钢结构设计计算书.docx
《钢结构设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构设计计算书.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
钢结构设计计算书
梯形屋架设计计算书
一、设计资料
（1）某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高8.5m，柱顶标高18m，地震设计烈度7度。
采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺80mm厚珍珠岩制品保温层（容重为4KN/m3），二毡三油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.4KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/12，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C25，上柱截面400×400mm。
钢材选用Q235B，焊条采用E43型。
屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.5KN/m2，基本雪压为0.45KN/m2，基本风压为0.30KN/m2。
（2）屋架计算跨度：
=24-2×0.15=23.7m
（3）跨中及端部高度：
本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在24m轴线处的端部高度，屋架的中间高度：
h=2990m，则屋架在29.7处，两端的高度为。
屋架跨中起拱按考虑，取60mm。
二、结构形式与布置
（1）屋架形式与布置如图1所示
图1梯形钢屋架形式及几何尺寸
（2）根据厂房长度（84＞60）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。
因轴网采用封闭结合，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。
梯形钢屋架支撑布置如图2所示：
三、荷载计算
（1）屋面和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0.7kN/进行算。
屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算：
，跨度单位为m。
荷载计算见表1所示：
表1荷载计算表
荷载名称
标准值（kN/）
设计值（kN/）
预应力钢筋混凝土大型屋面板
1.4
1.4×1.35=1.89
二毡三油（上铺绿豆沙）防水层
0.4
0.4×1.35=0.54
找平层（厚2cm）
0.4
0.4×1.35=0.54
80mm厚珍珠岩保温层
0.08×4=0.32
0.32×1.35=0.43
管道荷载
0.1
0.1×1.35=0.135
屋架和支撑自重
0.117+0.011×24=0.381
0.381×1.35=0.51
永久荷载总和
3.0
4.05
屋面活荷载
0.7
0.7×1.4＝0.98
积灰荷载
0.5
0.6×1.4＝0.7
可变荷载总和
1.2
1.68
风荷载：
风荷载的高度变化系数为1.25，屋面迎风面对体型系数为－0.6，背风面为－0.5，所以负风压的设计值为
迎风面：
W1=1.4×（－0.6）×1.25×0.3=－0.315KN/m2
背风面：
W2=1.4×（－0.5）×1.25×0.3=－0.263KN/m2
W1和W2垂直于水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载，故将拉杆的长细比依然控制在350以内。
图2梯形屋架支撑布置
（2）设计屋架时，应考虑以下三种组合：
1、组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载：
F=（4.05+1.68）×1.5×6=51.57kN
2、组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
=4.05×1.5×6=36.45kN
半跨节点可变荷载：
=1.68×1.5×6=15.12kN
3、组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载
全跨节点屋架自重：
=0.52×1.5×6=4.68kN
半跨节点屋面板自重及活荷载：
=（1.89+0.98）×1.5×6=25.83kN
四、内力计算
屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3：
由图解法或数解法解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1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所示：
图3屋架计算简图
表2屋架构件内力组合表
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
③
F1×①＋F2×②
F1×①＋F2×③
F3×①＋F4×②
F3×①＋F4×③
上
弦
AB
BC、CD
DE、EF
FG
GH、HI
0
-8.85
-13.96
-15.98
-16.11
0
-6.67
-9.95
-10.46
-10.51
0
-2.81
-5.18
-7.12
-7.12
0
-456.39
-719.92
-824.09
-830.79
0
-423.43
-659.29
-740.63
-746.12
0
-365.07
-587.16
-690.13
-694.86
0
-213.70
-322.34
-344.97
-346.87
0
-114.00
