《桁架設(shè)計計算書》word版.doc

云南大學(xué)城建學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計計算書指導(dǎo)教師： 秦云 學(xué)生姓名： 裴博玉 班 級： 2011級生物技術(shù) 學(xué) 號： 20111070036 設(shè)計時間： 2014.7.252014.7.30 2014.8.5 2014.8.8 桁架設(shè)計1.設(shè)計資料某廠房總長度108m，跨度可根據(jù)自己的情況從21m和24m兩種情況中選用（同等情況下，前者的評分將較后者低5分），縱向柱距6m。廠房建筑采用封閉結(jié)合；1.結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺50/10t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。2. 屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：學(xué)號為單號的同學(xué)用Q235B鋼，焊條為E43型；雙號的同學(xué)用Q345A鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載 無檁體系：采用1.56.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（保證三點焊接，考慮屋面板能起到系桿的作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.35KN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載0.5kN/m2。屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.40kKN/m2 水泥砂漿找平層 0.50kN/m2 保溫層 0.80kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05KN/m2 水泥砂漿找平層 0.40kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.50kN/m22.結(jié)構(gòu)形式與布置圖2a . 24米跨屋架幾何尺寸桁架支撐布置如圖： 3.荷載計算屋面坡度i=1/10沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以1/cos=1.005標(biāo)準(zhǔn)永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.40*1.005=0.402 kKN/m2 水泥砂漿找平層 0.50*1.005=0.503kN/m2 保溫層 0.80*1.005=0.804kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05*1.005=0.503KN/m2 水泥砂漿找平層 0.40*1.005=0.402kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.50*1.005=1.508kN/m2屋架及支撐自重： q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m2 共 4.506 kN/m2施工活荷載 0.7 kN/m2積灰荷載 0.5 kN/m2三種荷載組合全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點荷載設(shè)計值（按永久荷載為主控制的組合）F=（1.354.506+1.40.70.7+1.40.90.5）61.5=66.592kN全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F1.1=4.5061.3561.5=54.748kN（按永久荷載為主控制的組合）F1.2=4.5061.261.5=48.667kN（按可變荷載為主控制的組合）對結(jié)構(gòu)有利時：F1.3=4.5061.061.5=40.554kN半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值F2.1=（0.70.7+0.90.5）1.461.5=11.844kN （按永久荷載為主控制的組合）F2.2=（0.7+0.90.5）1.461.5=14.490kN （按可變荷載為主控制的組合）全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F3.1=0.3841.261.5=4.147kN對結(jié)構(gòu)有利時：F3.2=0.3841.061.5=3.456kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值：F4=（1.21.508+1.40.7）61.5=25.106kN 為使用階段荷載情況，為施工階段荷載情況。 圖2b . 24米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 圖2c. 24米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 圖2 24m跨屋架4.內(nèi)力計算 桁架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合F第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)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斜腹桿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，F(xiàn)2.1） 79.25（F1.1，F(xiàn)2.1）-6.39（F3.1，F(xiàn)4）44.07（F3.1，F(xiàn)4）+79.25，-6.39gH+0.02+1.55-1.531.33223.27（F1.3，F(xiàn)2.2）-17.03（F1.1，F(xiàn)2.1）38.98（F3.2，F(xiàn)4）-38.32（F3.1，F(xiàn)4）-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豎桿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.桿件設(shè)計（1） 上弦桿 整個上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。 N=-1016.19kN=-1016190N上弦桿計算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度，lox=150.8cm在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取loy=3lox=3150.8=452.4cm由于loy=3lox，故截面宜選擇兩個不等支角鋼，短肢相并，如下圖：腹桿最大內(nèi)力N=590.671kN ,查表9.6.4，節(jié)點板厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度選用14mm。