钢结构计算书最终版 2

1梯形钢屋架设计一．设计资料单跨双坡封闭式厂房，屋面离地面高度约为20米，屋架铰支于钢筋混凝土柱柱顶。屋面材料采用1.5m×6m钢筋混凝土大型屋面板，屋面板上设150mm加厚加气混凝土保温层，再设20mm厚水泥砂浆找平层，防水屋面为二毡三油上铺小石子。结构重要性系数γ0=1.0，地区基本风压Ɯ=0.45KN/m2，冬季室外计算温度高于-20℃。屋面坡度i=1/10，屋架间距6m，厂房长度132m，屋架跨度24m，基本雪压0.40KN/m2。钢筋混凝土柱子的上柱截面为400m×400m，混凝土强度等级为C25。厂房内有中级工作制桥式吊车，起重量Q≤300KN。屋面均布活荷载标准值（不与雪荷载同时考虑，按水平投影面积计算）为0.5KN/m2，施工检修集中荷载标准值取1.0KN。不考虑地震设防。二．屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置。结构选用无檩屋盖方案，平坡梯形屋架。参照《梯形钢屋架图集》（05G511），端部高度取H0=1990mm，中部高度H=3190mm（约为L/6.5）。屋架杆件几何长度见图1（跨中起拱L/500）。上下弦支撑和系杆布置见图2。因连接件区别，屋架分别给出W1、W2两种编号。钢材采用Q235C，焊条采用E43，手工焊。三．荷载和内力计算1、荷载计算二毡三油上铺小石子0.35KN/m2找平层20mm0.4KN/㎡加气混凝土保温层150mm1.13KN/㎡混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.5KN/㎡屋架和支撑自重0.12+0.011L=0.12＋0.011×24=0.38KN/㎡永久荷载总和3.76KN/㎡屋面活荷载（雪荷载为0.45KN/m2）0.5KN/m2可变荷载0.5KN/㎡注：1、根据《建筑结构荷载规范》第4.3.1条，检修荷载折算0.2KN/㎡的活荷载进行计算，不大于屋面活荷载，不予考虑。2、根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）第6.2.1条，屋面坡度20o，不考虑雪荷载不均匀分布，雪荷载为0.4KN/㎡，小于屋面活荷载。3、屋面坡度不大，对荷载影响较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不予考虑。各荷载均按水平投影面积计算。2、荷载组合按可变荷载控制设计的组合Fd=(1.2×3.76+1.4×0.5)×1.5×6=47KN按永久荷载控制设计的组合Fd=(1.35×3.76+1.4×0.7×0.5)×1.5×6=51KN可见永久荷载起控制作用，故结点荷载取为51KN，支座反力Fd=51×8=408KN考虑以下三种组合2（1）全跨恒荷载＋全跨活荷载：F=(1.35×3.76+1.4×0.7×0.5)×6×1.5=50KN（2）全跨恒荷载：F1=1.35×3.76×6×1.5=46KN半跨活荷载：F2=1.4×0.7×0.5×6×1.5=4.5KN（3）全跨屋架荷载：F3=1.35×0.38×6×1.5=4.6KN半跨屋面恒荷载＋半跨活荷载：F4=(1.35×1.5＋1.4×0.7×0.5)×6×1.5=23KN荷载全跨布置荷载右半跨布置荷载左半跨布置注：边节点荷载均为P/2屋架几何尺寸mm屋架内力设计KN图13内力计算表杆件名称杆件内力系数组合一F=50KNN=F×①组合二N左=F1×①+F2×②N右=F1×①+F2×③组合三N左=F3×①+F4×②N右=F3×①+F4×③计算内力P=1全跨在左半跨在右半跨①②③上弦杆18-14.77-7.38-7.38-739-713-713-238-238-73919、20-15.26-9.17-6.09-763-743-729-281-210-76321、22-13.53-9.04-4.49-677-663-643-270-166-67723、24-8.72-6.25-2.47-436-429-412-184-97-43625000000000下弦杆14.733.481.2523723322310251237211.5383.53577566546237134577314.649.345.31732715697282189732415.178.446.73759736728264225759斜腹杆27-8.87-6.53-2.34-444-437-419-191-95-444286.874.762.113443373261418034429-5.47-3.4-2.03-274-267-261-103-72-274303.71.91.8185179178615818531-2.46-0.71-1.75-123-116-121-28-52-123321.12-0.451.56564959-54159/-5330.021.55-1.5318-636-3536/-3534-1.08-2.471.39-54-61-43-622727/-62竖杆26-0.5-0.50-25-25-23-14-2-2543-1-10-50-51-46-28-5-5144-1-10-50-51-46-28-5-5145-1-10-50-51-46-28-5-51461.940.970.97979494313197四、杆件截面设计按腹杆最大内力计算N=-444KN（压力），查《钢结构设计手册》，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。计算时均取10mm，计算结果偏保守。受拉腹杆设计中采用先验算面积，后选截面的方式计算；其他杆件均采取先根据经验假定钢材，后验算承载力的方式。1、上弦杆件设计整个上弦采用同一截面，按最大内力计算N=-763KN（压力）设计。计算长度：屋架平面内取节点间轴线距离l0x=150.8cm屋架平面外取两块屋面板跨度l0y=300.0cm由于l0y=2l0x，故截面选用两不等肢角钢，短边相并。