钢屋架课程设计计算书

钢结构A课程设计设计题目：车间厂房钢屋架设计学院：XXXXXXXXX学院专业：土木工程班级：082学生姓名：学号：XXXX大学XXXX系2011.6.27本科生课程设计任务书2010—2011学年夏季学期学生姓名：XX学号XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学院XXXXXXXX专业课程设计名称：钢结构A课程设计设计题目：XXXXXXXXX钢屋架设计完成期限：自2011年6月27日至2011年7月8日共2周设计依据：由于工业厂房跨度和柱距大、高度高，车间内设有工作繁忙和起重量大的起重运输设备和有强度的振动的生产设备，同时由于屋盖上的竖向荷载较小，采用钢屋架较为经济，因而工业厂房常采用钢屋架。设计内容和要求：一、建筑物基本条件：厂房建筑长度120m，檐口高度15m，厂房为单层单跨结构，内设有两台中级工作制桥式吊车，拟设计钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为C20。柱顶截面尺寸400mm×400mm。设计时不考虑抗震设防。屋架外形为梯形钢屋架，为无檩体系，采用1.5m×6m的预应力混凝土大型屋面板，屋面板与钢屋架采用三点焊接，跨度为27m，柱距6m。如图所示。屋架屋面做法及荷载取值（荷载标准值，均为水平投影值）：永久荷载：防水层（三毡四油绿豆砂）0.35kN/m2、找平层（20厚1:3水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/m2、泡沫混凝土保温层（40mm厚）0.25kN/m2、预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m2、钢屋架及支撑自重0.12＋0.011LkN/m2（L为跨度）。可变荷载：雪荷载0.6kN/m2、屋面活荷载0.70kN/m2、积灰荷载0.5kN/m2。二、设计要求要求每位同学利用所学知识及相关参考书、规范独立完成设计任务。设计工作任务及工作量的要求：1、计算书完成计算书一份，内容包括：（1）荷载取值（永久荷载、可变荷载）（2）选择钢材（3）焊接方法及焊条型号（4）绘制屋盖体系支撑布置图（5）荷载计算及各杆件内力组合（6）杆件截面设计：上弦杆、下弦杆、端斜杆、斜腹杆、端竖杆、竖杆（7）屋架节点设计：一般下弦节点、一般上弦节点、下弦跨中拼接点、屋脊节点、支座节点2、施工图（1）绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图一张。（2）图纸规格：2号图纸（420mm×594mm）。（3）图面内容：屋架索引图（图面左上角，比例尺取1:150）、屋架正面图（对称的半榀，轴线比例尺1:20~1:50）、上下弦杆俯视图、必要的剖面图（端竖杆、中竖杆、垂直支撑连接处）、屋架支座详图及零件详图、施工图说明、材料表（可附在计算书中）、标题栏。（4）作图要求：采用铅笔绘图，图面布置合理，文字规范，线条清楚，符合制图标准。主要参考文献：1、《钢结构设计规范》（GB50017－2001）2、《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）3、《建筑结构制图标准》（GB／T50105－2001）4、《钢结构－原理与设计》中国建筑工业出版社设计成果形式及要求：计算书一份，施工图一张。工作计划及进度：1、支撑布置、内力计算及荷载组合2天2、截面及节点设计3天3、绘制施工图3天4、计算书整理与施工图修正1天5、课程设计答辩1天指导教师（签字）：系主任（签字）：批准日期：2011年6月25日一．荷载与内力计算1．荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，故取较大的活荷载计算。永久荷载标准值防水层0.35找平层0.4保温层0.25大型屋面板1.4钢屋架和支撑自重0.12×0.011×27=0.42总计2.82可变荷载标准值屋面活荷载0.7积灰荷载0.5总计1.2永久荷载设计值1.2×2.82=3.38可变荷载设计值1.4×1.2=1.682．荷载组合设计屋架时，应考虑一下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(3.38+1.68)×1.5×6=45.54组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=3.38×1.5×6=30.42P2=1.68×1.5×6=15.12组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载P3=0.42×1.2×1.5×6=4.54P4=（1.4×1.2+0.7×1.4）×1.5×6=23.94二．杆件截面设计腹杆最大内力，N=457.68kN（压），由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度 取12mm；其余节点板与垫板厚度取10mm。1．上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=872.81(压)计算长度屋架平面内取节间轴线长度屋架平面外根据支撑和内力变化取（三点焊接）因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且断肢相并设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径根据需要的、、查角钢型钢表，选用2∠149×90×12，，，。按所选角钢进行验算满足允许长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受力稳定系数表，，所选截面合适。2．下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，(拉)计算长度：屋架平面内取节间轴线长度屋架平面外根据支撑取需要净截面面积选用2∟140×90×10（断肢相并），，。按所选角钢进行截面验算，取(若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响)所选截面满足要求。3．端斜杆aB已知(压)，因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟125×80×8，，。截面验算所选截面满足要求。4．斜杆Bb已知(拉)，采用等肢角钢，选用2∟100×7，A=2759.2验算：所选截面满足要求。5．斜杆Db已知(拉)，采用等肢角钢，选用2∟80×5，A=1582.4验算：所选截面满足要求。6．斜杆Dc已知(拉)，采用等肢角钢，选用2∟80×5，A=1582.4验算：所选截面满足要求。7．斜杆Ef已知(拉)，采用等肢角钢，选用2∟80×5，A=1582.4验算：所选截面满足要求。8．斜杆Hg已知(拉)，采用等肢角钢，选用2∟80×5，A=1582.4验算：所选截面满足要求。9．斜杆cf已知(拉)，采用等肢角钢，选用2∟80×5，A=1582.4验算：所选截面满足要求。10．斜杆Ff已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。11．斜杆Gf已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。12．斜杆Gd已知(压)或（拉），采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟100×7，，。截面验算所选截面满足要求。13．竖杆Jg已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。14．竖杆gd已知(压)或（拉），采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。15．斜杆Kg已知(压)或（拉），采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。16．竖杆Aa已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。17．竖杆Cb已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟80×5，，。截面验算所选截面满足要求。18．竖杆Ec已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟100×7，，。截面验算所选截面满足要求。19．竖杆Hd已知(压)，采用等肢角钢，设，查轴心受力稳定系数表，需要截面面积需要回转半径选用2∟100×7，，。截面验算所选截面满足要求。20．中竖杆Ke已知，选用十字形截面2∟80×5见图截面验算所选截面满足要求。三．结点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值各杆内力由表格查得。