普通钢屋架设计计算书

1、/tnaT课程设计计算书学系院：建筑与土木工程学院别：土木工程系专业：土木工程课程：建筑钢结构设计设计内容：普通钢屋架学生姓名：鲁晓鹏学号:25320062205025指导老师:刘丽君2010年1月、设计资料某厂房跨度30m,总长90m,柱距6m,采用梯形钢屋架、1.5x6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400 x400,混凝土强度等级为C30,屋面坡度为i=1:10。地区计算温度高于-20C，无侵蚀性介质，抗震设防烈度为7度，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。永久荷载:三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找

2、平层保温层一毡二油隔气层水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板屋架及支撑自重：按经验公式悬挂管道：可变荷载：屋面活荷载标准值：雪荷载标准值：积灰荷载标准值：0.4KN/m0.4KN/m0.55KN/m0.05KN/m0.3KN/m1.4KN/mq=0.12+0.011L0.15KN/m0.7kN/m0.35kN/m1.0KN/m2222计算：0.45KN/m2222钢材采用桁架计算跨度：lo=30-20.15=29.7m跨中及端部高度：桁架中间高度：h=3.490m在29.7m处的两端高度：ho=2.005m在30m处轴线处端部高度：ho=1.990m桁架跨中起拱60mm（L/500）。结构形式

3、与布置桁架形式及几何尺寸如图1所示。器靈代W篇”為7曲篇no啣ctwGG巻溯*厂S常汨工IX律ITfr糞第當X厂1XLCrjG*1。u宀1m1XrPL1r*1u-)crj:_NCH=CC13-RLsssxclxc2兀二*xca_I.J-LLIOClGXxssXC2x.少口口口XC3J:Ti-M哥W合网2耳2、荷载计算由于i=1/10，则：a=5.71,cosa=0.995。计算竖向节点荷载时，按水平投影面计算。节点荷载即为1.5m*6m内的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（FW=0.12+0.011X跨度）计算，跨度单位为米。恒载计算：防水层（三毡四油）：预应力钢筋混凝

4、土大型屋面板:隔气层、找平层：保温层、找平层：屋架自重：2kN/m悬挂管道：2kN/m3.7164kN/m20.4/0.995=0.4021.4/0.995=1.4070.35/0.995=0.35180.95/0.995=0.95480.12+0.0110.15/0.995=0.1508以上合计:2kN/m2kN/m2kN/m2kN/mX30=0.45活载计算：0.7kN/m1.0kN/m屋面均布活荷载（上人屋面）积灰荷载：共1.7kN/m设计桁架应考虑以下三种组合：（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=（1.35X3.716+1.4X0.7X0

5、.7+1.4X0.9X1）X1.5X6=62.6634KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1,1=1.35X3.716X1.5X6=45.1494KN（按永久荷载为主的组合）F1,2=1.2X3.7164X1.5X6=10.7032KN（按可变荷载为主的组合）对结构有利时：F1,3=1.0X3.7164X1.5X6=33.4476KN半跨节点可变荷载设计值：F2,1=1.4X（0.7X0.7+0.9X1）X1.5X6=17.514KN（按永久荷载为主的组合）F2,2=1.4X（0.7+0.9X1）X1.5X6=20.16KN（按可变荷载为主的组合）（3）

6、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F3,1=1.2*0.45*1.5*6=4.86KN对结构有利时：F3,2=1.0*0.45*1.5*6=4.05KN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2*1.4+1.4*.0.5）*1.5*6=21.42Kn（1）,（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。屋架在上述三种荷载组合作用下的相关计算简图如图3所示：4.内力计算由电算先解得F=1的桁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1:6)(27

7、435)05)(57333*246)18(6121(621(568(5811(591424(632730(6(56(57530(5811(599W旳38*伙41入(60J(61、L(62(6/几（64332718(6121(6224(635(5716(25)8(5811(5914(60()55)(56警4屉無)30(63327(64“435)*33738诲(6图3桁架计算简图从上自下的顺序a,b,c分别是F=1作用于全跨、左半跨、右半跨的情况;表1桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数第一种组合i（1）第二种组合第二种何载计算杆件内力/KN全跨（1）左半跨（2）右半跨（3）印1)+F2存(2)印

