《桁架设计计算书》word版.doc

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： 2014.7.252014.7.30 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：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；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。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/m22.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/cos=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）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 为使用阶段荷载情况，为施工阶段荷载情况。 图2b . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图2c. 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 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F1.i+F2.iF1.i+F2.iF3.i+F4F3.i+F4上弦AB000000000BC、CD-8.72-6.25-2.47-580.682-580.682DE、EF-13.53-9.04-4.49-900.990-900.990FG、GH-15.26-9.17-6.09-1016.19-1016.19HI-14.71-7.38-7.38-979.568-979.568下弦ac+4.73+3.48+1.25314.980314.980ce+11.53+8.0+3.53767.806767.806eg+14.65+9.34+5.31975.573975.573gi+15.17+8.44+6.731010.2011010.201斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-590.671-590.671Bc+6.88+4.76+2.12+458.153+458.153cD-5.44-3.14-2.03-362.26-362.26De+3.70+1.90+1.80+246.390+246.390eF-2.46、+0.71-1.75-163.816-163.816Fg+1.11-0.45+1.56+73.91755.44（F1.1，F2.1） 79.25（F1.1，F2.1）-6.39（F3.1，F4）44.07（F3.1，F4）+79.25，-6.39gH+0.02+1.55-1.531.33223.27（F1.3，F2.2）-17.03（F1.1，F2.1）38.98（F3.2，F4）-38.32（F3.1，F4）-38.32，38.98Hi-1.08-2.471.39-71.919-88.38(F1，1 ,F2，1)-42.66(F1，1 ,F2，1)-66.78（F3，1 ,F4）31.16（F3，2 ,F4）-88.3831.16竖杆Aa-0.5-0.50-33.296-33.30Cc、Ee、Gg-1.0-1.00-66.592-66.59Ii0+0.97000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=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/=150.8/60=2.51cmiy=loy/=452.4./60=7.54cm根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用21258012,A=46.70cm2, ix=3.95cm,iy=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所选角钢进行验算： x = lox/ ix=150.8/3.95=38.18因为b1/t=10.420.56 loy/ b1=0.564524/125=20.27故有 yz=y= loy/iy=452.4/6.23=72.62x ,只需求y ，查表得y =0.738N/( yA)= 1016190/（0.7384670）=294.85N/mm2 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,oy = loy/ iy=1185/6.23=190.20=350考虑下弦有221.5mm栓孔削弱，下弦净截面面积An=4670-221.512=4154mm2=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ixiy。选用21409010 ，如图所示：A=44.522cm2，ix=4.47cm , iy=3.74cm , b2/t=90/10=9. x = lox/ ix=253.5/4.47=56.71由于b/t=90/10=90.48 loy / b =0.482535/90=13.52故 yz=y 1+1.09 b 4/（loy 2t2）=75.32x ,只求y =0.718=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21007等边角钢如图，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=208.64/3.09=67.52=350 y = loy/ iy=260.8/4.53=57.57=350=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21007等边角钢如图，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=228.72/3.09=74.02=150 因为 b/t=100/7=14.290.58 loy / b =0.582859/100=16.58所以 y = loy/ iy=285.9/4.53=63.11yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=70.59=150x=0.751=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2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=228.72/1.94=117.90=350y = loy/ iy=285.9/3.04=94.05=350=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2805等边角钢如图，A=15.824cm2 ix =2.48cm iy =3.71cmx = lox/ ix=250.32/2.48=100.94=150 因为 b/t=80/5=160.58 loy / b =0.583129/80=22.69所以 y = loy/ iy=312.9/3.71=84.34yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=91.04=150x=0.549=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2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=249.52/1.94=128.62=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.583119/63=28.71所以 y = loy/ iy=311.9/3.04=102.60yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=107.58=150x=0.394=N/( xA)= 6390/（0.3941228.6）=13.20N/mm2 310 N/mm2 拉应力：=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2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=271.68/1.94=140.04=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.583396/63=31.26所以 y = loy/ iy=339.6/3.04=111.71yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=114.61=150x=0.345=N/( xA)= 38320/（0.3451228.6）=90.41N/mm2 310 N/mm2 拉应力：=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2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=269.6/1.94=138.97=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.583370/63=31.03所以 y = loy/ iy=337/3.04=110.86yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=113.78=150x=0.349=N/( xA)= 88380/（0.3491228.6）=201.12N/mm2 310 N/mm2 拉应力：=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=150选择，需要的回转半径为： ix=lox/=159.2/150=1.06cm , iy=loy/=199/150=1.33cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=159.2/1.94=82.06=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.581990/63=18.32所以 y = loy/ iy=199/3.04=65.46yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=70.41 yz,只需求 x ， x=0.675=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=150选择，需要的回转半径为： ix=lox/=231.2/150=1.54cm , iy=loy/=199/150=1.93cm选用2635等边角钢如图，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=231.2/1.94=119.18=150 因为 b/t=63/5=12.60.58 loy / b =0.582890/63=26.61所以 y = loy/ iy=289/3.04=95.07yz=y 1+0.475 b 4/（loy 2t2）=98.48 yz,只需求 x ， x=0.417=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 2635等边角钢如图 A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=319/1.94=164.43=200y = loy/ iy=319/3.04=104.93=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稳定系数应力 （N/ mm2）名称编号loxloyixiyxyxy上弦FG、GH-1016.192125801246.70150.8452.43.956.2338.1872.621500.738294.85下弦gi1010.20121258012 46.7030011853.956.2375.95190.20350243.19斜腹杆aB-590.6712140901044.522253.5253.54.473.7456.7175.321500.718184.78Bc458.1532100727.592208.64260.83.094.5367.5257.57350166.05cD-362.262100727.592228.72285.903.094.5374.0263.111500.751174.82De246.390263512.286228.72285.901.943.04 117.9094.05350200.55eF-163.816280515.824250.32312.902.483.71100.9484.341500.549188.57Fg+79.25，-6.39263512.286249.52311.901.943.04128.62102.601500.39464.50gH-38.32，39.98263512.286271.20339.601.943.04140.04111.711500.34690.41Hi+31.16，-88.38263512.286269.60337.001.943.04138.97110.861500.349201.12竖杆Aa-33.3263512.286159.20199.001.943.0482.06 65.46 1500.67540.15Cc-66.59263512.286183.20229.001.943.0494.43 75.33 1500.594129.98Ee-66.59263512.286207.20259.001.943.04106.80 85.20 1500.511129.98Gg-66.59263512.286231.20289.001.943.04119.18 95.07 1500.417129.98Ii0263512.286319.00319.001.943.04164.43104.9320006.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。 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：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。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：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。