普通鋼屋架設計計算書

1、/tnaT課程設計計算書學系院：建筑與土木工程學院別：土木工程系專業(yè)：土木工程課程：建筑鋼結(jié)構(gòu)設計設計內(nèi)容：普通鋼屋架學生姓名：魯曉鵬學號:25320062205025指導老師:劉麗君2010年1月、設計資料某廠房跨度30m,總長90m,柱距6m,采用梯形鋼屋架、1.5x6.0m預應力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400 x400,混凝土強度等級為C30,屋面坡度為i=1:10。地區(qū)計算溫度高于-20C，無侵蝕性介質(zhì)，抗震設防烈度為7度，屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。永久荷載:三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層水泥砂漿找

2、平層保溫層一氈二油隔氣層水泥砂漿找平層預應力混凝土大型屋面板屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式懸掛管道：可變荷載：屋面活荷載標準值：雪荷載標準值：積灰荷載標準值：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計算：0.45KN/m2222鋼材采用桁架計算跨度：lo=30-20.15=29.7m跨中及端部高度：桁架中間高度：h=3.490m在29.7m處的兩端高度：ho=2.005m在30m處軸線處端部高度：ho=1.990m桁架跨中起拱60mm（L/500）。結(jié)構(gòu)形式

3、與布置桁架形式及幾何尺寸如圖1所示。器靈代W篇”為7曲篇no啣ctwGG巻溯*廠S常汨工IX律ITfr糞第當X廠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合網(wǎng)2耳2、荷載計算由于i=1/10，則：a=5.71,cosa=0.995。計算豎向節(jié)點荷載時，按水平投影面計算。節(jié)點荷載即為1.5m*6m內(nèi)的荷載。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式（FW=0.12+0.011X跨度）計算，跨度單位為米。恒載計算：防水層（三氈四油）：預應力鋼筋混凝

4、土大型屋面板:隔氣層、找平層：保溫層、找平層：屋架自重：2kN/m懸掛管道：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以上合計:2kN/m2kN/m2kN/m2kN/mX30=0.45活載計算：0.7kN/m1.0kN/m屋面均布活荷載（上人屋面）積灰荷載：共1.7kN/m設計桁架應考慮以下三種組合：（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點荷載設計值：F=（1.35X3.716+1.4X0.7X0

5、.7+1.4X0.9X1）X1.5X6=62.6634KN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F1,1=1.35X3.716X1.5X6=45.1494KN（按永久荷載為主的組合）F1,2=1.2X3.7164X1.5X6=10.7032KN（按可變荷載為主的組合）對結(jié)構(gòu)有利時：F1,3=1.0X3.7164X1.5X6=33.4476KN半跨節(jié)點可變荷載設計值：F2,1=1.4X（0.7X0.7+0.9X1）X1.5X6=17.514KN（按永久荷載為主的組合）F2,2=1.4X（0.7+0.9X1）X1.5X6=20.16KN（按可變荷載為主的組合）（3）

6、全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主的組合）全跨節(jié)點桁架自重設計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F3,1=1.2*0.45*1.5*6=4.86KN對結(jié)構(gòu)有利時：F3,2=1.0*0.45*1.5*6=4.05KN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值：F4=（1.2*1.4+1.4*.0.5）*1.5*6=21.42Kn（1）,（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。屋架在上述三種荷載組合作用下的相關(guān)計算簡圖如圖3所示：4.內(nèi)力計算由電算先解得F=1的桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨，左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見表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/幾（64332718(6121(6224(635(5716(25)8(5811(5914(60()55)(56警4屜無)30(63327(64“435)*33738誨(6圖3桁架計算簡圖從上自下的順序a,b,c分別是F=1作用于全跨、左半跨、右半跨的情況;表1桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)第一種組合i（1）第二種組合第二種何載計算桿件內(nèi)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,嚴(1)F存(2)+F3,聲（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斜腹桿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豎桿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.桿件設計(1)上弦桿整個上弦采用等截面，按21,22桿件之最大內(nèi)力設計N=964.33kN=964330N上弦桿計算

12、長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：l0 x=150.8cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取：ly=3150.8cm=452.4cm因為loy=3l0 x，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并，如圖4腹桿最大內(nèi)力N=469.00kN，查材料表9.6.4可得，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm。設，=60，查教材附錄4得=0.807。需要截面積:A95557.9mm20.807漢215N/mm需要的回轉(zhuǎn)半徑:0 x150.08cm60二2.51cm,iyl0y452.4cm60二7.54cm2根據(jù)所需要的A、ix、iy查角鋼規(guī)格表(附錄8),選用2L180X110

13、X10,A=5675mm,ix=3.13cm,iy=8.71cm、bjt=180cm/12cm=15，按所選角鋼進行驗算:忙丿圖4：上弦截面按所選角鋼進行驗算x=|0 x.ix=150.083.13=47.9,，y=|y譏=452.48.71=51.94滿足長細比：訂=150的要求。tb/t=180cm/12cm=150.56l0y/b=0.56X4524cm/180cm=14.07l2f2yzW1希58：H150截面x和y平面截屬于b類，由于yzx,只需求;：y。查表得;：y=0.816N964.33漢10cccCKI/2C/ILKI/2208.2N/mm2：f=215N/mm2護xA0.8

14、16x5675所選截面合適。2、下弦桿整個下弦采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，N59=922.53kN（拉力）計算長度屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度l0 x=300cm屋架平面外根據(jù)支撐布置取l0y=1485cm計算需要凈截面面積922.53103215二4290.84mm2=6.85cm選用2L140X90X10（短肢相并），見圖5所示，A=44.52c怦，ix=2.561cm,i按所選角鋼進行截面驗算，取入=A。0yl0yiy0 x十益心訂350=1485=217：=3506.85N922.53103A4452=207N/mm2：f-215N/mm2所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算端斜桿（55）

