钢结构专业课程设计梯形钢屋架计算报告书.doc

成绩：钢构造课程设计梯形钢屋架计算书 所在学院 建筑工程学院 所属专业 土木工程 班级学号 土木10-3 学生姓名 郑春旭 指引教师 黄雪芳 王晓东 设计时间 .11.26 、设计资料1、 某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重原则值为1.3kN/m2。屋面活荷载原则值为0.5kN/m2，雪荷载原则值0.5kN/m2，积灰荷载原则值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：Lo=27m20.15m=26.7m3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。屋架中间高度h=3025mm。二、构造形式与布置屋架形式及几何尺寸如图一所示: 图一 屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置如图二所示: 图二-1 屋架上弦支撑布置图 图二-2 屋架下弦支撑分布图 图二-3 屋架垂直支撑符号阐明：GWJ-（钢屋架）；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）。 三、荷载与内力计算1、荷载计算荷载与雪荷载不同步考虑，故计算时取两者较大荷载原则值计算。由资料可知屋面活荷载等于雪荷载，因此取0.5 kN/计算。原则永久荷载:防水层、找平层、保温层 1.30kN/预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/钢屋架和支撑自重 0.12+0.01127=0.42kN/总计：3.12kN/原则可变荷载:屋面活荷载 0.50 kN/积灰荷载 0.60kN/总计：1.1kN/2、荷载组合设计桁架时，应考虑如下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 (按永久荷载为主控制组合) ：全跨节点荷载设计值： F=(1.353.12+1.40.70.5+1.40.90.6) 1.56 =49.122kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载：全跨节点永久荷载设计值：对构造不利时： F1.1=1.353.121.56=37.908 kN（按永久荷载为主组合） F1.2=1.23.121.56=33.696kN（按可变荷载为主组合）对构造有利时： F1.3=1.03.121.56=28.080kN半跨节点可变荷载设计值： F2.1= 1.4(0.70.5+0.90.6)1.56 =11.214kN（按永久荷载为主组合） F2.2=1.4（0.7+0.90.6）1.56 =17.325kN（按可变荷载为主组合） 全跨屋架涉及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主组合)：全跨节点屋架自重设计值：对构造不利时：F3.1=1.20.451.56=4.86kN对构造有利时：F3.2=1.00.451.56=4.05kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值： F4=(1.21.4+1.40.5) 1.56= 21.42kN其中为使用阶段荷载状况，施工阶段荷载状况。计算详图见图三。 图三 桁架计算简图3、 内力计算本设计采用程序计算构造在单位节点力作用下各杆件内力系数，见表一。 表一 杆件名称 内力系数（F=1）第一种组合 F第二种组合第三种组合计算杆件全跨左半跨右半跨F1+F2F1 +F2F3 +F4F3 +F4内力（KN)上弦AB000000000BC，CD-10.82-8.15-2.67-531.50 -551.36 -456.42 -227.16 -109.78 -551.36 DE，EF -17.85-12.87-4.98-876.83 -899.63 -762.94 -362.43 -193.42 -899.63 FG，GH -21.55-14.66-6.89-1058.58 -1070.90 -936.29 -418.75 -252.32 -1070.90 HJ-22.72-14.23-8.49-1116.05 -1107.80 -1008.36 -415.23 -292.28 -1116.05 IJ，JK-23.2-14.72-8.48-1139.63 -1134.49 -1026.38 -428.05 -294.39 -1139.63 下弦ab 5.994.591.4294.24 306.59 251.32 127.43 59.10 306.59 bc 14.7710.893.88725.53 748.57 627.12 305.05 154.89 748.57 cd 19.9914.035.96981.95 1000.85 861.04 397.67 224.81 1000.85 de 22.3414.647.71097.39 1100.50 980.27 422.16 273.51 1100.50 ef21.8612.049.821073.81 1037.26 998.80 364.14 316.58 1073.81 斜腹杆aB-11.23-8.6-2.63-551.64 -574.70 -471.27 -238.79 -110.91 -574.7Bb8.996.622.37441.61 455.48 381.85 185.49 94.46 455.48bD-7.71-5.37-2.34-378.73 -385.31 -332.81 -152.50 -87.59 -385.31Dc5.853.742.11287.36 286.56 258.32 108.54 73.63 287.36cF-4.59-2.52-2.07-225.47 -217.66 -209.86 -76.29 -66.65 -225.47Fd3.11.211.89152.28 138.48 150.26 40.98 