钢屋架计算书.doc

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1、太原理工大学毕业论文内容摘要I引 言11 设计基本资料及任务21.1 设计资料21.2 荷载资料21.3 设计任务32 钢屋架荷载设计计算42.1 荷载计算42.2 荷载组合42.3 钢架计算简图52.4 钢架内力计算63 钢屋架杆件截面设计计算73.1 上弦杆截面设计计算73.1.1 杆件截面选择73.1.2 强度验算83.1.3 弯矩作用平面内的稳定性验算83.1.4 弯矩作用平面外的稳定性验算83.1.5 填板的设置83.2 下弦杆截面设计计算83.2.1 杆件截面选择83.2.2 强度验算93.2.3 刚度验算93.2.4 填板的设置93.3 中间竖腹杆DF截面选择93.3.2 填板的

2、设置103.4 中间竖腹杆CE截面选择103.4.1 杆件截面选择103.4.2 强度验算103.4.3 刚度验算103.4.4 填板的设置113.5 腹杆DE113.5.1 杆件截面选择113.5.2 强度验算113.5.3 刚度验算113.5.4 填板的设置113.6 腹杆BE113.6.1 杆件截面选择113.6.2 强度验算123.6.3 刚度验算123.6.4 填板的设置124 钢屋架节点设计134.1 屋脊节点134.1.1 DE斜腹杆与节点板的连接焊缝134.1.2 上弦杆与节点板的连接焊缝134.1.3 拼接角钢设计134.1.4 中间竖肢与节点板的连接焊缝134.2 上弦节点

3、B144.2.1 腹杆BE与节点板焊缝144.2.2 上弦杆与节点板焊缝144.3 支座节点A144.3.1 下弦杆与节点板焊缝计算144.3.2 上弦杆与节点板焊缝计算144.3.3 支座底板计算154.3.4 所需底板厚度的计算154.3.5 支座加劲肋设计164.3.6 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算165 钢屋架施工图175.1支座节点A节点板设计图（计算在4.3 支座节点A）175.2屋脊节点D节点板设计图（计算在4.1 ）185.3节点B节点板设计图（计算在4.2）195.4节点C节点板设计图205.5节点E节点板设计图215.6节点F节点板设计图22参考文献231 设计基本资

4、料及任务1.1 设计资料某地区一单跨厂房屋盖，跨度为9.8m，长度为33.5m，柱距为5.45m。钢屋架采用跨度为9.3m的六节间芬克式三角形钢桁架。钢屋架架简支在钢筋混凝土柱上。钢材选用Q235钢，采用E43型焊条，手工焊。1.2 荷载资料屋面采用镀锌薄钢板，自重为；檩条采用槽钢，自重为。不上人屋面均不活荷载为，该地区基本雪压为，基本风压为。钢屋架形式及几何尺寸：屋面坡度：；屋面倾角：；钢屋架计算跨度为：；钢屋架跨中高度为：；上弦杆长为：；取3节间，节间长度为：；节间水平投影长度为：。屋架几何尺寸如图1.1所示。图1.1 屋架几何尺寸根据屋盖长度，在屋盖两端第二柱间设置两道横向水平支撑。屋盖

5、支撑结构的布置，如下图2所示。图1.2 屋盖支撑布置（a）上弦支撑系统； （b）竖向支撑系统1.3 设计任务1、荷载分析、组合；2、屋架杆件内力计算；3、杆件截面选择；4、节点连接设计；5、绘制施工图。2 钢屋架荷载设计计算2.1 荷载计算由于i=1/2.5，则：a=2148，cos a=0.928，由于竖向节点荷载时，按水平投影面计算。节点荷载即为0.835m * 5.45m内的荷载。（1）永久荷载：檩条的荷载： 0.10/0.928=0.108 kN/m2 镀锌薄钢板自重： 0.05/0.928= 0.054kN/m2 小计: 0.162kN/m2（2）可变荷载 不上人屋面均布活荷载： 0

6、.5 KN/ 屋面雪荷载： 1.0*0.4=0.4 KN/ 小计：0.9KN/（3） 风荷载 左风： W=1.0*（-0.36）*1.06*0.65/cos a=-0.267 KN/ 右风： W=1.0*（-0.5）*1.06*0.65 /cos a=-0.371 KN/由于屋面角度小于30因此由规范查的左风与右风都是吸力，起卸载作用，因此不考虑风荷载的影响。2.2 荷载组合全跨恒荷载+全跨活荷载：由可变荷载效应控制的组合 (1.2*0.162+1.4*0.9）*0.835*5.45=6.62KN由永久荷载效应控制的组合 (1.35*0.162+1.4*0.7*0.9）*0.835*5.45=

