《桁架设计计算书》word版.doc

《《桁架设计计算书》word版.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《桁架设计计算书》word版.doc（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

云南大学城建学院 钢结构设计原理课程设计计算书 指导教师： 秦云 学生姓名： 裴博玉 班 级： 2011级生物技术 学 号： 20111070036 设计时间： 2014.7.25—2014.7.30 2014.8.5 —2014.8.8 桁架设计 1.设计资料 某厂房总长度108m，跨度可根据自己的情况从21m和24m两种情况中选用（同等情况下，前者的评分将较后者低5分），纵向柱距6m。厂房建筑采用封闭结合； 1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台50/10t（中级工作制），锻锤为2台5t。 2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235B钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345A钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（保证三点焊接，考虑屋面板能起到系杆的作用） 荷　　载：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0.7kN/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0.5kN/m2。 ③屋面各构造层的荷载标准值： 　　　　　三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.40kKN/m2 　　　　　 水泥砂浆找平层 0.50kN/m2 　　　　　 保温层 0.80kN/m2 　　　　　 一毡二油隔气层 0.05KN/m2 　　　　　水泥砂浆找平层 0.40kN/m2 　　　　　 预应力混凝土屋面板 1.50kN/m2 2.结构形式与布置 图2a . 24米跨屋架几何尺寸 桁架支撑布置如图： 3.荷载计算 屋面坡度i=1/10 沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/cosα=1.005 标准永久荷载： 　三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.40*1.005=0.402 kKN/m2 水泥砂浆找平层 0.50*1.005=0.503kN/m2 保温层 0.80*1.005=0.804kN/m2 一毡二油隔气层 0.05*1.005=0.503KN/m2 水泥砂浆找平层 0.40*1.005=0.402kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.50*1.005=1.508kN/m2 屋架及支撑自重： q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m2 共 4.506 kN/m2 施工活荷载 0.7 kN/m2 积灰荷载 0.5 kN/m2 三种荷载组合 ①全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点荷载设计值（按永久荷载为主控制的组合） F=（1.354.506+1.40.70.7+1.40.90.5）61.5=66.592kN 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=4.5061.3561.5=54.748kN（按永久荷载为主控制的组合） F1.2=4.5061.261.5=48.667kN（按可变荷载为主控制的组合） 对结构有利时：F1.3=4.5061.061.5=40.554kN 半跨节点可变荷载设计值 F2.1=（0.70.7+0.90.5）1.461.5=11.844kN （按永久荷载为主控制的组合） F2.2=（0.7+0.90.5）1.461.5=14.490kN （按可变荷载为主控制的组合） ③全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主控制的组合） 全跨节点桁架自重设计值： 对结构不利时：F3.1=0.3841.261.5=4.147kN 对结构有利时：F3.2=0.3841.061.5=3.456kN 半跨节点屋面板自重及活荷载设计值： F4=（1.21.508+1.40.7）61.5=25.106kN ① ②为使用阶段荷载情况，③为施工阶段荷载情况。 ② ③ 图2b . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 ④ ⑤ 图2c. 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 ⑥ 图2 24m跨屋架 4.内力计算 桁架杆件内力组合表 杆件名称 内力系数（F=1） 第一种组合F① 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.i①+F2.i② F1.i①+F2.i③ F3.i①+F4② F3.i①+F4③ 上弦 AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC、CD -8.72 -6.25 -2.47 -580.682 -580.682 DE、EF -13.53 -9.04 -4.49 -900.990 -900.990 FG、GH -15.26 -9.17 -6.09 -1016.19 -1016.19 HI -14.71 -7.38 -7.38 -979.568 -979.568 下弦 ac +4.73 +3.48 +1.25 314.980 314.980 ce +11.53 +8.0 +3.53 767.806 767.806 eg +14.65 +9.34 +5.31 975.573 975.573 gi +15.17 +8.44 +6.73 1010.201 1010.201 斜腹杆 aB -8.87 -6.53 -2.34 -590.671 -590.671 Bc +6.88 +4.76 +2.12 +458.153 +458.153 cD -5.44 -3.14 -2.03 -362.26 -362.26 De +3.70 +1.90 +1.80 +246.390 +246.390 eF -2.46、 +0.71 -1.75 -163.816 -163.816 Fg +1.11 -0.45 +1.56 +73.917 55.44 （F1.1，F2.1） 79.25 （F1.1，F2.1） -6.39 （F3.1，F4） 44.07 （F3.1，F4） +79.25，-6.39 gH +0.02 +1.55 -1.53 1.332 23.27 （F1.3，F2.2） -17.03 （F1.1，F2.1） 38.98 （F3.2，F4） -38.32 （F3.1，F4） -38.32 ，38.98 Hi -1.08 -2.47 1.39 -71.919 -88.38 (F1，1 ,F2，1) -42.66 (F1，1 ,F2，1) -66.78 （F3，1 ,F4） 31.16 （F3，2 ,F4） -88.38 31.16 竖杆 Aa -0.5 -0.5 0 -33.296 -33.30 Cc、Ee、Gg -1.0 -1.0 0 -66.592 -66.59 Ii 0 +0.97 0 0 0 注：F=66.592kN,F1.1=54.748kN,F1.2=48.667 kN,F1.3=40.554kN;F2.1=11.844kN,F2.2=14.490kN;F3.1=4.147kN,F3.2=3.456kN,F4=25.106kN。 