寸，并将结果抄入屋架施工

20、图中。由于所有焊缝尺寸已在附表中确定，一般节点可直接按此画图；只有下弦、上弦中央拼接节点和支座节点需作补充计算，如下：用e43型焊条进行节点焊接时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。最小焊缝长度不应小于。1 .下弦节点b：（1） 斜杆bb与节点的连接焊缝计算：n=444.72kn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=199.13mm，取200mm肢尖： +10=106.23mm，取110mm（2）斜杆db与节点的连接焊缝计算：n=361.455kn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=162.6mm，取170mm肢尖

21、： +10=74.55mm，取100mm（3）竖杆cb与节点板连接焊缝计算：n =54.11kn因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=4mm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 n=762.17-322.91=439.26kn，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背： +12=208.1mm，取210mm肢尖： +12=77.37mm，取80mm（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。如下图示： 节点板b尺寸 2 .上弦节点b 节点板

22、b尺寸（1）斜杆bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中bb杆计算相同。肢背：200mm 肢尖：110mm（2）斜杆ba与节点板连接焊缝计算，n=568.155kn。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和6mm。所需焊缝长度为肢背： +12=248.7，取250mm肢尖： +12=113.5，取120mm（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：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=61.1kn，焊脚尺寸为5mm所需槽焊缝长度为:+10=+10=49

23、.1mm ,取=50mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 n=596.62-0.0=596.62kn =100-25=75mm =596.62kn×75mm38.6025n设肢尖焊脚尺寸10mm，设需焊缝长度为500mm，则3 .屋脊节点j（1） 弦杆与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，需将拼接角钢的尖角消除，且截去垂直肢的一部分宽度。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。n=90.18kn，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为，取=70mm拼接角钢长度取270+5019

24、0mm（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，假定承受节点荷载上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。n=90.1815%13.53kn，设焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为200 mm，(3) 斜杆jd与节点板的连接焊缝计算：n=119.08kn设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=61.6，取70mm肢尖： +10=35.5，取40mm (4) 节点板尺寸：节点板j尺寸4 .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=823.01kn设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为，取=250mm拼接角钢长度不小于2250+50=550mm（2） 弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。n=823.0115%=123.45kn，设焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为200 mm，（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：n=81.17kn设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=45.82，取50mm肢尖：+10=24.49，取30mm（4）节点板尺寸：节点板e尺寸5 .端部支座节点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