18米普通钢桁架设计计算书

钢屋架设计姓名：班级：学号：指导教师：11.原始资料：某工业厂房为单跨，无天窗，纵向长度为60m，跨度为18m，采用梯形钢屋架，无檩方案，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土屋面板，100mm厚泡沫混凝土保温层，二毡三油改性沥青防水卷材屋面，屋面为上人屋面，坡度为i=1/15。屋架铰支于钢筋砼柱上，柱截面400mm×400mm，砼标号为C25，车间无吊车。屋架采用的钢材为Q345钢，手工焊。2.屋架形式和几何尺寸确定屋架计算跨度（每端支座中线缩进150mm）：lo=18-2×0.15=17.7m跨中及端部高度桁架的中间高度：h=2250mm在17.7m的两端高度：h=1650mm桁架跨中起拱50mm图1桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置图如图2所示：2图234.荷载和内力计算4.1荷载计算：4.11屋面永久荷载标准值：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；②屋面活荷载：施工活荷载标准值为2.0kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。积灰荷载标准值：0.5kN/m2。③屋面各构造层的荷载标准值：二毡三油改性沥青防水层0.40kN/m2水泥砂浆找平层0.40kN/m2保温层0.60kN/m2预应力混凝土屋面板1.50kN/m2屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以21/cos101/101.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（0.120.011WP支撑）计算，跨度单位m。永久荷载标准值：二毡三油改性沥青防水层1.002×0.4kN/m2=0.4008kN/m2水泥砂浆找平层1.002×0.4kN/m2=0.4008kN/m2保温层1.002×0.6kN/m2=0.6012kN/m2预应力混凝土屋面板1.002×1.5kN/m2=1.503kN/m2桁架和支撑自重0.12KN/m2+0.011×18kN/m2=0.318kN/m2总计：3.2kN/m2可变荷载标准值：4屋面活荷载2.0kN/m2积灰荷载0.5kN/m24.2荷载组合：设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：F=（1.35×3.2kN/㎡+1.4×0.7×2.0kN/㎡+1.4×0.9×0.5kN/㎡）×1.5m×6m=62.19kN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1.1=1.35×3.2kN/㎡×1.5m×6m=38.88kN(按永久荷载为主的组合)F1.2=1.2×3.2kN/㎡×1.5m×6m=34.54kN(按可变荷载为主的组合)对结构有利时：F1.3=1.0×3.2kN/㎡×1.5m×6m=28.8kN半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4×（0.7×2.0kN/㎡+0.9×0.5kN/㎡）×1.5m×6m=23.31kN(按永久荷载为主的组合)F2.2=1.4×（2.0+0.9×0.5）kN/㎡×1.5m×6m=22.05kN(按可变荷载为主的组合)(3)全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主的组合)全跨节点屋架自重设计值：对结构不利时：F3.1=1.2×0.318kN/㎡×1.5m×6m=3.43kN对结构有利时：F3.2=1.0×0.318kN/㎡×1.5m×6m=2.86kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2×1.503kN/㎡+1.4×2.0kN/㎡）×1.5×6=41.4kN5（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。单位力作用下的计算详图见图3。4.3内力计算假设屋架杆件的连接均为铰接，则屋架为静定结构，内力计算与杆件截面无关。在半跨单元节点力作用下，各杆件的内力系数如下图所示。（a）(b)图4桁架各杆件的内力系数表1桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=1)第一种组合F×①第二种组合第三种组合计算杆件内力/KN全跨①左半跨②右半跨③F1，i×①+F2，i×②F1，i×①+F2，i×③F3，i×①+F4×②F3，i×①+F4×③上AB0000000006弦BC、CD-6.22-4.37-1.85-386.82-386.82DE、EF-8.99-5.64-3.36-559.09-559.09FG-9.1-4.55-4.55-565.93-565.93下弦ac3.472.540.93215.80215.80ce7.965.332.64495.03495.03eg9.285.313.97577.12577.12斜腹杆aB-6.5-4.75-1.75-404.24-404.24Bc4.743.161.58294.78294.78cD-3.38-1.86-1.52-210.20-210.20De1.880.541.34116.92116.92eF-0.690.62-1.31-42.91-12.32(F1，1,F2,1)-57.36(F1，1,F2,1)23.30(F3，1,F4)-56.60(F3，1,F4)-57.3623.30Fg-0.46-1.631.1728.62-55.88(F1，1,F2,1)9.39，(F1，1,F2,1)-68.80(F3，2,F4)46.86(F3，1,F4)-68.8046.86竖杆Aa-0.50-0.500-31.10-31.10Cc-1.00-1.000-62.19-62.19Ee-1.00-1.000-62.19-62.19Gg0.810.410.41-50.37-50.37注：F=62.19kN；F1.1=38.88kN；F1.2=34.54kN；F1.3=28.8kN；F2.1=23.31kN；F2.2=22.05kN；F3.1=3.43kN；F3.2=2.86kN；F4=41.4kN。