5.杆件设计 （1） 上弦杆 整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。 N=-1016.19kN=-1016190N 上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，lox=150.8cm 在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况， 取loy=3lox=3150.8=452.4cm 由于loy=3lox，故截面宜选择两个不等支角钢，短肢相并，如下图： 腹杆最大内力N=590.671kN ,查表9.6.4，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。 设λ=60，查附录4得=0.807 需要截面积：A=N/( f)= 1016190/（0.807310）=4062.0mm2 需要的回转半径：ix=lox/λ=150.8/60=2.51cm iy=loy/λ=452.4./60=7.54cm 根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用2∟1258012, A=46.70cm2, ix=3.95cm,iy=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所选角钢进行验算： λx = lox/ ix=150.8/3.95=38.18 因为 b1/t=10.42<0.56 loy/ b1=0.564524/125=20.27 故有 λyz=λy= loy/iy=452.4/6.23=72.62<[λ]=150 截面在x和y平面皆属b类，由于λyz >λx ,只需求y ，查表得y =0.738 N/( yA)= 1016190/（0.7384670）=294.85N/mm2<310 N/mm2 所选截面合适. （2）下弦杆 整个下弦采用同一截面，按gi杆件的最大设计值设计。 N=1010.201kN =1010201N ，lox=300cm ，loy=1185cm 所需截面积 An=N/f=1010201/310=3258.7mm2=32.59 cm2 选用2∟1258012，由于loy >> lox ,故用不等支角钢，短肢相并，如图 A=46.70cm2 > 32.59cm2 ix=3.95cm , iy=6.23cm, λoy = loy/ iy=1185/6.23=190.20<[λ]=350 考虑下弦有2φ21.5mm栓孔削弱，下弦净截面面积 An=4670-221.512=4154mm2 σ=N/An=1010201/4154=243.19 N/mm2 <310 N/mm2 （3）端斜杆aB 杆件轴力：N=-590.671kN =-590671kN 计算长度：lox = loy =253.5cm， 由于lox = loy ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix≈iy。 选用2∟1409010 ，如图所示： A=44.522cm2，ix=4.47cm , iy=3.74cm , b2/t=90/10=9. λx = lox/ ix=253.5/4.47=56.71 由于 b/t=90/10=9<0.48 loy / b =0.482535/90=13.52 故 λyz=λy [1+1.09 b 4/（loy 2t2）]=75.32<[λ]=150 由于λyz >λx ,只求y =0.718 σ=N/( yA)= 590671/（0.7184452.2）=184.78 N/mm2 <310 N/mm2 所需截面合适 （4）Bc杆 杆件轴力： N=458.153KN=458153N 杆件计算长度： lox =0.8*260.8cm=208.64cm，loy =260.8cm 所需截面积： An=N/f=1477.91mm2 选用2∟1007等边角钢如图， A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cm λx = lox/ ix=208.64/3.09=67.52<[λ]=350 λy = loy/ iy=260.8/4.53=57.57<[λ]=350 σ=N/An= 458153/2759.2=166.05 N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （5） cD杆 杆件轴力： N=-362.26KN 计算长度： lox =0.8*285.9=228.72cm loy=285.9cm 选用2∟1007等边角钢如图， A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cm λx = lox/ ix=228.72/3.09=74.02<[λ]=150 因为 b/t=100/7=14.29<0.58 loy / b =0.582859/100=16.58 所以 λy = loy/ iy=285.9/4.53=63.11 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=70.59<[λ]=150 x=0.751 σ=N/( xA)= 362260/（0.7512759.2）=174.82N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （6）De杆 杆件轴力： N=246.390KN=246390N 杆件计算长度： lox =0.8*285.9cm=228.72cm，loy =285.9cm 所需截面积： An=N/f=749.81mm2 选用2∟635等边角钢如图， A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=228.72/1.94=117.90<[λ]=350 λy = loy/ iy=285.9/3.04=94.05<[λ]=350 σ=N/A= 246390/1228.6=200.55 N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （7）eF杆 杆件轴力： N=-163.816KN 计算长度： lox =0.8*312.9=250.32cm loy=312.9cm 