21m跨厂房梯形钢屋架设计课程设计计算书

1、计算书题目：21m跨厂房梯形钢屋架设计姓名：学号： 班 级：(2)(2)1. 屋架形式及几何尺寸 (2)2. 屋架支撑布置 (3)(4)1. 荷载设计值 (4)2. 荷载组合 (4)6)五、杆件设计7)1. 上弦杆 (7)2. 下弦杆 （8）3. 斜腹杆“ Ba” （9）4. 竖杆“ Gg” （10）5. 各杆件的截面选择计算(10)六、节点设计(12)1. 下弦节点“c” (12)2. 上弦节点“B” (13)3. 屋脊节点“H” (15)4. 支座节点“a” (16)七、屋架施工图(19)附节点详图1-6 (20)某厂房总长度为90m，跨度为L=21m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距为6m。

2、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，厂房内桥式吊车为2 台 150/30t（中级工作制），锻锤为2 台 5t。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1.5m× 6.0m 预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）。荷载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L， L 为

3、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/m 2， 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0.8kN/m 2。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/m 2水泥砂浆找平层0.4kN/m 2保温层0.65kN/m 2一毡二油隔气层0.05kN/m2水泥砂浆找平层0.3kN/m 2预应力混凝土屋面板1.45kN/m21. 屋架形式及几何尺寸如下图1 所示：1 屋架形式及几何尺寸32. 屋架支撑布置如下图2 所示：LG5LG5LG5LG5

4、6000*15=9000000012G50G GC2 CCC5CG2G垂直支撑1-1CC3 GG3GG3 CC6 GG3GG3 CC3垂直支撑 2-27SC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 2 屋架支撑布置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0.35kN/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.荷载设计值永久荷载设计值：预应力

5、混凝土屋面板屋架及支撑自重21.45 1.35 1.95 7k5N /m22( 0.12 0.011 21) 1.35 0.474kN /m2三毡四油(上铺绿豆砂)防水层0.4 1.35 0.54kN / m2水泥砂浆找平层0.4 1.35 0.54kN / m2保温层0.65 1.35 0.8775kN /m2一毡二油隔汽层0.05 1.35 0.0 6 7k5N /m2水泥砂浆找平层0.3 1.35 0.405kN / m2可变荷载设计值： 屋面活荷载积灰荷载合计 4.862kN / m20.7 1.4 0.98 k N / m220.8 1.4 1.12 k N / m2合计 2.1 k

6、N / m22.荷载组合设计屋架时，应考虑以下3 种荷载组合：使用阶段荷载情况：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 (4.862 2.1) 1.5 6kN 62.66kN2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1 4.862 1.5 6kN 43.76kN半跨节点可变荷载：F2 2.1 1.5 6kN 18.9kN施工阶段荷载情况：( 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：F3 0.474 1.5 6kN 4.266kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4 (1.9575 0.98) 1.5 6kN 26.438kN屋架在上

7、述3 种荷载组合作用下的计算简图如下图3 所示：F/23 荷载组合作用下的计算简图由以下 图 4 得 F=1 时屋架各杆件的内力系数（F=1 作用于全跨、左半跨和右半跨）5 上弦杆截面图1121 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值21 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值4 屋架各杆件的内力系数1：杆件名称内力系数（F=1）第 1 种组合第 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3F1F1 1 F2 2F1 1 F2 3F3 1 F4 2F3 1 F4 3上 弦AB0.0000.0000.000000000BC， CD-7.472-5.310-2.162-

8、468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196DE， EF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FG， GH-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.199下 弦ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.906ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.02

9、3610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383斜 腹 杆Ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.47173.634363.930Dc-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.5

10、04-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47.024-98.502Fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070Hg0.7131.913-1.20044.67767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684竖 杆Aa-0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88

11、-15.352-2.133-31.33Cc， Ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66Gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表 1 屋架杆件内力组合表注： F =62.66kN， F1 =43.76kN ， F2 =18.9kN ， F3 =4.266kN ， F4 =26.438kN五、杆件设计腹杆最大内力N= -481.479kN，查表7.4，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。1. 上弦杆（图5）整个上弦采用等截面，按FG、 GH 杆件的最大内

12、力设计。N= -763.199kN= -763199N，上弦杆平面内计算长度l0x 150.75cm；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，平面外计算长度l0y 3 150.75cm 452.25cm 。因为 l0y 3l0x，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并，选用2L140 90 8，如下图 5 所示：设 70 ，查附表4.2得 0.751需要截面面积为：A N 763199 mm2 3278.2mm2f 0.751 310需要的回转半径为：ix l0x 150.75 cm 2.154cm70l0y 452.25icm 6.461cmy70根据需要的A、 ix、 i y查角钢规格表，选

