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1、梯形钢屋架计算书学生姓名袁孝扬学院名称土木工程学院专业名称土木工程建筑工程方向指导教师张雷阳2012年月日目录1设计资料11.1 根本资料11.2 荷载标准值I2结构形式与布置12.1 屋架形式12.2 屋架尺寸确实定12.3 钢材和焊条的选用22.4 屋盖支撑布置23荷载计算23.1 恒活荷载计算23.2 荷载组合34内力计算35杆件截面设计45.1 上弦杆截面计算45.2 下弦杆截面计算55.3 斜杆截面计算55.3.1 斜杆5.3.2 斜杆Bee5.3.3 斜杆cQ6斜杆De6斜杆eFl斜杆Fg75.4 竖杆截面计算7竖杆Aa7竖杆Cc8竖杆Ee85.4.4竖杆GgS6节点设计96.1
2、下弦c节点96.2 上弦B节点106.3 屋脊G节点116.4 支座a节点121设计资料1.1根本资料某厂房总长度90m,跨度=ln,屋盖体系为无楝体系，纵向柱距6m。结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C25,屋面坡度=Z10;为屋架跨度。地区计算温度高于-20,无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦标高为18m；屋盖结构为无樵体系：采用1.5X6.Om预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.8kN雪荷载的根本雪压标准值为S=O.5kNm2,施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载0.8kNm21.2荷载标准值屋面各构造
3、层的荷载标准值：0. 4kNm20. 4kNm20. 5kN2（按选题）0. 05kNm20. 3kNm21. 45kNm2三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找平层保温层一毡二油隔气层水泥砂浆找平层预应力混凝土屋面板2结构形式与布置2.1 屋架形式屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无楝屋盖体系，梯形钢屋架，屋面坡度产/10,为屋架跨度。2.2 屋架尺寸确实定屋架计算跨度/=/-3Oo=18000-300=17700mm。屋架端部高度取:HO=200OnlnI屋架高跨比：%鬻_ = 0.16屋架跨中起拱/ = 500 = 36说,。为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大局部采
4、用下弦节间水平尺寸为3.Om的人字形式，上弦节间水平尺寸为1.5m,屋架几何尺寸及内力值如下图。图118m跨屋架几何尺寸图218m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值图318m跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.3 钢材和焊条的选用根据计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用Q235沸腾钢，要求保证屈服强度fy抗拉强度fu伸长率和冷弯实验四项机械性能及硫(三)、磷(P)、碳(C)三项化学成分的合格含量。焊条采用E43型，手工焊。2.4 屋盖支撑布置根据厂房长度、跨度及荷载情况，设置三道上、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，该水平支撑的规格与中间
5、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，在各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一道垂直支撑。3荷载计算3.1 恒活荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现,计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.8kN11?进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重(包括支撑)按经验公式g=(O.12+O.OllL)kNm2计算，跨度L单位为叫荷载计算结果见表1。表1荷教计算表荷载名称标准值(kNm2)设计值(kNm2)预应力混凝土大型屋面板1.451.45X1.2=1.74三毡四
6、油上铺绿豆砂防0.40.4X1.2=0.48水层水泥砂浆找平层0.40.4X1.2=0.48保温层0.50.5X1.2=0.6找平层0.30.3X1.2=0.36屋架和支撑自重0.12+0.OllX18=0.3180.318X1.2=0.382三毡二油隔气层0.050.05X1.2=0.06永久荷载总和3.4184.102屋面活荷载0.80.8L4=l.12积灰荷载0.80.8X1.4=1.12可变荷载总和1.62.243.2 荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(4.102+2.24)1.56=57.078W全跨永久荷载+半
7、跨可变荷载全跨节点永久荷载：G=4.102X1.5x6=36.918AN半跨节点可变荷载：6=2.24x1.5x6=20.16ZN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：工=0.382l.56=3.438AN半跨节点屋面板自重及活荷载：E=(L74+1.12)x1.5x6=25.74N、为使用节点荷载情况，为施工阶段荷载情况。4内力计算由图解法或数解法解得F=I的屋架各杆件的内力系数(F=I作用于全跨、左半跨和右半跨然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2。表2屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=I)内力组合值计算杆内力(kN)全跨左半跨右半
8、跨第一种组合FX第二种组合第三种组合FX+F2XBX+F2XF3X+F4XF3X+f4X上AB000000000弦BC-6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08CD-6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08DE-8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3EF-8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3FG-9.102-4.55
9、1-4.551-519.52-427.78-427.78-148.4-148.4-519.52卜.弦ac3.472.5370.933198.06179.25146.9177.2335.95198.06ce7.9625.3252.637454.46401.29347.1164.4495.25454.46eg9.2795.3123.967529.63449.65422.54168.63134.01529.63斜腹杆aB-6.502-4.754-1.748-371.12-335.88-275.28-144.7-67.35-371.12Bc4.7393.1581.581270.49238.62206.