选用2∟805等边角钢如图， A=15.824cm2 ix =2.48cm iy =3.71cm λx = lox/ ix=250.32/2.48=100.94<[λ]=150 因为 b/t=80/5=16<0.58 loy / b =0.583129/80=22.69 所以 λy = loy/ iy=312.9/3.71=84.34 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=91.04<[λ]=150 x=0.549 σ=N/( xA)= 163816/（0.5491582.4）=188.57N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （8） Fg杆 最大拉力：N=79.25KN 最大压力：N=-6.39KN 计算长度： lox =0.8*311.9=249.52cm loy=311.9cm 选用2∟635等边角钢如图， A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=249.52/1.94=128.62<[λ]=150 因为 b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.583119/63=28.71 所以 λy = loy/ iy=311.9/3.04=102.60 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=107.58<[λ]=150 x=0.394 σ=N/( xA)= 6390/（0.3941228.6）=13.20N/mm2 <310 N/mm2 拉应力： σ=N/A= 79250/1228.6=64.50 N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （9）gH杆 最大拉力：N=38.98KN 最大压力：N=-38.32KN 计算长度： lox =0.8*339.6=271.68cm loy=339.6cm 选用2∟635等边角钢如图， A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=271.68/1.94=140.04<[λ]=150 因为 b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.583396/63=31.26 所以 λy = loy/ iy=339.6/3.04=111.71 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=114.61<[λ]=150 x=0.345 σ=N/( xA)= 38320/（0.3451228.6）=90.41N/mm2 <310 N/mm2 拉应力： σ=N/A= 38980/1228.6=31.73N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （10）Hi杆 最大拉力：N=31.16KN 最大压力：N=-88.38KN 计算长度： lox =0.8*337=269.6cm loy=337cm 选用2∟635等边角钢如图， A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=269.6/1.94=138.97<[λ]=150 因为 b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.583370/63=31.03 所以 λy = loy/ iy=337/3.04=110.86 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=113.78<[λ]=150 x=0.349 σ=N/( xA)= 88380/（0.3491228.6）=201.12N/mm2 <310 N/mm2 拉应力： σ=N/A= 31160/1228.6=25.36N/mm2 <310 N/mm2 所选截面合适。 （11）竖杆Aa 杆件轴力： N=-33.3KN 计算长度： lox =0.8*199=159.2cm loy=199cm 内力较小，按[λ]=150选择，需要的回转半径为： ix=lox/[λ]=159.2/150=1.06cm , iy=loy/[λ]=199/150=1.33cm 选用2∟635等边角钢如图， A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=159.2/1.94=82.06<[λ]=150 因为 b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.581990/63=18.32 所以 λy = loy/ iy=199/3.04=65.46 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=70.41<[λ]=150 由于λx > λyz,只需求 x ， x=0.675 σ=N/( xA)= 33300/（0.6751228.6）=40.15N/mm2 <310 N/mm2 （12）竖杆Cc,Ee,Gg： 按Gg杆件的最大设计内力设计。 杆件轴力：N=-66.59KN 计算长度： lox =0.8*289=231.2cm loy=289cm 内力较小，按[λ]=150选择，需要的回转半径为： ix=lox/[λ]=231.2/150=1.54cm , iy=loy/[λ]=199/150=1.93cm 选用2∟635等边角钢如图， A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=231.2/1.94=119.18<[λ]=150 因为 b/t=63/5=12.6<0.58 loy / b =0.582890/63=26.61 所以 λy = loy/ iy=289/3.04=95.07 λyz=λy [1+0.475 b 4/（loy 2t2）]=98.48<[λ]=150 由于λx > λyz,只需求 x ， x=0.417 σ=N/( xA)= 66590/（0.4171228.6）=129.98N/mm2 <310 N/mm2 （13）竖杆Ii： 已知N=0KN lox =3190cm loy=3190cm 选用十字形截面 2∟635等边角钢如图 A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cm λx = lox/ ix=319/1.94=164.43<[λ]=200 λy = loy/ iy=319/3.04=104.93<[λ]=200 所选截面满足。 