13、用2L125 80 10，截面特征为：A 39.4cm2， ix=2.26cm， i y =6.11cm，按所选角钢进行验算：li0xx 1520.2.765 66.701500y452.2574.011 5 06.11满足长细比要求。由于yx，只需求y，查表得y 0.725， 于是N 763199222N /mm 267.2N /mm f 310N /mm ，yA 0.725 3940所选杆件满足要求。2. 下弦杆（图6）图 6 下弦杆截面图整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的“ eg” 杆 计算。Nmax 749.539kN749539N , l0x 300cm， l0y 1035cm所

14、需截面面积为：A N 749539 mm2 24.18cm2f 310选用 2L110 70 7，因为 l0xl0y，故选用不等肢角钢短肢相并。22A 24.6cm24.18cm ， ix =2.00cm， iy =5.39cmx l0x 300 1 503 50，x ix 2.000y1035 192.02350i y 5.3913满足长细比要求，故所选杆件满足要求。3. 斜腹杆“ Ba”（图7）图 7 斜腹杆“Ba”截面图杆件轴力N -481.479kN -481479N计算长度l0x l0y 253cm，因为l0x l0 y，故采用不等肢角钢长肢相并，使ix iy选用 2L100 63

15、10，则A 31.0cm2， ix=3.15cm， iy =2.72cm0x2533.1580.32，y0y2532.7293.01y =0.601，所选杆件满足要求。N yA4814790.601 310022 N /mm2 258.43N /mm22310N /mm2，4. 竖杆“Gg”（图8）图 8 竖杆“Gg”截面图N -62. 66k N- 62660， Nl0x 289 0.8cm 231.2cm ， l0y 289cm由于内力较小，故按150选择，所需的回转半径为：1 .54cml0x 231.2cm150l0y 289iycm 1.93cm150查型钢表，选择截面的回转半径较计

16、算的要略大些，故选用2L56 32A 668mm ， ix =1.75cm， iy =2.64cm15l0xix231.21.75132.1150l0y289 109.5150y iy 2.64xy，故只需求y 0.378，N xA62660222N / mm 24 8.2N / mm f 3 1 0N / mm ， 杆件满足要求。0.378 6685.其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，其计算结果见表2（在下一页）表2杆件截面选择表杆件计算内力/kN"Vv-截面规格截面 面积/ cn:计算长度/回转半径/5长细比容许长 细比稳定系数应力仃名称编号Qq444%)%上弦FG, GH

17、-763.1992L125« 80x1039,40150.75452252.266.1166.774,011500.725-26Z1ST弦然7495392L110x70x724.6300.01035.02.005.39150192.02350304.69斜腹杆Ba-481.4792L100x63x103 LOO253.0253.03.152.7280.3293,011500,601-258.43Be3635302L90x827.89209.04261.302.764.0975.7463.89350130.49De-276.2682L9Qx827.8922942286.402.764.

18、0983.0170.021500.552-17945De174.9472L5O*59.61229.12286.401.532.45149.75116.90350182.05Fe-98.5022L63X512.29249.92312.401542.96128.82105541500.2S8-278.29愿40,1902L63x512.2924992312401.942.96128.82105.541500.2SS-73.65-26.070Hg673572L63xS12.29271.2339.001.942.96139.79114.531500.250-9336-28.684竖杆Aa-31.332

19、L50x59 61199.00199.001.532.45130.0781.221500 2s3-115.20Cc-62,662L56x36.6S183,20229.001.752.64104.387,221500.414-22658Ee-62.662L56X36.6S207.20259.001.752.64118.0296311500.402-233.34-62.662L56x36.6S231.22S9.001.752.64132.1109.51500.378-248.159)c”肢背 : lw1k1N2 0.7hf ffw0.7 3639302 0.7 8 200mm 113.7mm六、节

20、点设计1) 下弦节点“图 9 下弦节点“c”详图1)腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算用 E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值为ffw 200N /mm2Bc 杆： 设 “ Bc” 杆的肢背和肢尖焊缝hf 8mm和 hf 6mm， 则所需的焊缝长度为：17考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加2hf，取为1 4 c。m肢尖 : l w2k2N2 0.7hf f fw0.3 3639302 0.7 6 200mm 64.99mm实际焊缝长度为计算长度加2hf，取为8cm。Dc 杆： 设 “ Dc” 杆的肢背和肢尖焊缝hf 8mm和 hf 6mm， 则所需的焊缝长度为：肢