設(shè)=60，查附錄4得=0.807需要截面積：A=N/( f)= 1016190/（0.807310）=4062.0mm2需要的回轉(zhuǎn)半徑：ix=lox/=150.8/60=2.51cmiy=loy/=452.4./60=7.54cm根據(jù)需要的A，ix，iy查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用21258012,A=46.70cm2, ix=3.95cm,iy=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所選角鋼進(jìn)行驗算： x = lox/ ix=150.8/3.95=38.18因為b1/t=10.42<0.56 loy/ b1=0.564524/125=20.27故有 yz=y= loy/iy=452.4/6.23=72.62<=150截面在x和y平面皆屬b類，由于yz >x ,只需求y ，查表得y =0.738N/( yA)= 1016190/（0.7384670）=294.85N/mm2<310 N/mm2 所選截面合適.（2）下弦桿 整個下弦采用同一截面，按gi桿件的最大設(shè)計值設(shè)計。N=1010.201kN =1010201N ，lox=300cm ，loy=1185cm所需截面積An=N/f=1010201/310=3258.7mm2=32.59 cm2 選用21258012，由于loy >> lox ,故用不等支角鋼，短肢相并，如圖A=46.70cm2 > 32.59cm2 ix=3.95cm , iy=6.23cm,oy = loy/ iy=1185/6.23=190.20<=350考慮下弦有221.5mm栓孔削弱，下弦凈截面面積An=4670-221.512=4154mm2=N/An=1010201/4154=243.19 N/mm2 <310 N/mm2（3）端斜桿aB 桿件軸力：N=-590.671kN =-590671kN 計算長度：lox = loy =253.5cm，由于lox = loy ，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ixiy。選用21409010 ，如圖所示：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=9<0.48 loy / b =0.482535/90=13.52故 yz=y 1+1.09 b 4/（loy 2t2）=75.32<=150由于yz >x ,只求y =0.718=N/( yA)= 590671/（0.7184452.2）=184.78 N/mm2 <310 N/mm2所需截面合適（4）Bc桿桿件軸力： N=458.153KN=458153N桿件計算長度： lox =0.8*260.8cm=208.64cm，loy =260.8cm 所需截面積： An=N/f=1477.91mm2 選用21007等邊角鋼如圖，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所選截面合適。（5） cD桿桿件軸力：N=-362.26KN 計算長度： lox =0.8*285.9=228.72cm loy=285.9cm選用21007等邊角鋼如圖，A=27.592cm2 ix =3.09cm iy =4.53cmx = lox/ ix=228.72/3.09=74.02<=150 因為 b/t=100/7=14.29<0.58 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所選截面合適。（6）De桿桿件軸力： N=246.390KN=246390N桿件計算長度： lox =0.8*285.9cm=228.72cm，loy =285.9cm 所需截面積： An=N/f=749.81mm2 選用2635等邊角鋼如圖，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所選截面合適。（7）eF桿桿件軸力：N=-163.816KN 計算長度： lox =0.8*312.9=250.32cm loy=312.9cm選用2805等邊角鋼如圖，A=15.824cm2 ix =2.48cm iy =3.71cmx = lox/ ix=250.32/2.48=100.94<=150 因為 b/t=80/5=16<0.58 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所選截面合適。（8） Fg桿最大拉力：N=79.25KN 最大壓力：N=-6.39KN計算長度： lox =0.8*311.9=249.52cm loy=311.9cm選用2635等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=249.52/1.94=128.62<=150 因為 b/t=63/5=12.6<0.58 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 拉應(yīng)力：=N/A= 79250/1228.6=64.50 N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（9）gH桿最大拉力：N=38.98KN 最大壓力：N=-38.32KN計算長度： lox =0.8*339.6=271.68cm loy=339.6cm選用2635等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=271.68/1.94=140.04<=150 因為 b/t=63/5=12.6<0.58 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 拉應(yīng)力：=N/A= 38980/1228.6=31.73N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（10）Hi桿最大拉力：N=31.16KN 最大壓力：N=-88.38KN計算長度： lox =0.8*337=269.6cm loy=337cm選用2635等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=269.6/1.94=138.97<=150 因為 b/t=63/5=12.6<0.58 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 拉應(yīng)力：=N/A= 31160/1228.6=25.36N/mm2 <310 N/mm2所選截面合適。