钢屋架课程设计计算书

钢屋架课程设计计计计算书书姓名：戴治学号级：土木133304指导教师：刘智智智敏目录一、设计资料及及说明3二、屋架形式的的选定和结结构平面布布置3三、屋架荷载和和内力计算算5四、杆件设计9五、节点设计14一、设计资料及及及说明1．工程地点：：：北京，设设计计使用年年限：：50年2．工程规模：：：单层单跨跨封封闭式工工业厂厂房，长长度1120m，屋架铰铰支支于钢筋筋混凝凝土柱上上；屋屋架跨度244m；柱距6m；屋面离离地地面高度度约220m。室内正正常常环境，吊吊车车起重量200/5t，工工作制为A55，无较大大的的振动设设备。3．屋面作法：：：选用压型型钢钢板轻型屋屋面面；屋面面坡度度为1/100；无天窗窗。4．自然条件：：：基本风压压为为0.455kkN/mm2，基本雪雪压压为0.400kN//m22，积灰荷荷载载标准值0..50kkN//m2，地震设防防烈烈度为8度，基本本地震加加速度度为0.2gg。地面粗粗糙糙类别为B类。5．材料选用（1）屋架钢材材采采用《碳素素素结构钢钢》GGB/T7700--20006规定定的Q2355B。（2）焊条采用用《碳碳钢焊条条》GB/TT51117--19999中规定的E443型焊条条。（3）普通螺栓栓应应采用性能能能等级为4..6级C级螺栓。锚锚锚栓采用用《碳碳素结构构钢》GB/TT700--20066中规定的Q2235B级钢制成成。（4）角钢型号号按《热热轧等等边角钢钢尺寸寸、外形形、重重量及允允许偏偏差》GBB//T977877-199888和《热轧轧不等等边角钢钢尺寸寸、外形形、重重量及允允许偏偏差》GBB//T977888-199888选用。（5）混凝土为为CC25。6．结构及各组组组成构件形形式式（1）钢屋架：：梯梯形钢屋架架架（2）屋面板：：选选用轻型屋屋屋面板，材材料料可选择择夹芯芯板，选选用长长尺压型型钢板板、夹芯芯板时时可按图图集《压压型钢板板、夹夹芯板屋屋面及及墙体建建筑构构造》011JJ9255-11选用。（3）檩条及屋屋盖盖支撑：计计计算或从从相关关标准图图集中中选用。7．主要建筑构构构造做法及及建建筑设计计要求求按轻屋屋面计计算。二、屋架形式的的的选定和和结构构平面布布置1．屋架形式和和和几何尺寸寸由于，采用缓坡坡坡梯形屋屋架。屋架计算跨度：：：屋架端部高度取取取跨中高度：屋架高跨比，满满满足。屋架起拱度，取取取50mmm。为使屋架上弦节节节点受荷荷，腹腹杆采用用人字字式，上上弦节节点水平平间距距取1.5mm。屋架各各杆杆件几何何尺寸寸见图1。图1屋架的的的几何尺寸寸2．屋盖支撑布布布置根据车间长度11120米，跨跨度24米及荷荷载情况况，设设置四道道上、下下弦横向向水平平支撑。屋屋脊脊处与檐檐口位位置上、下下弦弦处分别别各设设一道系系杆。在在屋盖两两端开开间内的的屋脊脊处与两两端支支座处设设屋架架间的垂垂直支支撑。由由于有有吊车，所所以以设置下下弦纵纵向水平平支撑撑。图2屋架上上上弦支撑布布置置图3屋架下下下弦支撑布布置置34003400图4（a）屋架架1-11剖面垂直直支支撑布置置22152215图4（b）屋架架2-22剖面垂直直支支撑布置置三、屋架荷载和和和内力计计算1、荷载计算屋架和支撑重根根根据经验验公式式估算，取取，且因屋屋架架下弦无无其他他荷载，可可以以认为屋屋架和和支撑重重量全全部作用用于上上弦节点点。屋面活荷载与雪雪雪荷载不不同时时考虑，从从资资料可知知屋面面活荷载载为00.5kkN//m2大于雪荷荷载载0.4kkNN/m2，故取屋屋面面活荷载载。由由于是轻轻屋面面，需要要考虑虑风荷载载的影影响。屋面板选择轻型型型屋面板板，根根据《压压型钢钢板、夹夹芯板板屋面及及墙体体建筑构构造》011J9255-1图集集查询，选选择夹芯板板。先预估估算屋面板板的受力，恒恒荷载为00.3kNN/m2。活荷载载中屋面活活荷载为00.5kNN/m2，积灰荷荷载为0..5kN//m2，则活荷荷载标准值值为1.00kN/mm2。屋面板板所承受的的荷载设计计值为。