55.55 152.28dH-1.92-0.07-1.85-94.31 -74.00 -104.83 -10.83 -48.96 -104.83He0.67-1.021.6932.91 7.73 54.68 -18.59 39.46 54.68-18.59eg 1.183.22-2.0457.96 100.52 9.39 74.71 -37.96 100.52-37.96gK1.913.95-2.0493.82 140.84 37.06 93.89 -34.41 140.84-34.41gI0.670.67032.91 37.01 25.40 17.61 3.26 37.01竖杆Aa-0.5-0.50-24.56 -27.62 -18.95 -13.14 -2.43 -27.62Cb Ec-1-10-49.12 -55.23 -37.91 -26.28 -4.86 -55.23Gd-1-10-49.12 -55.23 -37.91 -26.28 -4.86 -55.23Jg-1-10-49.12 -55.23 -37.91 -26.28 -4.86 -55.23Ie-1.5-1.50-73.68 -82.85 -56.86 -39.42 -7.29 -82.85Kf0000 0 0 0 0 0 四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ、JK计算，依照表得：N= -1139.63KN，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：=1355mm,本屋架为无檩体系，以为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，依照支撑布置和内力变化状况，取屋架平面外计算长度为支撑点间距离，即：=3=4065mm。依照屋架平面外上弦杆计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 图四 上弦杆腹杆最大内力N=-574.7KN，查表可知，中间节点板厚度取12mm，支座节点板厚度取14mm。设=60，依照规范由双边角钢构成T行和十字形截面均属于b类，查Q235钢轴心受力稳定系数表，=0.807，则需要截面积：需要回转半径，依照A、查角钢规格表，初选用218011012，肢背间距a=12mm，该截面特性如下： A=67.42， =3.10cm ， =8.75cm。按所选角钢进行验算：=150 =57.89 截面在x和y平面皆属b类，由于 ，只需求出，查轴心受压杆稳定系数表得0.819,则有: 所需截面适当。2 、下弦杆:整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，依照表得杆de内力最大N=1100.50KN。计算长度又有:=2700mm,=26700/2=13350mm。需要截面面积，选用216010012，采用短肢相并，如图五所示： 图五 下弦杆该截面特性如下：A= 6011 5118.60， =28.2mm，=78.2mm。长细比计算： 满足规定。3、端斜杆aB：已知杆件轴力N-574.70kN，2390mm。由于，故采用不等肢角钢，长肢相并，使，选用角钢2 1258010 ，如图六所示： 图六 端斜杆则其截面特性如下： A3942，39.8mm，33.9mm对该截面验算如下：，又由于：因此：取由于： ，只需求，查轴心受压杆稳定系数表得=0.692，于是有： N/215 N/ 所需截面适当。4、腹杆eg-gK：此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力： ，；最大压力： ，；再分式桁架中斜腹杆，在桁架平面内计算长度取节间中心间距： =2027mm在桁架平面外计算长度： 选用 2 10010，如图七所示。 图七 腹杆eg-gK 查角钢规格表得:A=3852， =30.5mm，=46.0mm。 对此截面验算如下： ，又由于：因此取：由于： 只需求，查表得=0.630，于是有：压应力：，满足规定。拉应力：，满足规定。5.竖杆Ie：该杆件N-82.85KN， 0.8 28012241mm， 由于杆件内力较小，按= =150选取，需要回转半径为： ， ， 查型钢表，选用2 L 638,如图八所示： 图八 中竖杆其截面特性为： A=1902 ， =19.0mm ， =31.0mm对此截面验算如下： ， 由于：b/t=63/8=7.875264.372=528.74。上弦肢尖与节点板连接焊缝，应按上弦内力15%计算。设肢尖焊缝10mm，节点板长度为600mm，则节点一侧弦杆焊缝计算长度为，则焊缝应力为：故满足规定。节点板尺寸如图十一所示： 图十一 节点板K尺寸4 、端部支座节点“a“：如图十二所示： 图十二 支座节点a为便于施焊，下弦角钢水平肢底面与支座底板距离普通不不大于下弦伸出肢宽度，故可取为160mm。在节点中心线上设立加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相似，厚度同端部节点板为14mm。（1） 支座底板计算： 支座反力R=491.2KN，混凝土强度C25，所需底板净面积为： 锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积： 按构造规定取底板面积为：，垫板采用505012，孔径为26mm，实际底板净面积为： =961-=901.38底板实际应力： ，查表得：=0.058，则：=0.0588.69=18004所需底板厚度，取t=24mm，则底板尺寸为：31031024。（2）加劲肋与节点板连接焊缝计算：一种加劲肋连接焊缝所承受内力取为： 加劲肋高度、厚度取与中间节点板相似，设焊缝尺寸为6mm，验算焊缝应力如下 （3）节点板，加劲肋与底板连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递所有支座反力R=491200N，=8mm，则实际焊缝长度为： 焊缝设计应力为： 故满足规定。 六、 梯形屋架施工图（见施工图纸）