21mi土木工程钢结构设计21m-总长90m梯形屋架(共15页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上5 钢结构课程设计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。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=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； 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Q345钢，焊条为E50型。3.屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：屋架及

2、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/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=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0.6kN/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 0.7kN/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形式及几何尺寸如图7.30所示。屋架支撑布置如图

3、7.31所示。 图7.30 屋架形式及几何尺寸3 荷载计算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 总计 4.929 可变荷载：屋面活荷载 积灰荷载 总计 1.82 设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：(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： （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：（3）全跨屋架包

4、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：半跨节点屋面板自重及活荷载：（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) (c) 屋架支撑布置如图7.31所示。 符号说明：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7.31 屋架支撑布置杆件名称内力系数（F=1）第1种组合F第2种组合第3种组合计算杆件内力（kN）全跨左半跨右半跨+上弦

5、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ab4.13.011.09249.034231.1798199.730297.07546.3102249.03bc9.7

6、446.6633.081591.85056541.38378482.71062217.7376123.0295591.85cd11.9627.3264.636726.57188650.6342606.572244.7293173.6057726.57dd'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.

7、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-1.572-0.047-1.525-95.48328-70.50378-94.71342-7.94883-47.0272-95.48Fd0.328-1.0391.36719.92272-2.4687436.94154-26.071937.54273

8、37.54dH0.7131.913-1.243.3076262.9636211.9726853.62138-28.686362.96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：=60.74kN；=44.36kN；=16.38kN；=4.26kN；=26.44kN。5 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=-7

9、39.810kN= -N， 上弦杆计算长度 cm在屋架平面外： 根据支撑布置和内力变化情况。因为，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，查附录中附表2.2得。需要截面积 需要得回转半径： 根据需要的A、查角钢规格表（附表6），选用，A=36.076，=2.59cm，=6.73cm，按所选角钢进行验算：，满足长细比的要求。由于，只需求。查表得。 所需截面合适。（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。 ，1035cm所需截面为选用，因为 ，故选用不等肢角钢短肢相并。

10、A=36.076>24.93，=2.59cm，=6.73cm， （3）端斜杆aB 杆件轴力 计算长度，因为，故采用不等肢角钢长肢相并，使。选用，则 ， ，因为，只求=0.645。 所需截面合适。（4） 竖杆Gd，l0x =289×0.8=231.2cm, l0y =289cm内力较小，按=150选择，需要的回转半径为： ix=l0x/=231.2/150=1.54cm iy=l0y/=289/150=1.93cm查型钢表，选截面的回转半径较计算的要略大些，选用256×5ix=1.72cm ，iy=2.69cm，A=1083mm2x= l0x/ ix=231.2/1.7

11、2=134.42150y= l0y/ iy=289/2.28=107.43150xy，只求x=0.368=N/xA=60740/(0.368×1083)=152.4 N/ mm2<310 N/ 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。应力（N/ mm2)267.0201.481.69259.5126.5108.9127.9138.0136.2197.839.08152.4148.1稳定系数y0.7680.645x0.3870.5140.7510.4110.3930.3680.346容许长细比15035015015035015015035015015

12、0350150150长细比y67.2153.878.786.0463.985.170.074.296.3102.8127107.4111.5x58.2115.8130.172.0875.7106.5103.8118.1120.5128.9163.3134.4139.8回转半径（cm）iy6.736.732.462.824.092.694.093.042.693.042.462.693.04ix2.592.591.533.512.761.722.761.941.721.941.531.722.94计算长度（cm）l0y452.31035199253261.3229286.4286.4259312

13、.4312.4289339 l0x150.8300159.2253209.0183.2229.1229.1207.2249.9249.9231.2271.2截面面积36.07636.0769.60627.88827.88810.8527.88812.28610.8512.2869.60610.8512.286截面规格140×90×8140×90×850×5110×70×890×856×590×863×556×563×550×556×563

14、5;5计算内力（kN）-739.81726.57-30.37-466.73352.78-60.74-267.8169.6-60.74-95.5-26.0737.54-60.74-28.7 62.96杆件编号FG、GHdeAaaBBbCbbDDcEccFFdGddH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)用焊条为E50型的抗拉，抗压，抗剪强度为fwf=200 N/ mm2。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：肢背:lw=0.7N/2hefwf=0.7×/（2×0.7×8

15、5;200）=102mm 取12cm肢尖:lw=0.3N/2hefwf=0.3×/（2×0.7×6×200）=58.2mm 取 7 cm设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：肢背: lw =0.7N/2hefwf=0.7×/（2×0.7×8×200）=83.7mm取10cm肢尖: lw=0.3N/2hefwf=0.3×/（2×0.7×6×200）=47.8mm取6cm“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm.。根据上面的计算结

16、果及相应的构件之间应有的制作和装配误差，确定节点板的尺寸为260 mm×350 mm.下弦与节点板的焊缝长度为250 mm，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f=0.75×/(2×0.7×6×(350-12)=90.6 N/ mm2<200 N/ mm2(2)上弦节点“B”(图 7.38)“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:lw=0.7N/2hefwf=0.65&

17、#215;/（2×0.7×10×200）=108.3mm 取13cm肢尖:lw=0.3N/2hefwf=0.35×/（2×0.7×8×200）=72.9mm 取 10cm为了便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=1/2×节点板厚度=1/2×10=5mm, hf=10mm上弦与节点板间焊缝长度为480mm

18、.=125.02N/ mm2 <0.8 fwf=0.8200=160 N/ mm2上弦肢尖角焊缝的剪应力为=21.83N/ mm2<200N/ mm2（3） 屋脊节点“H” 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削除，且截去垂直直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。街头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝hf=10mm，则所需焊缝计算长度为lw=/(4×0.7×10×200)=132.11mm拼接角钢的长度取460mm>2×132.11mm=264.22mm.

19、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，按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf=10，节点板长度为 45cm ，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=45/2-1-2=19.5cm ，焊缝应力为： 40.65N/ mm2= 100.06N/ mm2=91.54N/ mm2<200N/ mm2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”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