钢屋架课程设计计算书（word20页）

1、钢屋架课程设计计算书姓名：戴治学号：13274026班级：土木1304指导教师：刘智敏目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc455909322 一、设计资料及说明 PAGEREF _Toc455909322 h 3 HYPERLINK l _Toc455909323 二、屋架形式的选定和结构平面布置 PAGEREF _Toc455909323 h 3 HYPERLINK l _Toc455909324 三、屋架荷载和内力计算 PAGEREF _Toc455909324 h 5 HYPERLINK l _Toc455909325 四、杆件设计 PAGEREF _T

2、oc455909325 h 9 HYPERLINK l _Toc455909326 五、节点设计 PAGEREF _Toc455909326 h 14一、设计资料及说明1工程地点：北京，设计使用年限：50年2工程规模：单层单跨封闭式工业厂房，长度120m，屋架铰支于钢筋混凝土柱上；屋架跨度24m；柱距6m；屋面离地面高度约20m。室内正常环境，吊车起重量20/5t，工作制为A5，无较大的振动设备。3屋面作法：选用压型钢板轻型屋面；屋面坡度为1/10；无天窗。4自然条件：基本风压为0.45kN/m2，基本雪压为0.40kN/m2，积灰荷载标准值0.50kN/m2，地震设防烈度为8 度，基本地震加

3、速度为0.2g。地面粗糙类别为B 类。5材料选用（1）屋架钢材采用碳素结构钢GB/ T700-2006 规定的Q235B。（2）焊条采用碳钢焊条GB/T5117-1999 中规定的E43 型焊条。（3）普通螺栓应采用性能等级为4.6 级C 级螺栓。锚栓采用碳素结构钢GB/T700-2006 中规定的Q235B 级钢制成。（4）角钢型号按热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB/T9787-1988和热轧不等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB/T9788-1988选用。（5）混凝土为C25。6结构及各组成构件形式（1）钢屋架：梯形钢屋架（2）屋面板：选用轻型屋面板，材料可选择夹芯板，选用长尺

4、压型钢板、夹芯板时可按图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1 选用。（3）檩条及屋盖支撑：计算或从相关标准图集中选用。7主要建筑构造做法及建筑设计要求按轻屋面计算。二、屋架形式的选定和结构平面布置 1屋架形式和几何尺寸由于，采用缓坡梯形屋架。屋架计算跨度：屋架端部高度取跨中高度：屋架高跨比，满足。屋架起拱度，取50mm。为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，上弦节点水平间距取1.5m。屋架各杆件几何尺寸见图1。图1 屋架的几何尺寸2屋盖支撑布置根据车间长度120 米，跨度24 米及荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。屋脊处与檐口位置上、下弦处分别各设一道系杆。在屋盖两端开间

5、内的屋脊处与两端支座处设屋架间的垂直支撑。由于有吊车，所以设置下弦纵向水平支撑。图2 屋架上弦支撑布置图3 屋架下弦支撑布置3400图4（a） 屋架1-1剖面垂直支撑布置2215图4（b） 屋架2-2剖面垂直支撑布置三、屋架荷载和内力计算1、荷载计算屋架和支撑重根据经验公式估算，取 ，且因屋架下弦无其他荷载，可以认为屋架和支撑重量全部作用于上弦节点。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，从资料可知屋面活荷载为0.5kN/m2 大于雪荷载0.4kN/m2，故取屋面活荷载。由于是轻屋面，需要考虑风荷载的影响。 屋面板选择轻型屋面板，根据压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1图集查询，选择夹芯板

6、。先预估算屋面板的受力，恒荷载为0.3kN/m2。活荷载中屋面活荷载为0.5kN/m2，积灰荷载为0.5kN/m2，则活荷载标准值为1.0kN/m2。屋面板所承受的荷载设计值为。板型选为JXB42-333-1000，板厚s为60mm，有效宽度1000mm，檩距取1.5m，支撑条件为简支，则永久荷载：屋面板和檩条的自重 屋架和支撑重 共0.79kN/m2可变荷载：屋面活荷载 积灰荷载 共1.4kN/m22、檩条的设计： 檩条选用实腹式檩条，截面形式选用冷弯薄壁C 型钢C250X70X20X3.0，钢材钢号：Q345 钢。拉条设置：设置一道拉条，拉条作用：约束檩条上翼缘。由于设置了一道拉条，保证了

7、檩条在竖向荷载的作用下的整体稳定性，故不用验算檩条的整体稳定性。檩条计算简图如图5。 图5 檩条计算简图檩条所受的竖向荷载：屋面板和檩条自重：0.31kN/m2可变荷载：1.4kN/m2则，按简支梁计算，两个方向弯矩分别是：跨中正弯矩：支座负弯矩：檩条的受弯强度验算：冷弯薄壁C型钢C250X70X20X3.0 的截面特性为：Ix=1013.01cm4，Wnx=81.04cm3， Wny=12.82cm3，用Mx最大值及其同一截面的My进行计算。所以，满足要求！檩条的挠度验算：由于设有拉条，只验算垂直于屋面坡度的挠度即可。考虑荷载的组合系数，采用恒载+活载+0.9积灰荷载的荷载标准值组合，则，满