7、5.01KN故由可变荷载效应控制。全跨恒荷载+半跨活荷载：节点恒载： F1=1.2*0.162*0.835*5.45=0.737KN节点活载： F2=1.4*0.9*0.835*5.45=4.096KN全跨恒荷载+风荷载：左风：（1.0*0.1621.4*0.267）*0.835*5.45= -0.965KN右风：（1.0*0.1621.4*0.371）*0.835*5.45=-1.625KN2.3 钢架计算简图2.4 钢架内力计算（可以根据建筑结构静力计算手册，查得杆件内力系数，乘以节点荷载得出杆件内力。也可以自行计算各个杆件的内力。）杆件名称内力系数第一种组合第二钟组合计算杆件内力全跨左半

8、跨右半跨FF1F2F1F2 上弦杆CD-5.358-3.366-2.019-35.47-17.736-12.2187-35.47BC-5.358-3.366-2.019-35.47-17.736-12.2187-35.47AB-6.731-4.712-2.019-44.5592-24.2611-13.2306-44.559下弦杆AE6.254.3751.87541.37522.5262512.2862541.375EF3.751.8751.87524.82510.4437510.4437524.825斜腹杆BE-1.346-1.3460-8.91052-6.50522-0.992-8.91CE

9、-1-10-6.62-4.833-0.737-6.62DE1.9531.953012.928869.4388491.43936112.929DF00000003 钢屋架杆件截面设计计算3.1 上弦杆截面设计计算3.1.1 杆件截面选择 整个上弦采用等截面，取内力杆件（AB号杆）设计。 N=-44.559KN上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度：lox=1670mm在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取loy=3340mm由于l0y=2l0x，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N= 12.929KN，查表，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm。截面在x和

10、y平面皆属于b类，则设=60，查附表5-2，得=0.807。 需要截面积为： A= N/ f = =256.8mm2 查角钢规格表，初选用2L63*40*4，A=8。116cm，=1.14cm，iy=3.24cm，截面在x和y平面皆属于b类。按所选角钢进行验算： =1670/11.4 =146.5=150 =3340/32.4=103.1y,只需求x。查表得x=0.345N/A= =159.1N/ mm2215 N/ mm2验算满足要求3.1.4 弯矩作用平面外的稳定性验算 弯扭失稳验算：对于短肢相并不等边角钢截面，b/t=10 0.56 l0y/b=46.76, = y, =0.565 N/

11、A=97.2N/ mm2215 N/ mm2所选截面合适。3.1.5 填板的设置根据规范要求，压杆的填板间距是80=728mm,因此下弦杆的填板的间距取600mm,每隔600mm设置一个填板，总共需要10个60mm50mm。3.3 中间竖腹杆DF截面选择3.3.1 杆件截面选择N=0KN，lox=1488 mm, loy=1860 mm选用240*3,A=4.718 cm，=1.23cm，=2.01cm验算： =1488/12.3=121=350=1860/20.1=92.5=350验算满足要求3.3.2 填板的设置根据规范要求，压杆的填板间距是40,因此上弦杆的填板的间距取400mm,每隔4

12、00mm设置一个填板，一段设置三个填板，总共需要3个70mm50mm。3.4 中间竖腹杆CE截面选择3.4.1 杆件截面选择 N=- 6.62KN， lox=993 mm, loy=1241mm选用240*3, A=4.718cm，=1.23cm，=2.01cm验算： =993/12.3=80.7=150 查表得=0.707=1241/20.1=61.1=150验算满足要求3.4.2 强度验算 6620/(0.707*471.8）=19.85N/mm 215 N/mm验算满足条件。3.4.3 刚度验算验算： =993/12.3=80.7=150 查表得=0.707=1241/20.1=61.1

13、=150验算满足要求3.4.4 填板的设置根据规范要求，压杆的填板间距是40,因此上弦杆的填板的间距取400mm,每隔400mm设置一个填板，一段设置2个填板，总共需要4个60mm50mm。3.5 腹杆DE3.5.1 杆件截面选择 N=12.93 KN，lox=1938mm, loy=2422mm选用240*3, A=4.718cm，=1.23cm，=2.01cm3.5.2 强度验算 12930/417.8=31N/mm80=728mm,因此下弦杆的填板的间距取600mm,每隔600mm设置一个填板，总共需要8个60mm50mm。3.6 腹杆BE3.6.1 杆件截面选择 N=-8.91 KN，

