建築鋼結構課程設計計算書
姓名：學號：班級：土木班
指導教師：
一、 設計資料及說明
1.工程地點：北京。
2.工程規模：單層單跨封閉式工業廠房，長度120m，屋架鉸支於鋼筋混凝土柱上；屋架跨度24m；柱距6m；屋面離地面高度約20m。
室內正常環境，吊車起重量20/5t，工作制為a5，無較大的振動裝置。
3.屋面結構：y-wb-1x 預應力混凝土屋面板（卷材防水）；屋面坡度為1/10；無天窗。
4.自然條件：基本風壓為0.
45 kn/m2，基本雪壓為0.40 kn/m2，**設防烈度為8 度，基本**加速度為0.2g。
地面粗糙類別為b 類，場地類別為iii 類。地面粗糙度類別為b類。
5. 材料選用
（1）屋架鋼材採用《碳素結構鋼》gb/t700-2006規定的q235b。
（2）焊條採用《碳鋼焊條》gb/t5117-1999中規定的e43型焊條。
（3）普通螺栓應採用效能等級為4.6級c級螺栓。錨栓採用q235級鋼製成。
（4）角鋼型號按《熱軋等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》gb/t9787-1988和《熱軋不等邊角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》gb/t9788-1988選用。
（5）混凝土為c25。
6. 結構及各組成構件形式
（1）鋼屋架：梯形鋼屋架。
（2）屋面板：卷材防水的1.56m預應力鋼筋混凝土屋面板，可按圖集《1.5m×6m預應力混凝土屋面板》04g410-1～2選用。
（3）屋蓋支撐：可從相關標準圖集中選用。
7. 主要建築構造做法及建築設計要求
（1）重屋面（預應力鋼筋混凝土屋面板）做法：
二氈三油防水層上鋪小豆石（0.35kn/m2）；
20mm厚水泥砂漿找平層（0.4 kn/m2）；
100mm厚加氣混凝土保溫層（0.6 kn/m2）；
冷底子油一道、熱瀝青二道（0.05 kn/m2）；
預應力屋面板（圖集《1.5m×6m預應力混凝土屋面板》04g410-1～2）。
二、屋架結構形式的選定和結構平面布置
1.屋架形式和幾何尺寸
由於採用大型屋面板和卷材屋面，，故採用緩坡梯形屋架。
屋架計算跨度：
屋架端部高度去
跨中高度：
屋架跨高比：,在屋架常用的高度範圍以內。
屋架起拱度：,取50mm
為使屋架上弦節點受荷，腹杆採用人字式，上弦節點水平間距取1.5m。屋架各桿件幾何尺寸如圖1所示。
2.屋蓋支撐布置
⑴橫向水平支撐
根據車間長度、跨度及荷載情況，設定四道上、下橫向水平支撐，分別在圖2軸1～2、軸7～8、軸14～15、軸20～21四個橫向區段內設上、下弦水平支撐
⑵縱向水平支撐
根據設計資料，廠房內有起重噸位20/5t，工作制為5a的中級吊車，需設兩道下弦縱向水平支撐於房屋兩側，即圖3區間軸a～b、軸d～e。
⑶垂直支撐
縱向：與上弦支撐在同一柱間。
橫向：本設計為跨度小於30m梯形屋架，因此布置在屋架跨中和端豎向平面內。⑷系杆
需在三處布置系杆：垂直支撐平面內設上下弦系杆；屋脊及支座節點處設剛性系杆；下弦跨中附近設柔性系杆。
三、屋架荷載和內力計算
1.荷載計算
屋架和支撐重按，取，且因屋架下弦無其他荷載，可以認為屋架和支撐重量全部作用於上弦節點。
屋面活荷載與雪荷載不會同時出現，從資料可知屋面活荷載（）大於雪荷載（），故取屋面活荷載為計算荷載。由於是重屋面，不考慮風荷載影響。
屋面做法和屋面板荷載按屋面傾斜面積計算，但因屋面屋面坡度較小（），故近似地將全部荷載均按水平投影面積計算，屋架全部荷載的設計值為：
標準永久荷載：
預應力混凝土大型屋面板（含灌縫
二氈三油防水層上鋪小豆石
20mm 厚水泥砂漿找平層
100mm 厚加氣混凝土保溫層
冷底子油一道、熱瀝青二道
屋架和支撐重
共標準可變荷載：
屋面活荷載
積灰荷載
共設計桁架時應考慮以下四種組合：
（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載：（按永久荷載為主的組合）
全跨節點荷載設計值：