板板型选为JJXB422-3333-10000，板厚厚s为60mmm，有效宽宽度10000mm，檩檩距取1..5m，支支撑条件为为简支，则则永久荷载：屋面板和檩条的的的自重屋架和支撑重共0.79kNNN/m2可变荷载：屋面活荷载积灰荷载共1.4kN///m22、檩条的设计计计：檩条选用实腹式式式檩条，截截面面形式选选用冷冷弯薄壁壁C型钢C25500X700X220X33.00，钢材钢钢号号：Q34455钢。拉拉条条设置：：设置置一道拉拉条，拉拉条作用用：约约束檩条条上翼翼缘。由由于设设置了一一道拉拉条，保保证了了檩条在在竖向向荷载的的作用用下的整整体稳稳定性，故故不不用验算算檩条条的整体体稳定定性。檩檩条计计算简图图如图图5。图5檩条计计计算简图檩条所受的竖向向向荷载：：屋面板和檩条自自自重：0..331kNN/m2可变荷载：1...4kNN/mm2则，按简支梁计算，两两个方向弯矩矩分别是：跨中正弯矩：支座负弯矩：檩条的受弯强度度度验算：：冷弯薄壁C型钢钢钢C2500XX70XX200X3..0的截面特特性性为：Ix=101133.011cmm4，Wnx=811..04ccm33，Wny=122..82ccm33，用Mx最大值及及其其同一截截面的的My进行计算算。所以，满足要求求求！檩条的挠度验算算算：由于设有拉条，只只验算垂直于于屋面坡度的的挠度即可。考虑荷载的组合合合系数，采采用用恒载+活载+0.99积灰荷载载的荷荷载标准准值组组合，则则，满足要求！3、荷载组合（1）全跨永久久荷荷载+全跨可变变荷荷载：全跨节点永久荷荷荷载及可可变荷荷载（2）全跨永久久荷荷载+半跨可变变荷荷载：全跨节点永久荷荷荷载：半跨节点可变荷荷荷载：（3）全跨屋架架包包括支撑+++半跨屋面面板板重和半半跨活活荷载：：全跨节点屋架和和和支撑自自重：：半跨节点屋面板板板重和活活荷载载：（4）竖向地震震作作用效应和和和其他荷荷载效效应组合合：全跨节点地震作作作用和其其他荷荷载效应应的组组合：（5）由于是轻轻屋屋面，考虑虑虑风吸力力的作作用：图6厂房体型型系数数风荷载标准值：：：考虑1.0恒恒恒荷载+11..4风荷荷载载（风吸吸力）的的荷载组组合，风风吸力结结果为为：由于风吸力数值值值为，说明明是是压力，且且小小于竖向向荷载载组合，可可以以忽略。工况（1）（222）为使用用荷荷载情况况，（3）为施工工阶段荷载载情况。4、内力计算桁架在上述四种种种荷载组组合作作用下的的计算算简图见见图77。图7荷载组组组合作用下下的的计算简简图采用软件，先计计计算桁架架各杆杆件的内内力系系数（作用用于于全跨、左左半半跨和右右半跨跨）。然然后求求出各种种荷载载情况下下的内内力进行行组合合，计算算结果果见下表表。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①左半跨②右半跨③++++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-13.48-9.008-4.772-265.7-209.3-156.0-140.1-101.6-114.3-265.7FG、GH-15.20555-9.139-4.72-299.7-223.3-164.5-148.8-106.3-128.9-299.7HK-14.72111-7.361-7.361-290.2-197.4-197.4-130.5-130.5-124.8-290.2下弦杆ac4.7093.4671.24292.877.249.151.931.639.992.8ce11.4807.9683.512226.3182.0125.9122.081.597.4226.3eq14.5919.3055.286287.6221.0170.3147.6111.1123.7287.6gk15.1238.4116.712298.1213.5192.1141.8126.3128.2298.1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-2.459-0.713-1.746-48.5-26.5-39.5-17.1-26.5-20.9-48.5Fg1.124-0.4411.56522.22.427.70.819.19.527.7gH0.0141.546