钢结构计算书

一、设计题目：梯形钢屋架二、设计资料（1）某工业厂房（上海市）：梯形钢屋架跨度为21m，长度90m，柱距7.5m，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度i=1:20,有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m，柱截面尺寸为400×400mm。不考虑灰荷载。屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值按0.402/mkN计算。基本雪压取0.42/mkN，基本风压取0.452/mkN。（2）屋架计算跨度：mmml7.2015.02210（3）跨中及端部高度：采用缓坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度mh990.1'0，屋架中间的高度h=2.515m则屋架在20.7m处，两端的高度为9975.10h。三、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示根据厂房长度90m、跨度及荷载情况，设置四道道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格和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置一道×垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。桁架上弦支撑布置图桁架下弦支撑布置图垂直支撑2—2梯形钢屋架支撑布置图SC—上弦支撑；XC—下弦支撑：CC—垂直支撑；GG—刚性系杆；LG—柔性系杆四、荷载计算及内力组合1.荷载计算屋面活荷载为0.62/mkN，雪荷载为0.42/mkN,计算时取两者最大值。故取屋面活荷载0.62/mkN进行计算。风荷载：基本风压为0.452/mkN，查表可知，风压高度变化系数为1.0，当屋面夹角α（2.86°）小于15°时，迎风坡面体形系数为-0.6，背风坡面体形系数为-0.5，风载为吸力，起卸载作用，所以负风的设计值（垂直屋面）为迎风面：1=1.4×0.6×1.00×0.45＝0.3782/mkN背风面：2=1.4×.0.5×1.00×0.45＝0.3152/mkN对于轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，腹杆中的内力可能变号，必须考虑风荷载组合，但此处风荷载小于永久荷载，可不考虑风荷载的组合。（因为12均小于屋面永久荷载0.65（荷载分项系数取1.0），由此可见，风吸力较小）而且在截面选择时，对内力可能变号的腹杆，不论在荷载作用下是拉杆还是压杆，均控制其长细比不大于150。设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。荷载计算表
荷载名称彩钢复合板（100mm）屋架、檩条、拉条及支撑自重永久荷载总和屋面活荷载可变荷载总和0.650.50.50.25*1.2=0.30.4*1.2=0.480.780.5*1.4=0.70.7标准值（）设计值（）0.250.42/mkN2/mkN1.全跨永久荷载＋全跨可变荷载全跨永久荷载及可变荷载：43.195.775.1)7.078.0(FkN2.全跨永久荷载＋半跨可变荷载：全跨节点永久荷载：24.105.775.178.01FkN半跨节点可变荷载2.95.775.17.02FkN3.全跨屋架（包括支撑）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重3.65.775.148.03FkN半跨节点屋面板自重及屋面活荷载96.145.775.1)84.03.0(4FkN左跨内力图和右跨内力图全跨内力图内力表第一种组合全跨①左半跨②右半跨③F*①F1*①+F2*②F1*①+F2*③F3*①+F4*②F3*①+F4*③AB000000000BC-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3CD-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3DE-12.8-7.3-4.3-248.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7EF-12.8-7.3-4.3-248.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7FG-13.8-6.1-6.1-268.1-197.4-197.4-167.0-167.0-268.1ab4.63.11.189.475.657.269.743.489.4bc11.06.83.4213.7175.2143.9158.6113.9213.7cd13.77.05.2266.2204.7188.1178.2154.6266.2Ba-7.5-5.0-1.9-145.7-122.8-94.0-112.9-71.8-145.7Bb5.93.61.8114.693.577.084.460.8114.6Db-4.4-2.2-1.7-85.5-65.3-60.7-56.6-50.0-65.3Dc2.90.81.656.337.144.428.839.356.3Fc-1.60.4-1.6-31.1-12.4-31.1-4.4-31.1-31.1Fd0.3-1.61.45.2-12.015.6-19.320.120.1Aa-0.5-0.50.0-9.7-9.7-5.1-9.7-3.2-9.7Cb-1.0-1.00.0-19.4