10、8397.5856.99270.49cD-3.382-1.862-1.52-193.04-162.39-155.5-59.56-50.75-193.04De1.8840.541.344107.5380.4496.6520.3841.07107.53eF-0.690.615-1.305-39.38-13.08-51.7813.46-35.96-39.38Fg-0.462-1.6321.17-26.37-49.966.53-43.628.53-26.37竖杆Aa-0.5-0.5O-28.54-28.54-18.46-14.59-1.72-28.54Cc-1-1O-57.08-57.08-36.92
11、-29.18-3.44-57.08Ee-1-1O-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08Gy0.8120.4060.40646.3538.1638.1613.2413.2446.355杆件截面设计5.1上弦杆截面计算整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=-519.52KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：J=1。=L508m,%=2l.508=3.016m上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=-371.12KN,中间节点板厚度选用Iomnb支座节点板厚度选用12mmNSIQS?y13设入=60,=0.807,截面积为A=2994m%2
12、l0x1.508.1x=m=25.1mm需要回转半径：160Ioy3.016caQ1.1=m=50.3mmy60根据需要的A、。、4,查角钢型钢表，选用2L160l10,A=50.6Cm3,ix=2.85cm,iy=7.78C加。按所选角钢进行验算：x=I0Jix=150.8/2.85=53,y=IOjiy=301.6/7.78=39满足长细比：附=150的要求。由于4只需求出0min=Or，查轴心受压构件的稳定系数表，%=0.842所选截面适宜。5.2 下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，/W529.63左V（拉力）计算长度：屋架平面内取节间轴线长度3=300CM屋架平面外根
13、据支撑布置取L=600Cm计算需要净截面面积期？XK*=24634咖2f215选用2L160X100X10（短肢相并），A=50.60cm2,ix=2.85cm,iy=7.78cm按所选角钢进行截面验算，取4=A。所选截面满足要求。5.3 斜杆截面计算斜杆aBN=-371.12M（压力），I.h1=251.6M因为1。X:I0yt故采用不等肢角钢，长肢相并，使。=A选用2L140X90X10,4=44.6CR4=2.56cm,iy=6.84Cmo,=25L6=98属于b类截面1.2.56/ol=25L6=374,只需求出0min=R，查轴心受压构件的稳定系数表，%=0.568所选截面适宜。斜杆
14、BcN=270.49左V拉力），IOX=0.87=208.1c,IOy=1=260.1Cfn计算需要净截面面积An=Z=27。？X1。=1258mm2f215选用2L63X8,A=19.02Cnf,ix=1.90cm,iy=3.10cmy图4斜杆比截面验算：所选截面满足要求。斜杆cDN=T93.04yW（压力），l.x=2247mm70y=1=2809三选用2L-80X7,A=21.72三,ix=2.46Cm,iy=3.75Cm2r=-=91=150属于6类截面/oL=280：9=75y只需求出Omin=fPx，查轴心受压构件的稳定系数表，x=0.614所选截面适宜。斜杆DeN=107.53V
15、拉力），Iqx=0.87=224.IcmylQy=1=280.9cmN117SaXln3计算需要净截面面积4=:=500三2f215选用2L56X5,A=10.82Cnf,ix=1.72cm,iy=2.77cm验算：所选截面满足要求。斜杆eFN=-39.384/V（压力），IoX=259.5cm70y=1=324.3cm选用2L63X6,见图5所示，A=14.58cmt,ix=1.93cw,iy=3.06cw12图5斜杆截面验算由于乙y只需求出Omin=fPx，查轴心受压构件的稳定系数表，x=0.365所选截面适宜。斜杆FgN=-26.37左V（压力），Iqx=241.8cm70y=1=302
16、.Zcm选用2L-80X7,A=21.72cm2,ix=2.46Cm,iy=3.75Cm/oJ.=24L8=98150属于b类截面ix2.46/oL=3O213=81Zy只需求出Own=%，查轴心受压构件的稳定系数表，x=0.568所选截面适宜。5.4竖杆截面计算竖杆AaN=-28.54AV（压力），/0,=IOy=1=201.25cm选用2L63X10,A=23.32cm3,ix=1.88cw,iy=3.07CIn/71752x=-=-=1062=150属于b类截面x1.88/=20125=664只需求出0min=%，查轴心受压构件的稳定系数表，x=0.517所选截面适宜。竖杆CCN=-57
17、.08A/V（压力），=1800mmIOy=2250mm选用2L63X10,4=23.32C勿ix=1.88cn,=3.07cm4=生=塔=962=150属于6类截面Xix1.88/1=-=734只需求出0min=%，查轴心受压构件的稳定系数表，x=0.581所选截面适宜。竖杆EeN=-57.08A/V（压力），IOX=2000mmIQy=2500mm选用2L63X10,4=23.32C勿ix=1.88cn,=3.07cmv=-=-=106=150属于6类截面ix1.882v=-=81R=150属于。类截面iy3.07满足长细比：阳=150的要求。由于只需求出亿1in=外,查轴心受压构件的稳定
18、系数表，=0.517所选截面适宜。竖杆GgN=46.35左V（拉力），IoX=2400nmIoy=3000mm选用2L-63X10,A=23.32cm3iix=1.88c,Zr=3.07CR满足长细比：U=35O的要求。所选截面适宜。表3屋架杆件截面选择表杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积(mID1)回转半径长细比容许长细比系数min(N/mm,)1.Ioyix(un)iy(mm)上弦-519.52150530101短肢相并2L16010010506028.577.8531500.842121下弦529.63300060001短肢相并2L16010010506028.577.810