-1.5310.319.6-19.214.1-13.90.119.6,-1119.22Hk-1.075-2.4631.388-21.2-38.79.8-27.08.0-9.19.8,-3888.7竖杆Aa-0.500-0.5000.000-9.9-9.9-3.6-6.7-2.2-4.2-9.9Cc、Ee、GGq-1.000-1.0000.000-19.7-19.7-7.1-13.4-4.3-8.5-19.7Kk1.9300.9650.96538.025.925.917.117.116.438.0支座反力862157.7注：，，，，，四、杆件设计1、上弦杆截面面面设计上弦杆的最大内内内力在FG、GH节间，最最大内力力为。上弦杆计算长度度度：在桁桁架平平面内，节节间间轴线长长度；；在桁架架平面面外，根根据支支撑布置置和内内力变化化，取取。图8上弦杆截面面因为，故截面选选选择两个个不等等肢角钢钢，短短肢相拼拼，如如图8所示。腹腹杆杆最大内内力，查查表可知知，节节点板厚厚度选选用8mm，支座节节点板厚厚度选选用10mm（8mm++2mm，支座节节点板比比其他他节点板板厚22mm）。设，，查表有。则需要的截面面面面积为：：相应回转半径：：：根据需要的，，，查角钢钢规规格表，选选用用（短肢相相距距8mm），参数数为：：，，验算：刚度要求满足！！！由于，查表有整体稳定性要求求求满足！！故所选截面合适适适2、下弦杆截面面面设计下弦杆均按最大大大内力设设计，归归并为一一种截截面。下弦杆的最大内内内力在gk节间，最最大内力力为NN=29988.1kkN==29981100NN下弦杆计算长度度度：在桁桁架平平面内，节节间间轴线长长度；；在桁架架平面面外，根根据支支撑布置置和内内力变化化，取取。因为，故故截面面选择两两个不不等肢角角钢，短短肢相拼拼，如如图9所示。图9下弦杆杆杆截面则需要的截面面面面积为：：选用，参数为：：：，，验算：刚度要求满足！！！3、斜杆截面设设设计（1）端斜杆aaBB截面设计计aB杆件的最大大内内力为N==-1774.6kkN==-17744600NN斜杆计算长度：：：在桁架架平面面内，节节间轴轴线长度度；在桁架架平平面外，。因因为，故截截面宜选选两个个不等肢肢角钢钢，长肢肢相并并，使。如如图10所示。图10端部部部斜杆截面面选用，参数为：：：，，按所选角钢进行行行验算：：刚度要求满足！！！由于，查表有整体稳定性要求求求满足！！（2）腹杆cDDcD杆件的最最最大内力力为NN=--1007.11kNN=--10071000NN斜杆计算长度：：：在桁架架平面面内，节节间轴轴线长度度；在在桁架平平面外外，。因为为，故截截面宜选选两个个等肢角角钢，使使。如图11所示。图11斜腹腹腹杆cD截面选用，参数为：：：，，按所选角钢进行行行验算：：刚度要求满足！！！由于，查表有整体稳定性要求求求满足！！4、竖杆Cc截截截面设计Cc杆件的最最最大内力力为NN=--199.7kNN==-1997700N斜杆计算长度：：：在桁架架平面面内，节节间轴轴线长度度；在在桁架平平面外外，。因为为，故截截面宜选选两个个等肢角角钢，使使。如图12所示。图12竖杆杆杆Cc截面选用，参数为：：：，，按所选角钢进行行行验算：：刚度要求满足！！！由于，查表有整体稳定性要求求求满足！！其余杆件的截面面面选择过过程类类同，计计算过过程不一一一列列出，杆杆件截截面选择择结果果如下表表。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）138715.843.4189.6138.1214.9斜杆aB-174.6275527552755（长肢相并）231823.321.6118.4128.9-0.393191.9Bc+135.427552204275569413.820.9159.2134.2--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,-38.7357928633579122919.428.2147.4130.00.317-99.4,8.0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）、3350（拉杆）5、垫板的截面面面选择为了保证两个角角角钢组成成的杆杆件共同同作用用，应在在两角角钢相并并肢之之间，每每隔一一定距离离设置置垫板，并并与与角钢焊焊住。