21、背 : l w1k1N2 0.7h f ffw0.7 2762682 0.7 8 200mm 86.3mm考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加2hf，取为1 0c。m肢尖 : lw2k2N2 0.7hf f fw0.3 2762682 0.7 6 200mm 49.3mm实际焊缝长度为计算长度加2hf，取为6 cm。Cc 杆：由于“Cc”杆内力很小，故焊缝尺寸可按构造要求确定，取hf 5mm2）确定节点板尺寸根据上面求得的焊缝长度，按构造要求留出杆件间应有的间隙并考虑制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为260mm 350mm 。3）下弦杆与节点板间连

22、接焊缝的强度验算下弦与节点板连接的焊缝长度为250mm ，取hf 6mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N （610.559 - 256.906）kN353.653kN ， 对受力较大的肢背处焊缝进行强度验算：0.75 3536532 0.7 6 (350 12)2 N/mm93.42N / mm2ffw2200N /mm2，焊缝强度满足要求。2) 上弦节点“B” （ 图 10）图 10 上弦节点“B”详图1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算Bc 杆与节点板的连接焊缝尺寸和下弦节点“c” 相同。Ba 杆：肢背和肢尖焊缝分别采用hf 10mm和 hf 8mm，则所需的焊缝长度为：肢背 : l

23、w1k1N2 0.7hfffw0.7 481479 mm2 0.7 10 200120.4mm，取14cm肢尖 : lw2k2N2 0.7hf ffw0.3 481479mm2 0.7 8 20064.5mm，取8cm3) ) 确定节点板尺寸( 方法同下弦节点“c” )确定节点板尺寸为250mm 400mm 。4) ) 上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算应考虑节点荷载P和上弦相邻节间内力差N 的共同作用，并假定角钢肢背槽焊缝承受节点荷载P的作用，肢尖角焊缝承受相邻节间内力差N 及其产生的力矩作用。肢背槽焊缝强度验算：hf 0.5t (0.5 10)mm 5mm， lw1 lw2 (400 10

24、) mm 390mm,节点荷载，P=62.66kNw2 f f 200N /mmP6266022N /mm2 22.95N /mm22 0.7hf lw12 0.7 5 390肢尖角焊缝强度验算：弦杆内力差为N (468.196-0)kN 468.196kN ，轴力作用线至肢尖焊缝的偏心距为e 90 25mm 65mm，偏心力矩为M N e (468.496 0.065)kN m 30.452kN m，则 N N468496 N /mm2 171.61N /mm2 ffw 200N / mm2N 2 0.7hflw2 2 0.7 5 390fMWw22 N/mm2 85.80N /mm26M

25、6 30.452 10622 0.7hflw2 2 0.7 10 390285.802N ( M )2171.612 (85.80)2N /mm2 185.46N /mm2 ffw 200N /mm2N 1.221.22f满足强度要求。1-1图 11 屋脊节点“H ” 详图1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算方法与以上几个节点相同，计算过程略，结果见图11。2）确定节点板尺寸为：250mm 450mm3）计算拼接角钢长度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。接

26、头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。拼接角钢规格与上弦杆相同，长度取决于其与上弦杆连接焊缝要求，设焊缝hf 10mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）lwN763199 mm 136.3mm4 0.7hf ffw 4 0.7 10 200拼接角钢总长度，L (2 136.3 10 20)mm 302 .6mm，取300mm 。竖肢需切去(10 8 5)mm 23mm，取25mm， 并按上弦坡度热弯。上弦角钢肢背与节点板之间的槽焊缝承受节点荷载P ，焊缝强度验算同上弦节点“ B”，计算过程略。上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝强度按上弦内力的15% 验算。设hf 10mm，节点板长度为450mm ，节点

27、一侧焊缝的计算长度为lw (250 25 10 10)mm 205mm则f0.15N2 0.7hflw0.15 7631992 0.7 10 205N/mm2 39.89N /mm2MWw6M2 0.7hflw26 0.15 763199 6522 0.7 10 2052N /mm275.89N / mm231f2 ( f )239.892 ( 75.89)2 N / mm2 73.90N /mm2 ffw 200N / mm2f 1.221.22f焊缝强度满足要求。因屋架的跨度较大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半跨的上弦杆、斜腹杆和竖腹杆与节点板连接用工

28、厂焊缝，而右半跨的上弦杆、斜腹杆与节点板连接用工地焊缝。4.1）支座底板的计算图 12 支座节点“a”详图为了便于施焊，下弦杆轴线至支座底板的距离取160mm ， 在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度为12mm支座底板尺寸按采用280mm 360mm ，承受支座反力R 7F 7 62.66kN 438.62kN ， 若仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力作用，则承压面积为An 280 212mm 2 59360mm 2，则柱顶混凝土的抗43862059360压强度按下式验算：222N/mm 7.39N /mmfc 14.3N /mm式中，f c为混凝土强度设计值，对C30混凝土，fc 14.3N / mm2。底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的