8、1)F2J江(3+F3,严(1)F存(2)+F3,声（1）+F川上弦20000000003、7-11.17-8.09-3.08-466.91-466.916、14-17.91-12.34-5.57-748.64-748.6412、17-21.16-13.58-7.53-884.49-884.4919-22.01-12.85-9.15-920.02-920.0221、22-23.07-13.71-9.36-964.33-964.33下弦565.984.421.56249.96249.965714.9810.604.38626.16626.165819.7913.226.57827.22827.2

9、25922.0713.608.47922.53922.536020.7310.3610.36866.51866.51斜腹杆55-11.22-8.30-2.93-469.00-469.0088.966.332.63374.53374.535-7.43-4.90-2.53-310.57-310.5795.443.222.23227.39227.3911-4.15-1.99-2.16-173.47-173.47152.630.701.93109.93109.9316-2.31-0.11-2.20-96.56-50.59-71.66-13.58-58.35-71.66F1,1F2,1F1,1F2,1F

10、3,2F4F3,1F4-13.5818-0.62-1.961.35-25.92-38.030.33-45.0025.900.33F1,3F2,2F1,1F2,1F3,2F4F3,1F4-45.00251.673.70-2.0369.8191.3815.3186.02-36.7291.38F1,2F2,2F1,1F2,1F3,1F4F3,2F4-36.72263.395.02-1.62141.70123.2256.28121.26-20.97123.22F1,1F2,1F1,1F2,1F3,1F4F3,2F4-20.97241.571.250.3365.6365.6365.63竖杆1-0.50-

11、0.500-20.90-20.904、10-1.00-1.000-41.80-41.8013-0.24-0.510.27-21.32-21.32202327-0.74-2.380-1.09-1.8200.35-0.550-30.9399.480-30.9399.480注：F=62.6634KN;1=45.1494KN;Fi,2=10.7032KN;Fi,3=33.4476;F2,1=17.514;F2,2=20.16;F3,1=4.86;F3,2=4.05;F4=21.42.5.杆件设计(1)上弦杆整个上弦采用等截面，按21,22杆件之最大内力设计N=964.33kN=964330N上弦杆计算

12、长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：l0 x=150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：ly=3150.8cm=452.4cm因为loy=3l0 x，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图4腹杆最大内力N=469.00kN，查材料表9.6.4可得，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设，=60，查教材附录4得=0.807。需要截面积:A95557.9mm20.807汉215N/mm需要的回转半径:0 x150.08cm60二2.51cm,iyl0y452.4cm60二7.54cm2根据所需要的A、ix、iy查角钢规格表(附录8),选用2L180X110

13、X10,A=5675mm,ix=3.13cm,iy=8.71cm、bjt=180cm/12cm=15，按所选角钢进行验算:忙丿图4：上弦截面按所选角钢进行验算x=|0 x.ix=150.083.13=47.9,，y=|y讥=452.48.71=51.94满足长细比：订=150的要求。tb/t=180cm/12cm=150.56l0y/b=0.56X4524cm/180cm=14.07l2f2yzW1希58：H150截面x和y平面截属于b类，由于yzx,只需求;：y。查表得;：y=0.816N964.33汉10cccCKI/2C/ILKI/2208.2N/mm2：f=215N/mm2护xA0.8

14、16x5675所选截面合适。2、下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大内力计算，N59=922.53kN（拉力）计算长度屋架平面内取节间轴线长度l0 x=300cm屋架平面外根据支撑布置取l0y=1485cm计算需要净截面面积922.53103215二4290.84mm2=6.85cm选用2L140X90X10（短肢相并），见图5所示，A=44.52c怦，ix=2.561cm,i按所选角钢进行截面验算，取入=A。0yl0yiy0 x十益心订350=1485=217：=3506.85N922.53103A4452=207N/mm2：f-215N/mm2所选截面满足要求。3、斜杆截面计算端斜杆（55）

