钢结构设计原理课程设计计算书
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设计时间：2
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1.5×6.0m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S
=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/m 2 2.结构形式与布置
1拱50
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=（1.35×4.506+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×0.5）×6×1.5=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=4.506×1.35×6×1.5=54.748kN（按永久荷载为主控制的组合）
F1.2=4.506×1.2×6×1.5=48.667kN（按可变荷载为主控制的组合）
对结构有利时：F1.3=4.506×1.0×6×1.5=40.554kN
半跨节点可变荷载设计值
F2.1=（0.7×0.7+0.9×0.5）×1.4×6×1.5=11.844kN （按永久荷载为主控制的组合）F2.2=（0.7+0.9×0.5）×1.4×6×1.5=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=0.384×1.2×6×1.5=4.147kN
对结构有利时：F3.2=0.384×1.0×6×1.5=3.456kN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
F 4=（1.2×1.508+1.4×0.7）×6×1.5=25.106kN ① ②为使用阶段荷载情况，③为施工阶段荷载情况。
②
117
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 A a
c e g g 'e 'c 'a '+3.480
.000-6.25-
9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-4.49
-2.470.00
0.00
-6.53
-3.14
+0.71
+1.55+1.39
+1.56
+1.80
+2.12
+4.76
+1.90
-0.45
-2.47
-1.53
-1.75
-2.03
-2.34
-1.0-1.0
-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+1.
25B C D E F G H I H 'G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.01.0i
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
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，l ox=150.8cm
在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，
取l oy=3×l ox=3×150.8=452.4cm
由于l oy=3l ox，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/（0.807×310）=4062.0mm2
需要的回转半径：i x=l ox/λ=150.8/60=2.51cm
i y=l oy/λ=452.4./60=7.54cm
根据需要的A，i x，i y查角钢规格表（附录8），选用2∟125×80×12,
A=46.70cm2, i x=3.95cm,i y=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所选角钢进行验算：
λx = l ox/ i x=150.8/3.95=38.18
因为
b1/t=10.42<0.56 l oy/ b1=0.56×4524/125=20.27
故有
λyz=λy= l oy/i y=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/( ?y A)= 1016190/（0.738×4670）=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 ，l ox=300cm ，l oy=1185cm
所需截面积
A n=N/f=1010201/310=3258.7mm2=32.59 cm2
选用2∟125×80×12，由于l oy >> l ox ,故用不等支角钢，短肢相并，如图
A=46.70cm2 > 32.59cm2 i x=3.95cm , i y=6.23cm,
λoy = l oy/ i y=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
A n=4670-2×21.5×12=4154mm2
σ=N/A n=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：l ox = l oy =253.5cm，