8、足要求！3、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）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板重和半跨活荷载：全跨节点屋架和支撑自重：半跨节点屋面板重和活荷载：（4）竖向地震作用效应和其他荷载效应组合：全跨节点地震作用和其他荷载效应的组合： （5）由于是轻屋面，考虑风吸力的作用： 图6 厂房体型系数风荷载标准值：考虑1.0 恒荷载+1.4 风荷载（风吸力）的荷载组合，风吸力结果为： 由于风吸力数值为，说明是压力，且小于竖向荷载组合，可以忽略。工况（1）（2）为使用荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。4、内

9、力计算桁架在上述四种荷载组合作用下的计算简图见图7。 图7 荷载组合作用下的计算简图采用软件，先计算桁架各杆件的内力系数（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，计算结果见下表。杆件名称内力系数（）第一种组合第二种组合第三种组合第四种组合计算杆件内力（）全跨左半跨右半跨+上弦杆AB0000.00.00.00.00.00.00BC、CD-8.684-6.221-2.463-171.2-140.1-92.8-94.1-59.9-73.6-171.2DE、EF-13.48-9.008-4.772-265.7-209.3-156.0-140.1-101.6-114.3-26

10、5.7FG、GH-15.205-9.139-4.472-299.7-223.3-164.5-148.8-106.3-128.9-299.7HK-14.721-7.361-7.361-290.2-197.4-197.4-130.5-130.5-124.8-290.2下弦杆ac4.7093.4671.24292.877.249.151.931.639.992.8ce11.4807.9683.512226.3182.0125.9122.081.597.4226.3eq14.5919.3055.286287.6221.0170.3147.6111.1123.7287.6gk15.1238.4116.7

11、12298.1213.5192.1141.8126.3128.2298.1斜腹杆aB-8.856-6.521-2.335-174.6-145.1-92.4-97.5-59.5-75.1-174.6Bc6.8724.7592.113135.4108.875.572.948.958.3135.4cD-5.436-3.404-2.032-107.1-81.5-64.3-54.4-42.0-46.1-107.1De3.7041.9061.79773.050.449.033.332.331.473.0eF-2.459-0.713-1.746-48.5-26.5-39.5-17.1-26.5-20.9-4

12、8.5Fg1.124-0.4411.56522.22.427.70.819.19.527.7gH0.0141.546-1.5310.319.6-19.214.1-13.90.119.6,-19.2Hk-1.075-2.4631.388-21.2-38.79.8-27.08.0-9.19.8,-38.7竖杆Aa-0.500-0.5000.000-9.9-9.9-3.6-6.7-2.2-4.2-9.9Cc、Ee、Gq-1.000-1.0000.000-19.7-19.7-7.1-13.4-4.3-8.5-19.7Kk1.9300.9650.96538.025.925.917.117.116.438

13、.0支座反力862157.7注：，四、杆件设计1、上弦杆截面设计上弦杆的最大内力在FG、GH 节间，最大内力为。上弦杆计算长度：在桁架平面内，节间轴线长度；在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化，取。图8 上弦杆截面因为，故截面选择两个不等肢角钢，短肢相拼，如图8所示。腹杆最大内力，查表可知，节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度选用10mm（8mm+2mm，支座节点板比其他节点板厚2mm）。设，查表有。则需要的截面面积为：相应回转半径：根据需要的，查角钢规格表，选用（短肢相距8mm），参数为：，验算：刚度要求满足！由于，查表有整体稳定性要求满足！故所选截面合适2、下弦杆截面设计下弦杆均按最大内力

14、设计，归并为一种截面。 下弦杆的最大内力在gk节间，最大内力为N= 298.1kN= 298100N下弦杆计算长度：在桁架平面内，节间轴线长度；在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化，取。因为，故截面选择两个不等肢角钢，短肢相拼，如图9所示。 图9 下弦杆截面则需要的截面面积为：选用，参数为：，验算：刚度要求满足！3、斜杆截面设计（1）端斜杆aB截面设计aB杆件的最大内力为N= -174.6kN= -174600N斜杆计算长度：在桁架平面内，节间轴线长度；在桁架平面外，。因为，故截面宜选两个不等肢角钢，长肢相并，使。如图10 所示。 图10 端部斜杆截面选用，参数为：，按所选角钢进行验算：刚度要