-199.13
-258.70
-259.30
0
-456.39
-719.92
-824.09
-830.79
下
弦
ab
bc
cd
de
4.76
11.82
15.21`
15.61
3.68
8.69
10.43
8.87
1.4
4.04
6.17
8.71
245.47
609.56
784.38
805.01
229.14
562.23
712.11
703.10
194.67
491.92
647.69
700.68
117.33
279.78
340.59
302.17
58.44
159.67
230.55
298.03
245.47
609.56
784.38
805.01
斜
腹
杆
aB
Bb
bD
Dc
cF
Fd
dI
GJ
-8.85
7.02
-5.59
3.91
-2.61
1.47
0.51
0.21
-6.83
5.15
-3.79
2.29
-1.04
0.04
2.27
0.21
-2.61
2.41
-2.33
2.09
-2.04
1.85
-2.28
0
-456.39
362.02
-288.28
201.64
-134.60
75.81
26.30
10.83
-425.85
333.75
-261.06
177.14
-110.86
54.19
52.91
10.83
-362.05
292.32
-238.99
174.12
-125.98
81.55
-15.88
7.65
-217.84
165.88
-124.06
77.45
-39.08
7.91
61.02
6.41
-108.83
95.10
-86.35
72.28
-64.91
54.67
-56.51
0.98
-456.39
362.02
-288.28
201.64
-134.6
88.55
61.02
-56.51
10.83，
竖
杆
Aa
Cb
Ec
Gd
Hj
Ie
-0.50
-1.00
-1.03
-1.63
0.14
0
-0.50
-1.00
-1.02
-1.63
-0.14
0
-0.00
-0.00
-0.00
-0.00
0
0
-25.79
-51.57
-53.12
-84.06
-7.22
0.00
-25.79
-51.57
-52.97
-84.06
-7.22
0
-18.23
-36.45
-37.54
-59.41
-5.10
0
-15.26
-30.51
-31.17
-49.73
4.27
0
-2.34
-4.68
-4.82
-7.63
-0.66
0
-25.79
-51.57
-53.12
-84.06
-7.22
0
五、杆件设计
腹杆最大内力N＝－456.39kN，查表7-4可知，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。
（1）上弦杆
整个上弦杆采用等截面，按GH、HI杆件最大内力计算，N=－830.79KN，
上弦杆计算长度：
在屋架平面内：
为节间轴线长度，即=1505mm
在屋架平面外：
本屋架为无檩条体系，并认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取=6000mm.
因为2≈，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图5.1所示。
2L180×110×10
5.1上弦截面
设=70，查Q235钢的稳定系数表，=0.751
需要截面积为：
===5145.3
需要回转半径为：
==21.5mm
==85.7mm
根据需要的、、查角钢型钢表，选用2L180×110×10，则A=5680，=3.13cm，=8.71cm。
按所选角钢进行验算
===48.1＜[λ]=150
===68.9＜[λ]=150
由于
则可近似取由于，查轴心受力稳定系数表，＝0.757
=1923.2N/<215N/
故所选截面合适。
（2）下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=805.01KN
计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度为：
=3000mm
屋架平面外根据支撑布置取=23700/2=11850mm
计算需要净截面面积A==3744.2
选用2L125×80×10，a=12mm。
因＞，故用不等肢角钢，短肢相并，如图5.2所示
2L125×80×10
5.2下弦截面
A=3940，=2.26cm，=6.19cm。
==132.7<[λ]=350
=191.4<[λ]=350
故所选截面满足要求。
（3）端斜杆aB
杆件轴力：
N=－456.39KN
计算长度：
＝=2509mm
因为＝，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。
选用2L1409010，a=12mm，如图5.3所示。
则A＝4460，＝4.47cm，＝3.73cm。
2L1409010
图5.3端斜杆截面
=56.1＜［λ］=150
==67.3＜［λ］=150
由于=13.4
故由＞＞，按b类查表=0.7176
142.6N/<215N/
故所选截面满足要求。
填板放两块：
=100cm＜40=40×4.47=178.8cm
（4）斜杆Bb
杆件轴力：
N=362.02kN
计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度：
=0.8=0.8×2593=2074.4mm
屋架平面外根据支撑布置取=2593mm
选用2L1006，a=12mm，如图5.4所示。
则A=2386，=3.10cm，=4.51cm。
2L100×6
图5.4斜杆Bb截面
=151.7N/<215N/
==70＜[λ]=350
=57.5＜[λ]=350
故所选截面满足要求。
填板放两块，=100cm＜80=80×3.10=248cm
升级会员 