四、杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG杆之最大设计内力设计。N=565.93kN。上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：cmlox8.1507在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：cmcmloy6.3018.1502因为oxoyll2，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并(图5)。腹杆最大内力N=404.24kN，查表9.6.4，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度用14mm。设λ=60，查附录4得0.807需要截面积：322932.231037260.807310/NNAmmfNmm需要回转半径：cmcmlioxx51.2608.150，cmcmlioyy03.5606.301根据需要的A、xi、yi查角钢型钢规格表(附录8)，选2L140×90×10，A=44522mm，xi=2.56cm、yi=6.85cm，b1/t=140/10=14,按所选角钢进行验算：91.5856.28.150cmcmilxoxx，301.644.036.85oyyylcmicm因为06.12140/301656.0/56.014/101bltby所以15013.541407.521030161101407.37.5217.342241221btltboyyz满足允许长细比的要求。截面在x和y平面皆属b类，由于xyz，只需求x。查附录得0.743x。3222932.2310281.82/310/0.7434452xNNNmmNmmAmm，所选截面合适。8图52、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算:N=577.12kN。计算长度：,3000cmlx01185ylcm所需净截面面积为：22389.29/3101074.926cmmmNNfNAn选用2L140×90×8。因为xyll00，故用不等肢角钢，短肢相并(图6)。A=36.08cm229.89cm22.587,6.80xyicmicm。00/1185/6.80174.26250yyyli考虑下弦有2φ21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：23092125.2123608mmAn3222926.7410299.72/310/3092nNNNmmNmmAmm所选取的截面满足要求。图63、端斜杆(aB杆)：杆件轴力：N=-404.24kN计算长度:,5.25300cmllyx因为yxll00，故采用不等肢角钢，长肢相并，使yxii。选用角钢92L125×80×10(图7)。A=39.42cm2,23.98,3.39,/80/108xyicmicmbt。截面刚度和稳定性验算：253.563.69[]1503.98oxxxlcmicm，因为202/80.48/0.482535/8015.21ybtlb442222201.09253.51.09801179.97[]1503.39253510yzyyblt因xyz，只求0.576y：3222541.8710238.65/310/0.5763942yNNNmmNmmAmm，所需截面合适。图74、腹杆Hi:最大拉力：N=31.04kN最大压力：N=-83.06kN桁架平面内计算长度：cmcmllx6.2693378.08.00桁架平面外计算长度：cmlly337010选用2L70×4（图8），A=11.142cm，xi=2.18cm、yi=3.29cm，b/t=70/4=17.5,按所选角钢进行验算：15067.12318.26.269cmcmilxoxx，337102.431503.29oyyylcmicm因为0/17.50.58/0.583370/7027.92ybtlb所以15086.1084337070475.0143.102475.012242204tlbyyyz满足允许长细比的要求。截面在x和y平面皆属b类，由于xyz，只需求x。查(附录4)轴心受力稳定系数表得0.312x。322283.0610238.97/310/0.3121114xNNNmmNmmAmm，所选截面合适。拉应力：322231.041027.86/310/1114nNNNmmNmmAmm所选取的截面满足要求。图85、中竖杆(Ii杆)：杆件轴力：NIi=103.99kN(拉)，11计算长度:cmcmll1.2873199.09.00取[]250，需要截面面积为：233.3823101051.118mmfNAn需要的回转半径为：00287.11.15[]250lcmicm。查型钢表选用十字形截面L56×5（图9），得截面几何特性：A=10.83cm2,cmi167.2287.1132.49[]2502.167olcmcmicm考虑有mm5.212的栓孔削弱，净截面面积：2567125.2121083mmAn2567125.2121083mmAn2223/310/01.2095671051.118mmNmmNmmNANn，所需截面合适。图9其余各杆件的截面选择计算过程不作一一列出，计算结果详见表2。表2杆件截面选择表12杆件内力/KN截面规格面积/cm2计算长度/cm回转半径/cmoxloylxiyi上弦-565.93短肢相并2L140X90X1044.52150.80301.602.566.85下弦577.12