垫垫板厚度度与节节点板相相同，为为8mm；宽度一一般取取50~880mmm，本设计计取60mm；长度应应比角角钢肢宽宽大15~220mmm，以便于于角钢钢焊接。垫垫板板间距在在受压压杆件中中不大大于40i，在受拉拉杆件件中不大大于80i（i为一个角角钢最最小回转转半径径）。在在杆件件的计算算长度度范围内内至少少设置两两块垫垫板，如如果只只在中央央设置置一块，则则垫垫板处剪剪力为为零而不不起作作用。各各杆件件的垫板板数量量如下表表。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）172725.187501004ak+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,-38.735792863122919.44700776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、下弦一般节节节点“c”如图13所示。图13下弦弦弦一般节点点“c”这类节点的设计计计步骤是是：先先根据腹腹杆的的内力计计算腹腹杆与节节点板板连接焊焊缝的的尺寸，然然后后再根据据的大小按按比例例绘出节节点板板的形状状和尺尺寸，最最后验验算下弦弦杆与与节点板板的连连接焊缝缝。“Bc”杆角钢钢的肢背背和肢肢尖：，则取，，则取，“cD”杆角钢钢的肢背背和肢肢尖：，则取，，则取，“Cc”杆的内内力很小小，焊焊缝尺寸寸可按按构造确确定，取取焊缝焊焊脚尺尺寸。根据上面求得的的的焊缝长长度，并并考虑杆杆件之之间应有有的间间隙以及及制作作和装配配等误误差，按按比例例绘出节节点详详图，从从而确确定节点点板尺尺寸为3440mm2250mmm。验算下弦杆与节节节点板连连接焊焊缝强度度：下下弦与节节点板板连接的的焊缝缝长度3440mm，hf=5mmm。焊缝缝所受的的力为左左右两两下弦杆杆的各各种组合合下最最大的内内力差差：受力较大的肢背背背处焊缝缝应力力为：焊缝强度满足要要要求。其余下弦节点计计计算见下下表：：节点放样焊缝说明c92.8226.3133.534043.3hf=5mmm肢尖焊缝的应力力力变小，定定能能满足要要求。e226.3287.661.329523.0g287.6298.110.52854.12、上弦一般节节节点“B”上弦一般节点如如如图14所示。“Bc”杆与节节点板的的焊缝缝尺寸与与节点点“c”相同。“aB”杆与节节点板的的焊缝缝尺寸按按上述述同样方方法计计算，则“aB”杆角钢的的肢肢背和肢肢尖：：，则取，，则取，为了便于在上弦弦弦上搁置置檩托托，节点点板的的上边缘缘可缩缩进上弦弦肢背背8mm。用用塞焊缝把把把上弦角角钢和和节点板板连接接起来。塞塞焊焊缝作为为两条条角焊缝缝计算算，焊缝缝强度度设计值值应乘乘以0.88的折减系系数。计计算时可可略去去桁架上上弦坡坡度的影影响，而而假定集集中荷荷载P与上弦垂垂直，节节点荷载载由塞塞焊缝承承受，上上弦两相相邻节节间内力力差由由角钢肢肢尖焊焊缝承受受。确定出节点板尺尺尺寸为240mmm2100mm。则上弦弦与节点点板焊缝缝长度度为240mmm。上弦肢肢背槽槽焊缝。验算焊缝的强度度度，上弦弦肢背背塞焊缝缝内的的应力为为：肢尖焊缝内的应应应力为：：焊缝强度满足要要要求。其余上弦节点计计计算见下下表：：节点放样焊缝说明B171.224012.4106.3133.2D94.522013.664.388.2F3419515.426.340.9H9.520514.67.010.33、下弦中央拼拼拼接节点（1）拼接角钢钢计计算因节点两侧下弦弦弦杆力相相等，故故用一侧侧杆力力计算。拼拼接角角钢采用用与下下弦相同同截面面，下弦的的焊缝缝焊脚尺尺寸，竖直直肢应切切去，节点点一侧与与下弦的的每条条焊缝所所需要要的计算算长度度为：拼接角钢需要的的的长度为为：，取（2）下弦与节节点点板的连接接接焊缝