15、求满足！由于，查表有整体稳定性要求满足！（2）腹杆cDcD 杆件的最大内力为N= -107.1kN= -107100N斜杆计算长度：在桁架平面内，节间轴线长度；在桁架平面外，。因为，故截面宜选两个等肢角钢，使。如图11 所示。 图11 斜腹杆cD截面选用，参数为：，按所选角钢进行验算：刚度要求满足！由于，查表有整体稳定性要求满足！4、竖杆Cc截面设计Cc 杆件的最大内力为N= -19.7kN= -19700N斜杆计算长度：在桁架平面内，节间轴线长度；在桁架平面外，。因为，故截面宜选两个等肢角钢，使。如图12 所示。 图12 竖杆Cc截面选用，参数为：，按所选角钢进行验算：刚度要求满足！由于，查

16、表有整体稳定性要求满足！其余杆件的截面选择过程类同，计算过程不一一列出，杆件截面选择结果如下表。 杆件内力设计值/几何长度/计算长度/截面截面面积A/回转半径/长细比稳定系数应力设计值弦杆AK-299.7150715074521（短肢相并）172725.175.3585.293.8-0.596199.97ak+298.1300030006000（短肢相并）138715.843.4189.6138.1-214.9斜杆aB-174.6275527552755（长肢相并）231823.321.6118.4128.9-0.393191.9Bc+135.427552204275569413.820.91

17、59.2134.2-195.2cD-107.1304524363045122919.428.2125.4111.60.409-213.0De+73.030452436304569413.820.9175.9147.9-105.2eF-48.5330926473309122919.428.2136.3120.70.360-109.7Fg+27.733092647330969413.820.9191.2160.4-39.9gH19.6, -19.2357928633579122919.428.2147.4130.00.317-49.3,16.0Hk9.8, -38.7357928633579122

18、919.428.2147.4130.00.317-99.4,8.0竖杆Aa-9.9221522152215668.617.524.9126.998.20.402-36.8Cc-19.7250020002500668.617.524.9114.6108.60.466-63.2Ee-19.7280022402800668.617.524.9128.3119.70.395-74.5Gg-19.7310024803100668.617.524.9142.0131.00.337-87.5Kk38.0340027203400668.617.524.9155.8142.5-56.8 注：；（压杆）、350（

19、拉杆）5、垫板的截面选择为了保证两个角钢组成的杆件共同作用，应在两角钢相并肢之间，每隔一定距离设置垫板，并与角钢焊住。垫板厚度与节点板相同，为8mm；宽度一般取5080mm，本设计取60mm；长度应比角钢肢宽大1520mm，以便于角钢焊接。垫板间距在受压杆件中不大于40i ，在受拉杆件中不大于80i（i为一个角钢最小回转半径）。在杆件的计算长度范围内至少设置两块垫板，如果只在中央设置一块，则垫板处剪力为零而不起作用。各杆件的垫板数量如下表。杆件内力设计值/几何长度/计算长度/截面截面面积A/最小回转半径/垫板的数量垫板的间距/垫板允许间距弦杆AK-299.715071507（短肢相并）1727

20、25.187501004ak+298.130003000（短肢相并）138715.8415001264斜杆aB-174.627552755（长肢相并）231821.62500864Bc+135.42755220469413.828001104cD-107.130452436122919.43600776De+73.03045243669413.828001104eF-48.533092647122919.43600776Fg+27.73309264769413.838001104gH19.6,-19.235792863122919.44700776Hk9.8,-38.7357928631229

21、19.44700776竖杆Aa-9.922152215668.617.52500700Cc-19.725002000668.617.53500700Ee-19.728002240668.617.53550700Gg-19.731002480668.617.53600700Kk+38.034002720668.617.555001400五、节点设计1、下弦一般节点“c”如图13所示。图13 下弦一般节点“c”这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，然后再根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。“Bc”杆角钢的肢背和肢尖：，则取，则取

22、，“cD”杆角钢的肢背和肢尖：，则取，则取，“Cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊缝焊脚尺寸。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以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340mm250mm。验算下弦杆与节点板连接焊缝强度：下弦与节点板连接的焊缝长度340mm，hf =5mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的各种组合下最大的内力差：受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。其余下弦节点计算见下表：节点放样焊缝说明c92.8226.3133.534043.3hf =5mm肢尖焊缝的应力变小，定能满足要求。e226.3287.661.329523.0g2

23、87.6298.110.52854.12、上弦一般节点“B”上弦一般节点如图14所示。 “Bc”杆与节点板的焊缝尺寸与节点“c”相同。 “aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算，则“aB”杆角钢的肢背和肢尖：，则取，则取，为了便于在上弦上搁置檩托，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。塞焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直，节点荷载由塞焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受。 确定出节点板尺寸为240mm210mm。则上弦与节点板焊缝长度为240mm。上弦肢背槽焊缝。验算焊缝的强度，上弦肢背塞焊缝内的应力为：肢尖焊缝内的应力为：焊缝强度满足要求。其余上弦节点计算见下表：节点放样焊缝说明B171.224012.4106.3133.2D94.522013.664.388.2F3419515.426.340.9H9.520514.67.010.33、下弦中央拼接节点（1）拼接角钢计算因节点两侧下弦杆力相等，故用一侧杆力计算。拼接角钢采用与下弦相同截面，下