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4Ec-1.0-1.00.0-19.4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4Gd0.40.10.17.85.05.03.83.87.8竖腹杆第二种组合内力系数（F=1）杆件类型杆件编号上弦计算杆件内力第三种组合下弦斜腹杆五、杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面，按EF杆件的最大设计内力设计，即-268.1kNN上弦杆计算长度在屋架平面内：为节间轴线长度，即mllox752.10在屋架平面外，本屋架为有檩体系，且认为檩条与支撑的交叉点不连接，根据布置和内力情况，取oyl为支撑之间的距离，即mloy504.3根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢短肢相拼，腹杆最大内力145.7kNN，查表2.8，节点板mmt6，支座节点板厚度mmt8假定80，查Q235钢的稳定系数表，可得688.0（由双角钢组成的T形和十字形截面属于b类），则需要的截面积为：237.2052215688.01063.303mmfNA需要的回转半径：mmmlioxx9.21801752mmmlioyy8.43803504根据需要A,xi，yi查角钢规格表，选用2∟680100，肢背距离6mm，则：22120mmA，mmix24，mmiy4.45按所选角钢进行验算：732417520xxxil2.774.4535040yyyil满足长细比150的要求。因为6.19100/350456.0/56.07.166/100/101bltby，所以2.77yyz由于xy，只需要求x。查表707.0X，则MPaMPaaMPANy21587.1782120707.0101.2683故所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆件计算。266.2kNNmmlox3500，mmloy10350220700（因跨中有通长系杆），所需截面积为22338.121238215102.266cmmmfNA选用2∟65075，因为xyll00，故用不等肢角钢，短肢相并，肢背间距6mm，2238.1252.14cmcmA，cmix42.1，263.3cmiy3505.24642.13500xxxil3501.28563.310350yyyil因为28.7775/1035056.0/56.05.126/75/101bltby，所以3501.285yyz，满足要求。端斜杆aB杆件轴力：-145.7kNN计算长度：2002625mmllyx假设假定80，查Q235钢的稳定系数表，可得688.0（由双角钢组成的T形和十字形截面属于b类），则需要的截面积为：23985215688.0107.145mmfNA需要的回转半径：mmlioxx8.32802625mmlioyy8.32802625根据需要A,xi，yi查角钢规格表，选用2∟75690，肢背间距6mm，则276.19cmA，cmix86.2，226.2cmiy1508.9186.26.2620xxxil1502.11626.26.2620yyyil因为5.2256/262648.0/48.087/56/202bltby，所以9.119726265609.112.11609.112242242yz0tlbyy因为yzx，只需求yz，查表得437.0yz，则MPaMPaANy2157.1681976437.0107.1453，截面合适。4.斜腹杆Fd最大拉力kN6.22N最大压力-22.2kNN计算长度在屋架平面内mmlx8.23960在屋架平面外mmlly29960选用2∟470，肢背间距6mm，查角钢规格表得214.11cmA，cmix18.2，cmiy14.31509.10918.26.2390xxxil1503.7614.36.2390yyyilb/t=70/4=17.5≤0.58yl0/b=0.58×2996/70=24.88.264299670475.018.24475.01224224yz0tlbyy因为xzy，只需求x，查表得493.0x，则压应力：MPaMPaANx21515.411114493.0106.223拉应力：MPaMPaAN2153.191114102.2235.竖杆cE-21.3kNN计算长度：cmlx5.1870，cmlly4.2340由于杆件内力较小，按150选择，需要的回转半径为cmlixx25.11505.1870cmliyy56.11504.2340查型钢表，选用2∟450，肢背间距8mm，其几何尺寸为28.7cmA，cmix54.1，cmiy35.21508.12154.15.1870xxxil1506.9935.24.2340yyyil因为5.124/50/tb＜2.2750/234458.0/58.00bly，所以1034234450475.016.99475.01224224yz0tlbyy又因为xyz，只需求x，查表得426.0x，则MPaMPaANx2151.64780426.0103.2136.斜腹杆Bb最大拉力114.6kNN计算长度在屋架平面内mmlx2.21750在屋架平面外mmlly27190选用2∟580，肢背间距6mm，查角钢规格表得282.15cmA，cmix48.2，cmiy49.31508.8748.252.2170xxxil1509.7749.39.2710yyyilb/t=80/5=16≤0.58yl0/b=0.58×2719/80=19.74.275271980475.018.24475.01224224yz0tlbyy因为xzy，只需求x，查表得635.0x，则MPaMPaANx2151