钢结构设计计算书.docx

1、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，1.56m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400400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m

2、2，积灰荷载标准值0.5KN/m2，基本雪压为0.45 KN/m2，基本风压为0.30 KN/m2。（2）屋架计算跨度：=24-20.15=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（8460）、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

3、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1.41.41.35=1.89二毡三油（上铺绿豆沙）防水层0.40.4

4、1.35=0.54找平层（厚2cm）0.40.41.35=0.5480mm厚珍珠岩保温层0.084=0.320.321.35=0.43管道荷载0.10.11.35=0.135屋架和支撑自重0.117+0.01124=0.3810.3811.35=0.51永久荷载总和3.04.05屋面活荷载0.70.71.40.98积灰荷载0.50.61.40.7可变荷载总和1.21.68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）1.250.3=0.315 KN/m2背风面：W2=1.4（0.5）1.250.3=0.2

5、63 KN/m2W1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) 1.56=51.57kN2、组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载： =4.051.56=36.45 kN 半跨节点可变荷载： =1.681.56=15.12kN3、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： =0.521.56=4.68kN半跨节点屋面板自重及活荷载

6、：=(1.89+0.98) 1.56=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第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨F1F2F1F2F3F4F3F4上弦ABBC、CDDE、EF FGGH、HI0-8.85-13.96-15.98-16.110-6.67-9.95-10.46-10.510-2.81-5.18-7.12-7.

7、120-456.39 -719.92 -824.09-830.790-423.43-659.29 -740.63-746.12 0-365.07-587.16 -690.13-694.860-213.70-322.34-344.97-346.870-114.00 -199.13-258.70-259.30 0-456.39-719.92 -824.09-830.79下弦abbccdde4.7611.8215.2115.613.688.6910.438.871.44.046.178.71245.47609.56784.38 805.01229.14562.23712.11703.10 194.6

8、7491.92647.69700.68117.33 279.78 340.59302.1758.44159.67230.55 298.03 245.47609.56784.38 805.01斜腹杆aBBbbDDccFFddIGJ-8.857.02-5.593.91-2.611.470.510.21-6.835.15-3.792.29-1.040.042.270.21-2.612.41-2.332.09-2.041.85-2.28 0-456.39362.02-288.28 201.64-134.6075.8126.3010.83-425.85333.75-261.06177.14-110.86

9、54.19 52.9110.83 -362.05292.32-238.99174.12-125.9881.55 -15.88 7.65-217.84165.88 -124.0677.45-39.087.9161.02 6.41-108.8395.10-86.3572.28-64.9154.67 -56.51 0.98-456.39362.02-288.28 201.64-134.688.5561.02-56.5110.83，竖杆AaCbEcGdHjIe-0.50-1.00-1.03-1.630.14 0-0.50-1.00-1.02-1.63-0.14 0-0.00-0.00-0.00-0.0

10、0 0 0-25.79 -51.57 -53.12-84.06-7.220.00 -25.79-51.57-52.97 -84.06-7.22 0-18.23-36.45-37.54 -59.41 -5.10 0-15.26-30.51-31.17-49.734.27 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N456.39kN，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

11、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。2 L 180110105.1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2L18011010，则A=5680， =3.13cm ， =8.71cm。按所选角钢进行验算=48.1=150=68.9=150由于则可近似取 由于 ，查轴心受力稳定系数

12、表，0.757 =1923.2N/215 N/ 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 2 L1258010，a=12mm。因，故用不等肢角钢，短肢相并，如图5.2所示2 L 12580105.2 下弦截面A=3940， =2.26cm，=6.19cm。=132.7 =350 =191.4 =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，

13、故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用2 L1409010，a=12mm，如图5.3所示。则A4460，4.47cm，3.73cm。 2 L1409010 图5.3 端斜杆截面= 56.1=150= =67.3=150由于=13.4故由，按b类查表=0.7176142.6N/215 N/ 故所选截面满足要求。填板放两块： =100 cm40=404.47=178.8 cm （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=0.82593=2074.4mm 屋架平面外根据支撑布置取=2593mm选用 2 L1006，a=12mm，如图5.4所示。则A=2386， =3.10cm，=4.51cm。 2L1006 图5.4 斜杆Bb截面 =151.7N/215 N/ =70=350 =57.5=350故所选截面满足要求。填板放两块， =100cm80=803.10=248cm