15、图6所示N=-469kN（压力）,lox=loy=l=253.5cm.因为lox=loy,故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix-iy选用2L140X90X10,见图6所示，A=44.522cm2,ix=4.47cm,iy=3.74cm图6斜杆55截面lx_253.5=56.71b2/t=9：0.48l0y/b2=0.482535mm/90mm=13.524“川罟rf?4mm（1药5話詰）1.09904cm4二75.32=150满足长细比：=150的要求。由于yzx，只求=0.7183N469103yA0.7184452=147N/mm2=215N/mm2所选截面合适。腹杆杆(25)-(26)图7

16、此杆在16节点处不断开，采用通长杆件;最大拉力：N26=123.22kN，另一端N25=91.38kN最大压力：N25=36.72kN，另一端N26=20.97kN在分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距:在桁架平面外的计算长度10y可求得：bx=230.1cmly=h（0.750.25也）=460.2cm（0.750.2520玺）410.85cmN136.72选用2L70X5，由教材附录8可得：2A=13.75cm,ix=2.16cm,iy=3.31cm,b/t=9l0 x230.1Cm.106.5：150ix2.16cmb/t=14：0.58/b=0.584537.5mm

17、/90mm=37.6444y-yd啤竽“45浮叫10.4757心l02yt233.1mm4537.52cm2厶彳卅）W2叽满足长细比：=150的要求。由于，yz，/x，只求:y=0.34532=77.4N/mm:2二215N/mm36.72100.3451375y拉应力：3N123.221032289.6N/mm:f=215N/mmA1375所选截面合适。图74、竖杆截面设计竖杆（20）截面计算，图8N=-30.93kN（压力），lx=0.81=0.8X319cm=255.2cml0y=l=319cm内力较小，按=150选择，需要的回转半径为：lox255.2cmly319cmox1.70cm

18、,iy丄2.13cm,150y150查型钢表，选截面的ix和iy较上述计算值略大些。选用2L63X5,得截面几何特性：A=12.286c,ix=1.94cm,iy=3.04cmb/t=63mm/5mm=12.6l0 x255ix_1.94b/t=12.6：0.58l0y/b=0.583190mm/63mm=29.37444./0.475b、3190mm“丄0.475汉yz=y(1(12222)08.09：=150l0yt30.4mm3190cm汉5cm满足长细比：=150的要求。由于yzx，只求=0.3813N30.931032172.56N/mm:f=215N/mmyA0.381x1228.

19、6r101厂Jx所选截面合适。图8边竖杆（1）截面设计如图9N=-20.90kN（压力），选用2L63X5,lx199lox=loy=l=1990mmA=12.286cm2,ix=1.94cm,iy=3.04cm=102.6J=150属于b类截面1.94ixl0yiy19965.5=150属于b类截面3.04满足长细比：=150的要求。图9由于x*y只需求出：min20.90103仝X，查轴心受压构件的稳定系数表,x=0.538rNCT=xA0.538勺228.6所选截面合适。竖杆（4）和杆（10）如图10=31.6N/mm2:f=215N/mm2N=-41.80kN(压力),l0 x=183

20、.2cm选用2L50X5,A=9.606cm2,ix=1.53cm,il18320 x=119.7九=150属于b类截面loy=229.0cmy=2.53cm0 xxix1.530y=y.ly229.02.53满足长细比：=150的要求。二92.55=150属于b类截面由于，xy只需求出：min=卩x，查轴心受压构件的稳定系数表，=0.439N4180032299.12N/mm2：f=215N/mm2护xA0.439x960.6所选截面合适。如图10竖杆（27）如图11N=OkN（拉力）,选用2L63X5,l314.1扎=一=i2.45loy=314.1cmA=12.286cm2,i=2.45