选用2L180×110×12，A=67.4cm²，ix=3.10cm，iy=8.75cm，λx=l0x/ix=150.8/3.10=48.6[λ]=150；λy=l0y/iy=300/8.75=34.3[λ]=150（满足要求）b/t=180/10=180.56×l0y/b1=0.56×300/18=9.3λyz=3.1(b1/t)[1+(l0y2t2)/(52.7b24)=3.1×(180/12)×[1+(3002×122)/(52.7×1104)]=46.54由于λxλyz，按b类截面查表得φ=0.863σ=N/φxA=763000/(0.863×6740)=132MPa215MPa。所选截面适合。填板每个节间放置一块（满足l1范围内不少于两块），la=150.8/2=75.4cm40i1=5.78×40=231.2cm。2、下弦杆件设计整个下弦杆采用同一截面，按最大内力N=759KN（拉力）。计算长度：屋架平面内取节点间轴线距离l0x=300cm屋架平面外根据支撑布置取l0y=600.0cm由于l0y=2l0x，故截面选用两不等肢角钢，短边相并。连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离超过100mm，可不考虑螺栓孔的削弱。选用2L160×100×10，A=50.6cm²，ix=2.85cm，iy=7.70cm，λx=l0x/ix=300/2.85=105.3[λ]=350；λy=l0y/iy=600/7.70=77.9[λ]=350刚度满足要求拉杆强度验算：σ=N/An=759000/5060=150MPa215MPa所选截面适合。填板每个节间放置一块（满足l1范围内不少于两块），la=300/2=150cm＜80i1=5.14×80=411.2cm。3、斜腹杆设计①斜腹杆27N=-444KN（压力），l0y=l0x=253.6cm因为l0y=l0x，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix=iy，选用2L125×80×10，a=10mm。A=39.42cm²，ix=3.98cm，iy=3.31cm，λx=l0x/ix=253.6/3.98=63.7[λ]=150；λy=l0y/iy=253.6/3.31=76.6[λ]=150，b2/t=10/1=100.48l0y/b2=0.48×253.6/8=15.2λyz=λy[1+1.09b24/(l0y2t2)]=76.6[1+1.09×84/(253.62×12)]=81.9[λ]=150刚度满足要求。λyzλy，用λyz按b类截面查表得φ=0.676σ=N/φxA=444000/(0.676×3942)=167MPa215MPa。所选截面适合。斜腹杆中部填板放置两块（满足l1范围内不少于两块），la=253.6/3=84.5cm40i1=2.35×40=94cm。②斜腹杆28N=344KN（拉力），l0x=0.8l=208.7cm，l0y=l=260.9cm，计算所需净截面面积：An=N/f=357.24×103/215=1661.6mm2选用2L90×6，A=21.27cm²，ix=2.79cm，iy=4.05cmλx=l0x/ix=208.7/2.79=74.8[λ]=350；λy=l0y/iy=260.9/4.05=64.4[λ]=350，刚度满足要求。拉杆强度验算：σ=N/An=344000/2127=162MPa215MPa5所选截面适合。填板每个节间放置两块（满足l1范围内不少于两块），la=260.9/3=87cm＜80i1=2.79×80=223.2cm。③斜腹杆29N=-274KN（压力），l0x=0.8l=229.6cm，l0y=l=287.0cm，选用2L100×6。A=23.86cm²，ix=3.10cm，iy=4.44cm，λx=l0x/ix=229.6/3.1=74.1[λ]=150；λy=l0y/iy=287.0/4.44=64.6[λ]=150，b/t=100/6=16.70.58l0y/b=0.58×287/10=16.6λyz=3.9(b/t)[1+(l0y2t2)/(18.6b4)=3.9×(100/6)×[1+(28702×62)/(18.6×1004)]=75.4[λ]=150刚度满足要求。λyzλx，用λyz按b类截面查表得φ=0.717σ=N/φA=274000/(0.717×2386)=161MPa215MPa。所选截面适合。斜腹杆中部填板放置两块（满足l1范围内不少于两块），la=287/3=95.7cm40i1=3.1×40=124cm。④斜腹杆30N=185KN（拉力），l0x=0.8l=228.7cm，l0y=l=285.9cm，计算所需净截面面积：An=N/f=192.4×103/215=895mm2选用2L63×5，A=12.29cm²，ix=1.94cm，iy=2.96cmλx=l0x/ix=228.7/1.94=118[λ]=350；λy=l0y/iy=285.9/2.96=96.6[λ]=350，刚度满足要求。拉杆强度验算：σ=N/An=185000/1229=151MPa215MPa所选截面适合。填板每个节间放置两块（满足l1范围内不少于两块），la=285.9/3=95.3cm＜80i1=1.94×80=155.2cm。⑤斜腹杆31N=-123KN（压力），l0x=0.8l=250.4cm，l0y=l=313.0cm，选用2L80×6。A=18.79cm²，ix=2.47cm，iy=3.65cm，λx=l0x/ix=250.4/2.47=101.4[λ]=150；λy=l0y/iy=313.0/3.65=85.9[λ]=150，刚度满足要求。b/t=80/6=13.30.58l0y/b=0.58×313/8=22.7λyz=λy[1+0.475b4/(l0y2t2)]=85.9[1+0.475×804/(31302×62)]=90.6λyzλx，用λx按b类截面查表得φ=0.546σ=N/φA=123000/(0.546×1879)=120MPa215MPa。所选截面适合。斜腹杆中部填板放置三块（满足l1范围内不少于两块），la=313/4=78.3cm40i1=