（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載：
全跨節點永久荷載設計值：
半跨節點可變荷載設計值：
（3）全跨屋架包括支撐+半跨屋面板重和半跨活荷載：
全跨節點桁架自重設計值：（按可變荷載為主的組合）
半跨節點屋面板自重及活荷載設計值：
（4）豎向**作用效應和其他荷載效應組合：
全跨節點**作用和其他荷載效應的組合：
荷載組合中，（1）、（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。
2.內力計算
桁架在上述四種荷載組合作用下的計算簡圖見圖5
已求得，，，，，
由於計算量較大，因此利用軟體求解各桿件在各荷載組合下的內力，得表1（桿件名稱見圖6）：
表1桿件內力組合
四、桿件設計
1.上弦杆截面設計
整個上弦採用等截面，按最大內力設計。上弦杆的最大內力在fg、gh節間，最大內力為n =-762.90kn，上弦計算長度：
在桁架平面內，節間軸線長度為；在桁架平面外，根據支撐布置和內力變化，取。
因為，故截面宜選兩個不等肢角鋼，短肢相拼，如圖7所示。腹杆最大內力n =-443.91kn，查表可得，節點板厚選用10mm，支座節點板厚選用12mm。
設，查表，需要截面積：
需要的迴轉半徑：
根據需要的查角鋼規格表，選用，，，，按所選角鋼進行驗算：
由於，選用熱軋角鋼，對x、y軸均為b類截面，需求。
所選截面合適。
2.下弦杆截面設計
整個下弦杆採用等截面，按最大內力設計。下弦杆的最大內力為n =+758.79kn
下弦桿件計算長度：
在桁架平面內，節間軸線長度，在桁架平面外，取。
需要截面面積：
選用，截面用兩個不等肢角鋼，短肢相拼，如圖8所示。
，，考慮下弦有的螺栓孔削弱，下弦淨截面面積：
3.斜桿截面設計
（1）端斜桿「ab」截面設計
桿件軸力：n =-443.91kn，計算長度。因為，故採用不等肢角鋼，長肢相拼，使，如圖9所示。
選用，，，，按所選角鋼進行驗算：
由於，採用熱軋角鋼，對x、y軸均為b類截面，查表求得
所選截面合適。
（2）腹杆「cd」截面設計
「cd」桿件的最大內力：n =-272.74kn
計算長度：在桁架平面內，節間軸線長度；在桁架平面外，。因為，故截面宜選用兩個等肢角鋼，使，如圖10所示。
設，查得，需要的截面面積：
需要的迴轉半徑：
根據需要的角鋼規格查表，選用，，，，按所選角鋼進行驗算：
由於，採用熱軋角鋼，對x、y軸均為b類截面，查表求得
所選截面合適
3.豎桿「kk」截面設計
「kk」桿件的最大內力：n =+96.82kn
為了使豎向支撐與屋架節點連線不產生偏心，連線垂直支撐的豎腹杆常採用兩個等肢角鋼組成的十字形截面，豎桿「kk」的幾何長度為3200mm，截面主軸不在桁架平面內，桿件可能繞截面較小主軸發生斜平面內失穩。此時，桁架上、下弦節點處尚可起到一定的嵌固作用，故腹杆斜平面的計算長度，如圖11所示。
由於桿件內力較小，選用十字形，，，按所選截面進行驗算：
所選截面合適。
其餘桿件的截面選擇過程同理，桿件截面選擇結果見表2
3.墊板的截面選擇
為保證兩個角鋼組成的桿件共同作用，應在兩角鋼相併肢之間，每隔一定距離設定墊板，並與角鋼焊住。墊板厚度與節點板相同，為10mm，寬度一般取，本設計取50mm；長度取：t形截面比角鋼肢寬大；十字形截面則由角鋼腳尖兩側各縮排。
墊板間距在受壓桿件中不大於40i，在受拉桿件中不大於80i（i為乙個角鋼最小迴轉半徑）。
在t形截面中i為乙個角鋼對平行於墊板的自身形心軸的迴轉半徑，十字形截面中i為乙個角鋼的最小迴轉半徑。受壓構件兩個側向支撐點之間的墊板數量不少於兩個。各桿件的墊板數量見表3。
五、節點設計
表4為下弦一般節點計算表。
表5為上弦一般節點計算表
表6為腹杆焊縫計算表，焊縫最小尺寸構造尺寸為5-60mm。
雙角鋼焊縫計算公式及相關引數
=160
表4 內力分配係數、及
角鋼肢背：
角鋼肢尖：
表5 下弦一般節點計算表
表6 上弦一般節點計算表
學士鋼結構課程設計 24公尺鋼屋架計算書
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