21、lox=314.1cm=128.2满足长细比：J-350的要求。所选截面合适。J-I、ior图11中竖杆（27）截面图其余各杆的界面选择计算过程不一一列出，现将计算结果列于表2中6.节点设计重点设计“1”、“5”、“18”、“13”、“17”五个典型节点，其余节点设计类同。下弦5节点（图12）各杆件的内力由表2查得：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连接焊缝的尺寸，即hf和lw。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值fW=160N/mm,实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。（1）设杆（8）

22、的肢背和肢尖焊缝分别hf为8mm和6mm，所需要的焊缝长度为：肢背lw0.7N20.7hfffw30.7374.5310丄,146mm，力口2hf=l6mm后取16cm20.78160肢尖Iw0.3N20.7hff0.337453103,4mm，加2hf=i2mm后取10cm20.76160(2)设(5)杆的肢背肢尖焊缝分别hf为8mm和6mm，所需要的焊缝长度为：30.7N0.7310.5710肢冃丨ww121mm，力口2hf=16mm后取14cm2x0.7hfff2x0.7x8x16030.3N0.3310.5710肢尖Iww69mm，力口2hf=12mm后取8cm2x0.7hf2x0.7

23、x6x160表2杆件截面选择表杆件杆内力kN计算长度cm截面形式及角钢规格截面积（c仃）回转半径长细比容许长细比稳定系数(T(N/m仃)lox|oyix(cm)iy(cm)人X扎yz上弦-964.33150.8452.4匚短肢相并L180X110X1056.753.138.7151.9458.461500.816208.2下弦922.5330006000匚短肢相并L140X90X1044.522.566.85117.1217350207斜腹杆(55)-469253.5253.5-长肢相并L140X90X1044.5224.473.7456.7175.321500.718146.7(8)374.

24、53208.6208.6L100X727.5923.094.5367.5157.57350135.7(5)-310.57229.5286.9L100X727.5923.094.5374.370.751500.724155.5(9)227.39228.7285.9L80X515.8242.483.7192.2277.06350143.7(11)-173.47250.3312.9L90X621.2742.794.1389.782.501500.623130.9(15)109.93249.5311.9L50X59.6061.532.53167123.3350114.4(16)-71.66271.63

25、39.5L80X515.8242.483.71109.5297.691500.49691.3(18)-450.33270.8338.5L63X512.2861.943.04139.6114.311500.347105.6(25)-36.7291.38230.1452.2L70X513.752.163.31106.5140.121500.34577.4(26)-20.97123.22230.1452.2L70X513.752.163.31106.5140.121500.34589.6(24)65.63166.3207.9L50X59.6061.532.53108.782.235068.32(23

26、)99.48127.6159.5L50X59.6061.532.5383.465.941500.665155.7竖杆(1)-20.9199199L63X512.2861.943.04102.665.51500.53831.6(4)-41.8183.2229.0L50X59.6061.532.53119.792.551500.43999.1(10)-41.8207.2259.0L63X512.2861.943.04106.889.001500.51266.8(13)-21.32231.2289L63X512.2861.943.04119.298.481500.44139.3(20)30.9325

27、5.2319.0L63X512.2861.943.04131.5108.091600.38166.1(27)0314.1314.1十字形2L63X512.286i=2.45128.22000.3450杆（4）的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件肢尖应有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360mx460mm斗1.82KN3LQ57KN?L140X90X10X46cm,hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力下节点与节点板连接的焊缝长度为差：N=626.16kN-249.56kN=376.6kN3=75.1N/m

28、m22X193.42mm=387mm下弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。下弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按下弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hf=iomm，节点板长度为472mm,节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=46cm/2-1cm-2m=20cm，焊缝应力为：tN=(0.15866.5氷03)/(2X).710X200mm)=46.62N/mm2,M322of=(0.15866.510X65mnX5)/(20.710mnX200)=75.4N/mm,v160kN/mm2zzc15下靜接节曲8屋脊节点“17”（图14）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，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除（如图14）并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接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（一条焊缝）=215.25mm964330N40.710mm160N/mm拼接角钢长度600mm2X215.23mm=431mm上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为472mm,节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=47.2cm/2-1cm-2m=20.6cm，焊缝应力为:tN=(