14、lox=1336mm, loy=1670mm选用240*3, A=4.718cm，=1.23cm，=2.01cm3.6.2 强度验算 8910/（0.536*417.8）=40 80=728mm,因此下弦杆的填板的间距取500mm,每隔500mm设置一个填板，总共需要6 个60mm50mm。 4 钢屋架节点设计4.1 屋脊节点4.1.1 DE斜腹杆与节点板的连接焊缝腹杆与节点板的连接焊缝长度（设肢背与肢尖焊脚尺寸= 8mm和2= 6mm）：肢背: =5mm, 取60 mm肢尖:=3mm. 取50mm4.1.2 上弦杆与节点板的连接焊缝假定节点荷载F由上弦角钢肢背处的槽焊缝承受（设焊脚尺寸hf=

15、8 mm）：F/(20.7hfls)=6620/(20.78200)=2.96N/0.81.22160=156.2N/ 上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩M=Ne=4.74。取lw=604.1.3 拼接角钢设计拼接角钢与受压弦杆的连接可按弦杆最大内力进行计算，每边共有4条焊缝平均承受此力，所以焊缝长度为（前设焊脚尺寸hf=8 mm）： mm由此得拼接角钢总长度为：ls=2（）+30=2（60+28）+30=152mm 拼接角钢计算长度为：200mm4.1.4 中间竖肢与节点板的连接焊缝由于中间竖杆为零杆，因此按构造要求设置焊缝，肢背按60mm的长度，肢尖

16、按50mm长度4.2 上弦节点B4.2.1 腹杆BE与节点板焊缝腹杆与节点板的连接焊缝长度（设肢背与肢尖焊脚尺寸= 8mm和2= 6mm）：肢背: =4mm, 取60 mm肢尖:=2mm. 取50mm4.2.2 上弦杆与节点板焊缝下弦与节点板连接的焊缝长度为60mm，hf= 6 mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=909.52344.41=9.09 KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为：f= = N/ mm2160 N/ mm2 ( 焊缝强度满足要求) 4.3 支座节点A4.3.1 下弦杆与节点板焊缝计算下弦与节点板连接的焊缝长度为 60mm，hf= 6 mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆

17、的内力差N=909.52344.41=565.11 KN，受力较大的肢背处的焊缝应力为： f= = N/ mm2160 N/ mm2 ( 焊缝强 ( 焊缝强度满足要求) 4.3.2 上弦杆与节点板焊缝计算验算节点板与上弦杆的链接强度，即：槽焊缝：=6N/0.8160=128N/肢尖：=12mm，N/0.8160=128N/4.3.3 支座底板计算支座反力： R=19.86KN设支座底板的平面尺寸采用150 mm * 200 mm，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150 mm * 180 mm。验算柱顶混凝土的抗压强度：19860/27000=0.74 N/mm 14.3 N

18、/mm式中：混凝土强度设计值，对C30混凝土，fc=14.3N/mm4.3.4 所需底板厚度的计算支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中：底板下的平均应力，即=8.47。 两边支承之间的对角线长度，即 系数，由查表确定。为两边支承的相交点到对角线的垂直距离。由此得：查表得0.058。则单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：，取t22mm所以底板尺寸为mm。4.3.5 支座加劲肋设计焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图得焊缝长度为200mm，计算长度lw200-12-15173（

19、mm）（设焊脚尺寸hf8mm），每块加劲肋近似的按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e（120-8）/256 mm。则焊缝所受剪力V及弯矩M为：焊缝强度验算11.03 N/mm2160 N/mm满足要求。4.3.6 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R= 39.72 KN，其中每块加劲肋各传，节点板传递。 节点板与底板的连接焊缝长度，所需焊脚尺寸，取。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为所需焊缝尺寸所以取5 钢屋架施工图5.1支座节点A节点板设计图（计算在4.3 支座节点A）5.2屋脊节点D节点板设计图（计算在4.1 ）5.3节点B节点板设计图（计算在4.2）5.4节点C节点板设计图5.5节点E节点板设计图5.6节点F节点板设计图 参考文献1建筑结构制图标准(GBJ105-87)2建筑结构荷载规范(GB500092001)3钢结构设计规范(GB500172003)4陈绍蕃.房屋建筑钢结构设计.北京：中国建筑工业出版社，2005XXV