19、5350105斜腹杆aB-371.1225162516长肢相并2L1409010446025.668.4981500.568146.5Bc270.4920812601L2L638190219.031.0110350142cD-193.0422472809L2L80X7217224.637.5911500.614145De107.5322472809JL2L565108217.227.713135099eF-39.3825953243L2L63X6145819.330.61351500.36574Fg-26.3724183023JL2L807217224.637.5981500.56821竖杆A
20、a-28.542012.52012.5十字形2L6310233218.830.71061500.51724Cc-57.0818002250十字形2L6310233218.830.7961500.58142Ee-57.0820002500十字形2L6310233218.830.71061500.51747Gg46.3524003000十字形2L63I0233218.830.7128350206节点设计6.1 下弦c节点先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即和L。然后根据L的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计
21、值/：=160N/mm，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。(1) BC杆的内力N=270.49KN,采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝二6廊，所需要150三肢背wl=O7N-M/22X0.7%y/_0.7X270.49X1()3-51649.9220.7616012=145m加，0.3N-M/20.3X270.491()3一51649.922x0.7/20.76160+12=68/加，取80mm(2)CD杆的内力N=193.04KN,采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=6三,所需要的焊缝长度为：lw3=nn073一、/22x0.7%/0.7x193.04x1()3一65587.22X0.76160+1
22、2=Mmm，取1OOzzzotONN-M/22x0.7/0.3x193.04x1()3-65587.220.76160+12=15mm，取60mm(1)竖杆CC杆的内力N=-57.08KN,采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=8mmo所需要的焊缝长度为：lw3=63fwn因为2月N=2X0.3X57.08XIO3=34248N$，所以按两面侧焊缝计算。OON2 X 0.7%/0.7 57.08 IO32x0.7x8x160+16 = 38.3/nm,取 40=26，取 40z0.3x57.08x1()320.78160(4)下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。N=
23、454.46-198.06=256.4kN肢背焊缝验算，h1=8mm,尸O*256.4x0=1IN/nim?VIGON/mm焊缝强度满足要求。20.7810160根据节点放样，得节点板尺寸为310X360,节点图如下列图所示。图6下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)Bc6147mm取150mm670mm取80mmcD690mm取100mm618mm取60mmDe5114mm取120mm555mm取70mmeF674mm取8Omm638mm取60mmFg553mm取60mm528mm取60mm6.2 上弦B节点aB杆N=-37L12kN,采用三面围焊，设
24、肢背和肢尖方尸8mm,因为2月N=20.35X371.12103=259784N2X210=42Omm。(2)上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hl=8mm,节点板长度为470m,节点一侧弦杆焊缝的计算长度为L=4702-5-10=220mm,焊缝应力为：Jj(0.15519.52103)/(20.78220)=38Nmm2,。:二0.15X654.53IO3X55X6)/(20.782202=60Nmm2,恒;=402+(60/1.22)2=63.4kNmm250mm6.4 支座a节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢
25、的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取460X8012mm,节点取46038014mm的钢板。(1)支座底板的计算支座反力Ra=Rb=423.6KN按构造要求采用底板面积为ab=280360m2如仅考虑加劲肋局部底板承受支座反力R,那么承压面积为280X(280+12)=48160mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：。=RAu=423.61074816O=IONmVfF12.5Nmm2满足。底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距为：M=B。；故M=B。；=0.0451
26、0165.62=12340.5Nmm。底板厚度t=j612340.5/215=19mm,取t=20mm(2)节点板、加劲肋与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力R=479.2kN,其中每块加劲肋各传R4=105.9kN,节点板传递R2=211.8kNo节点板与底板的连接焊缝计算长度Z4=2X(300-10)=580mm,所需要的焊脚尺寸为h(211.8IO3)/(0.7X580X160X1.22)=2.8mm,取h=6mm0每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为Z4=(100-20-10)2=140mmo所需要的焊缝尺寸为h(211.8103)(0.71401601.22)=llmm,取h=14mm.(3)加劲肋与节点的连接焊缝计算加劲肋高度取与支座节点板相同，厚度取与中节点板相同(即一380X14X460),一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一支座反力。R4=423.61074=119.8103N,M=Ve=I19.8IO3X50=5.95IO6Nmm设焊缝hf=8mm,焊缝计算长度L=460T0T5=435mm,那么焊缝应力为f=(119.810s)(20.78435)=25Nmm2,1-=(65.95106)(20.784352)=17Nmm2,=29Nmm-160Nmm2其他节点设计方法与上述方法类似。具体见屋架施工图