最小焊缝长度不应小于。1．上弦节点A(见图)（1）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=22.77kN所需槽焊缝长度为取肢尖N=0kN按构造设置焊缝设焊脚尺寸为，焊缝长度（2）竖杆Aa与节点板连接焊缝计算：N=22.77kN按构造设置焊缝设焊脚尺寸为，焊缝长度2．上弦节点B(见图)（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。（2）斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为10mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差偏心距设肢尖焊角尺寸8mm。需焊缝长度为410mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。3．上弦节点C(见图)（1）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差按构设置焊缝（2）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算。N=45.54kN按构造设置焊缝（3）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。4．上弦节点D(见图)（1）斜杆Db与节点板连接焊缝计算，设肢背与肢间的焊脚尺寸分别为10mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（2）斜杆Dc与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差偏心距设肢尖焊角尺寸8mm。需焊缝长度为310mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。5.上弦节点E(见图)（1）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差按构设置焊缝（2）竖杆Ec与节点板连接焊缝计算。N=68.31kN按构造设置焊缝（3）斜杆Ef与节点板连接焊缝计算：按构设置焊缝（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。6．上弦节点F(见图)（1）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差按构设置焊缝（2）竖杆Ff与节点板连接焊缝计算。N=45.54kN按构造设置焊缝（3）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。7．上弦节点G(见图)（1）斜杆Gf与节点板连接焊缝计算，设肢背与肢间的焊脚尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（2）斜杆Gd与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差偏心距设肢尖焊角尺寸6mm。需焊缝长度为310mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。8.上弦节点H(见图)（1）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差按构设置焊缝（2）竖杆Hd与节点板连接焊缝计算。N=68.31kN按构造设置焊缝（3）斜杆Hg点板连接焊缝计算：按构设置焊缝（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。9.上弦节点J(见图)（1）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算式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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=45.54kN所需槽焊缝长度为取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差按构设置焊缝（2）竖杆Jg点板连接焊缝计算。N=-45.54kN按构造设置焊缝（3）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。10.屋脊节点K(见图)（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，便于施焊，需将拼接角刚进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设肢尖、肢背焊角尺寸为8mm。则需要焊缝长度为取拼接角钢长度取2×250+50=550mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦内力的15%计算。，设焊角尺寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为：200mm（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=0kN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸，焊缝长度。11．下弦节点b（见图）（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（2）斜杆Db与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（3）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差为设肢背与肢间的喊叫尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件肢尖应有的间隙和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。12.下弦节点c（见图）（1）斜杆Dc与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（2）斜杆cf与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（3）竖杆Ec与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差为设肢背与肢间的喊叫尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件肢尖应有的间隙和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。13下弦节点d（见图）（1）斜杆Gd与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度（2）斜杆dg与节点板连接焊缝计算：设肢背与肢间的喊叫尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为：肢背，取肢尖，取（3）竖杆Hd与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差为因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸焊缝长度（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件肢尖应有的间隙和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。14.下弦跨中节点e（见图）（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递弦杆内力N=810.93Kn设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm。则需焊缝长度为取拼接角钢长度不小于2×240+10=490mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算，按下弦内力的15%计算。设焊肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背，取肢尖，按构造要求。（3）腹杆与节点板连接焊缝计算，计算过程省略（内力较小可按构造要求设计）。15.端部支座节点a（见图）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板间的距离一般不应小于下弦伸出肢的宽度，故可取为16