表 杆件截面选择表 杆件 计算内力/kN 截面规格 截面面积/ cm2 计算长度 回转半径 长细比 容许长细比[λ] 稳定系数 应力σ （N/ mm2） 名称 编号 lox loy ix iy λx λy x y 上弦 FG、GH -1016.19 2∟1258012 46.70 150.8 452.4 3.95 6.23 38.18 72.62 150 0.738 294.85 下弦 gi 1010.201 2∟1258012 46.70 300 1185 3.95 6.23 75.95 190.20 350 243.19 斜腹杆 aB -590.671 2∟1409010 44.522 253.5 253.5 4.47 3.74 56.71 75.32 150 0.718 184.78 Bc 458.153 2∟1007 27.592 208.64 260.8 3.09 4.53 67.52 57.57 350 166.05 cD -362.26 2∟1007 27.592 228.72 285.90 3.09 4.53 74.02 63.11 150 0.751 174.82 De 246.390 2∟635 12.286 228.72 285.90 1.94 3.04 117.90 94.05 350 200.55 eF -163.816 2∟805 15.824 250.32 312.90 2.48 3.71 100.94 84.34 150 0.549 188.57 Fg +79.25，-6.39 2∟635 12.286 249.52 311.90 1.94 3.04 128.62 102.60 150 0.394 64.50 gH -38.32，39.98 2∟635 12.286 271.20 339.60 1.94 3.04 140.04 111.71 150 0.346 90.41 Hi +31.16，-88.38 2∟635 12.286 269.60 337.00 1.94 3.04 138.97 110.86 150 0.349 201.12 竖杆 Aa -33.3 2∟635 12.286 159.20 199.00 1.94 3.04 82.06 65.46 150 0.675 40.15 Cc -66.59 2∟635 12.286 183.20 229.00 1.94 3.04 94.43 75.33 150 0.594 129.98 Ee -66.59 2∟635 12.286 207.20 259.00 1.94 3.04 106.80 85.20 150 0.511 129.98 Gg -66.59 2∟635 12.286 231.20 289.00 1.94 3.04 119.18 95.07 150 0.417 129.98 Ii 0 2∟635 12.286 319.00 319.00 1.94 3.04 164.43 104.93 200 0 6.节点设计 （1）下弦节点“c” 见图 各类杆件的内力由表查得。 用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。 设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为： 设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为： “Cc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为。 下弦与节点板连接的焊缝长度为46cm, 所受的力为左右两下弦杆的内力差，，受力较大的肢背处焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。 （2）上弦节点“B” 见图 Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。 aB杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为： 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下： 上弦与节点板间焊缝长度为505mm。选择：505*290 节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下： 满足要求。 （3）屋脊节点“I” （见图） 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。 设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）： 拼接角钢的长度取。 上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点板长度为40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为： 因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦与节点板的连接用工地焊缝。腹杆Hg与节点板的连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。 （4）支座节点“a” （见图） 为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为14mm。 ① 支座底板的计算 支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，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280200mm2=56000mm2。 验算柱顶混凝土的抗压强度： 为混凝土强度设计值，对C30混凝土， 底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边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，为底板下的平均应力： 为两支承边之间的对角线长度： β为系数，由b1/a1查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离。 由相似三角形的关系，得： ， 查表8.4.1得 底板厚度： f=295N/mm2 t应该增大到1.03倍，取t=20mm。 ②加劲肋与节点板的连接焊缝计算 加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4，即： 则焊缝内力为：， 设焊缝，焊缝计算长度，则焊缝应力为： ③ 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， 设节点板与底板的连接焊缝的焊脚尺寸hf=6mm，则焊缝长度为536mm 焊缝强度验算： 加劲肋、节点板与底板的连接焊缝长度之和 满足要求. （5）下弦中央节点“i”（见图） 斜腹杆尺寸：肢尖焊脚为4mm，尺寸长度为24mm，取40mm。肢背焊脚尺寸为8mm，长度为27mm，取40mm。 下弦杆与拼接角钢连接焊缝计算： 设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm 。则需焊缝长度为 拼接角钢的长度取200mm。 下弦与节点板之间的角焊缝，假定承受节点荷载。下弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：，焊缝应力为： 满足要求。