15、圖6所示N=-469kN（壓力）,lox=loy=l=253.5cm.因為lox=loy,故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix-iy選用2L140X90X10,見圖6所示，A=44.522cm2,ix=4.47cm,iy=3.74cm圖6斜桿55截面lx_253.5=56.71b2/t=9：0.48l0y/b2=0.482535mm/90mm=13.524“川罟rf?4mm（1藥5話詰）1.09904cm4二75.32=150滿足長細比：=150的要求。由于yzx，只求=0.7183N469103yA0.7184452=147N/mm2=215N/mm2所選截面合適。腹桿桿(25)-(26)圖7

16、此桿在16節(jié)點處不斷開，采用通長桿件;最大拉力：N26=123.22kN，另一端N25=91.38kN最大壓力：N25=36.72kN，另一端N26=20.97kN在分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距:在桁架平面外的計算長度10y可求得：bx=230.1cmly=h（0.750.25也）=460.2cm（0.750.2520璽）410.85cmN136.72選用2L70X5，由教材附錄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嘰滿足長細比：=150的要求。由于，yz，/x，只求:y=0.34532=77.4N/mm:2二215N/mm36.72100.3451375y拉應力：3N123.221032289.6N/mm:f=215N/mmA1375所選截面合適。圖74、豎桿截面設計豎桿（20）截面計算，圖8N=-30.93kN（壓力），lx=0.81=0.8X319cm=255.2cml0y=l=319cm內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：lox255.2cmly319cmox1.70cm

18、,iy丄2.13cm,150y150查型鋼表，選截面的ix和iy較上述計算值略大些。選用2L63X5,得截面幾何特性：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漢yz=y(1(12222)08.09：=150l0yt30.4mm3190cm漢5cm滿足長細比：=150的要求。由于yzx，只求=0.3813N30.931032172.56N/mm:f=215N/mmyA0.381x1228.

19、6r101廠Jx所選截面合適。圖8邊豎桿（1）截面設計如圖9N=-20.90kN（壓力），選用2L63X5,lx199lox=loy=l=1990mmA=12.286cm2,ix=1.94cm,iy=3.04cm=102.6J=150屬于b類截面1.94ixl0yiy19965.5=150屬于b類截面3.04滿足長細比：=150的要求。圖9由于x*y只需求出：min20.90103仝X，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表,x=0.538rNCT=xA0.538勺228.6所選截面合適。豎桿（4）和桿（10）如圖10=31.6N/mm2:f=215N/mm2N=-41.80kN(壓力),l0 x=183

20、.2cm選用2L50X5,A=9.606cm2,ix=1.53cm,il18320 x=119.7九=150屬于b類截面loy=229.0cmy=2.53cm0 xxix1.530y=y.ly229.02.53滿足長細比：=150的要求。二92.55=150屬于b類截面由于，xy只需求出：min=卩x，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，=0.439N4180032299.12N/mm2：f=215N/mm2護xA0.439x960.6所選截面合適。如圖10豎桿（27）如圖11N=OkN（拉力）,選用2L63X5,l314.1扎=一=i2.45loy=314.1cmA=12.286cm2,i=2.45

21、lox=314.1cm=128.2滿足長細比：J-350的要求。所選截面合適。J-I、ior圖11中豎桿（27）截面圖其余各桿的界面選擇計算過程不一一列出，現(xiàn)將計算結(jié)果列于表2中6.節(jié)點設計重點設計“1”、“5”、“18”、“13”、“17”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設計類同。下弦5節(jié)點（圖12）各桿件的內(nèi)力由表2查得：這類節(jié)點的設計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值fW=160N/mm,實際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。（1）設桿（8）

22、的肢背和肢尖焊縫分別hf為8mm和6mm，所需要的焊縫長度為：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)設(5)桿的肢背肢尖焊縫分別hf為8mm和6mm，所需要的焊縫長度為：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桿件截面選擇表桿件桿內(nèi)力kN計算長度cm截面形式及角鋼規(guī)格截面積（c仃）回轉(zhuǎn)半徑長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)(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斜腹桿(55)-469253.5253.5-長肢相并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豎桿(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桿（4）的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf=5mm。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件肢尖應有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為360mx460mm斗1.82KN3LQ57KN?L140X90X10X46cm,hf=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力下節(jié)點與節(jié)點板連接的焊縫長度為差：N=626.16kN-249.56kN=376.6kN3=75.1N/m

28、m22X193.42mm=387mm下弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。下弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應按下弦內(nèi)力的15%計算，設肢尖焊縫hf=iomm，節(jié)點板長度為472mm,節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為lw=46cm/2-1cm-2m=20cm，焊縫應力為：tN=(0.15866.5氷03)/(2X).710X200mm)=46.62N/mm2,M322of=(0.15866.510X65mnX5)/(20.710mnX200)=75.4N/mm,v160kN/mm2zzc15下靜接節(jié)曲8屋脊節(jié)點“17”（圖14）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除（如圖14）并截去垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設焊縫hf=10mm，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）=215.25mm964330N40.710mm160N/mm拼接角鋼長度600mm2X215.23mm=431mm上弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應按上弦內(nèi)力的15%計算，設肢尖焊縫hf=10mm，節(jié)點板長度為472mm,節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為lw=47.2cm/2-1cm-2m=20.6cm，焊縫應力為:tN=(