钢结构计算书

设计题目：梯形钢屋架设计资料某工业厂房（上海市）：梯形钢屋架跨度为21m，长度90m，柱距7.5m，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度i=1:20,有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m，柱截面尺寸为400×400mm。不考虑灰荷载。屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值按0.40计算。基本雪压取0.4，基本风压取0.45。屋架计算跨度：跨中及端部高度：采用缓坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度，屋架中间的高度h=2.515m则屋架在20.7m处，两端的高度为。三、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示根据厂房长度90m、跨度及荷载情况，设置四道道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格和中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载，在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设置一道×垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。桁架上弦支撑布置图桁架下弦支撑布置图垂直支撑2—2梯形钢屋架支撑布置图SC—上弦支撑；XC—下弦支撑：CC—垂直支撑；GG—刚性系杆；LG—柔性系杆四、荷载计算及内力组合1.荷载计算屋面活荷载为0.6，雪荷载为0.4,计算时取两者最大值。故取屋面活荷载0.6进行计算。风荷载：基本风压为0.45，查表可知，风压高度变化系数为1.0，当屋面夹角α（2.86°）小于15°时，迎风坡面体形系数为-0.6，背风坡面体形系数为-0.5，风载为吸力，起卸载作用，所以负风的设计值（垂直屋面）为

迎风面：=1.4×0.6×1.00×0.45＝0.378

背风面：=1.4×.0.5×1.00×0.45＝0.315对于轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，腹杆中的内力可能变号，必须考虑风荷载组合，但此处风荷载小于永久荷载，可不考虑风荷载的组合。（因为均小于屋面永久荷载0.65（荷载分项系数取1.0），由此可见，风吸力较小）而且在截面选择时，对内力可能变号的腹杆，不论在荷载作用下是拉杆还是压杆，均控制其长细比不大于150。设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。荷载计算表1.全跨永久荷载＋全跨可变荷载全跨永久荷载及可变荷载：kN2.全跨永久荷载＋半跨可变荷载：全跨节点永久荷载：kN 半跨节点可变荷载kN3.全跨屋架（包括支撑）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重kN半跨节点屋面板自重及屋面活荷载kN左跨内力图和右跨内力图全跨内力图内力表五、杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面，按EF杆件的最大设计内力设计，即上弦杆计算长度在屋架平面内：为节间轴线长度，即在屋架平面外，本屋架为有檩体系，且认为檩条与支撑的交叉点不连接，根据布置和内力情况，取为支撑之间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢短肢相拼，腹杆最大内力，查表2.8，节点板，支座节点板厚度假定，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形和十字形截面属于b类），则需要的截面积为：需要的回转半径：根据需要A,，查角钢规格表，选用2∟，肢背距离6mm，则：，，按所选角钢进行验算：满足长细比的要求。因为，所以由于，只需要求。查表，则故所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆件计算。，（因跨中有通长系杆），所需截面积为选用2∟，因为，故用不等肢角钢，短肢相并，肢背间距6mm，，，因为，所以，满足要求。端斜杆aB杆件轴力：计算长度：假设假定，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形和十字形截面属于b类），则需要的截面积为：需要的回转半径：根据需要A,，查角钢规格表，选用2∟，肢背间距6mm，则，，因为，所以因为，只需求，查表得，则，截面合适。4.斜腹杆Fd最大拉力最大压力计算长度在屋架平面内在屋架平面外选用2∟，肢背间距6mm，查角钢规格表得，，b/t=70/4=17.5≤0.58/b=0.58×2996/70=24.8因为，只需求，查表得，则压应力：拉应力：5.竖杆cE计算长度：，由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半径为查型钢表，选用2∟，肢背间距8mm，其几何尺寸为，，因为＜，所以又因为，只需求，查表得，则6.斜腹杆Bb最大拉力计算长度在屋架平面内在屋架平面外选用2∟，肢背间距6mm，查角钢规格表得，，b/t=80/5=16≤0.58/b=0.58×2719/80=19.7因为，只需求，查表得，则六、节点设计1.下弦节点b各杆件的内力由表查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状的尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：，取。肢尖：，取。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为肢背：，取。肢尖：，取。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙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下弦与节点板连接的焊缝长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。2.上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算得设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：，取。肢尖：，取。为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，计算时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。上弦槽焊缝所需长度可由下面计算得节点板厚度上弦与节点板间焊缝长度为，则角钢肢背与节点板角焊缝所受应力为根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙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3.屋脊节点“G”（1）弦杆和拼接角钢连接焊缝计算:弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够紧密结合，并便于施工，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿，接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢总长度b(b为弦杆杆端空隙）=，所以拼接角钢长度取（2）弦杆和节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板之间的的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的计算，，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝，取节点板长度，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为中竖杆与节点板的连接焊缝计算：，内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸为，焊缝长度下弦跨中节点d弦杆与拼接角钢连接焊缝计算拼接角钢和下弦杆截面相同，传递弦杆内力，设肢尖肢背焊脚尺寸均为6mm，则需焊缝长度，则拼接角钢长度b=,取250mm弦杆和节点板的连接焊缝计算:按下弦杆内力的计算，，设肢背，肢尖焊缝，则节点一侧所需焊缝长度为：肢背：肢尖：（3）腹杆和节点板的连接焊缝计算，由于腹杆受力较小，其连接焊缝可按构造确定。5.支座节点“A”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底面的净距取。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度取。（1）支座底板的计算。支座反力为设支座底板的平面尺寸采用，取加劲肋宽度为90mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为。验算柱顶混凝土的抗压强度；式中—混凝土强度设计值，对C25混凝土，支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋把底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为式中—底板下的平均应力，即；—两边支承之间的