（11）豎桿Aa桿件軸力：N=-33.3KN 計算長度： lox =0.8*199=159.2cm loy=199cm內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ix=lox/=159.2/150=1.06cm , iy=loy/=199/150=1.33cm選用2635等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=159.2/1.94=82.06<=150 因為 b/t=63/5=12.6<0.58 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<=150由于x > yz,只需求 x ， x=0.675=N/( xA)= 33300/（0.6751228.6）=40.15N/mm2 <310 N/mm2 （12）豎桿Cc,Ee,Gg：按Gg桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。桿件軸力：N=-66.59KN 計算長度： lox =0.8*289=231.2cm loy=289cm內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為： ix=lox/=231.2/150=1.54cm , iy=loy/=199/150=1.93cm選用2635等邊角鋼如圖，A=12.286cm2 ix =1.94cm iy =3.04cmx = lox/ ix=231.2/1.94=119.18<=150 因為 b/t=63/5=12.6<0.58 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<=150由于x > yz,只需求 x ， x=0.417=N/( xA)= 66590/（0.4171228.6）=129.98N/mm2 <310 N/mm2 （13）豎桿Ii： 已知N=0KN lox =3190cm loy=3190cm選用十字形截面 2635等邊角鋼如圖 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 所選截面滿足。表 桿件截面選擇表桿件計算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2計算長度回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力 （N/ mm2）名稱編號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斜腹桿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豎桿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.節(jié)點設(shè)計（1）下弦節(jié)點“c” 見圖各類桿件的內(nèi)力由表查得。用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為：設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為：“Cc”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為46cm, 所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。（2）上弦節(jié)點“B” 見圖Bc桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“c”相同。aB桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長度為： 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計算如下：上弦與節(jié)點板間焊縫長度為505mm。選擇：505*290節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽肯定是安全，可不必驗算。肢尖焊縫驗算如下：滿足要求。（3）屋脊節(jié)點“I” （見圖）弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)焊縫，則所需焊縫計算長度（一條焊縫）：拼接角鋼的長度取。上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點板長度為40cm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為，焊縫應(yīng)力為： 因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦與節(jié)點板的連接用工地焊縫。腹桿Hg與節(jié)點板的連接焊縫的計算長度與以上幾個節(jié)點相同。（4）支座節(jié)點“a” （見圖）為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為14mm。 支座底板的計算 支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280200mm2=56000mm2。驗算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度： 為混凝土強(qiáng)度設(shè)計值，對C30混凝土， 底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：式中，為底板下的平均應(yīng)力：為兩支承邊之間的對角線長度：為系數(shù)，由b1/a1查表8.4.1而定，b1為兩支承邊的相交點到對角線a1的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得：，查表8.4.1得底板厚度： f=295N/mm2 t應(yīng)該增大到1.03倍，取t=20mm。加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算與牛腿焊縫相似。偏于安全的假定一個加勁肋的受力為桁架支座反力的1/4，即：則焊縫內(nèi)力為：， 設(shè)焊縫，焊縫計算長度，則焊縫應(yīng)力為：節(jié)點板、加勁肋與底板的連接焊縫計算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力，設(shè)節(jié)點板與底板的連接焊縫的焊腳尺寸hf=6mm，則焊縫長度為536mm焊縫強(qiáng)度驗算：加勁肋、節(jié)點板與底板的連接焊縫長度之和滿足要求.（5）下弦中央節(jié)點“i”（見圖）斜腹桿尺寸：肢尖焊腳為4mm，尺寸長度為24mm，取40mm。肢背焊腳尺寸為8mm，長度為27mm，取40mm。下弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為10mm。則需焊縫長度為拼接角鋼的長度取200mm。下弦與節(jié)點板之間的角焊縫，假定承受節(jié)點荷載。下弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為：，焊縫應(yīng)力為：滿足要求。