梯形钢屋架课程设计例题21m

1梯形钢屋架课程设计一、设计资料（1） 题号 61，屋面坡度 1：16，跨度 21m，长度 96m， ，地点：上海，基本风压：0.20kN/m ,基本雪压： 0.55 kN/m 。该车间内设有两台 200/50kN 中2 2级工作制吊车，轨顶标高为 8.5m。（2） 采用 1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度 i=1/16。屋面活荷载标准值 0.7kPa，血荷载标准值为 0.55 kN/m ，积灰荷载标准值为 0.6 kN/m 。屋架铰支在钢筋混凝土2 2柱上，上柱截面为 400mm400mm。（3） 混凝土采用 C20， ，钢筋采用 Q235B 级，焊条采用 E43 型。（4） 屋架计算跨度： =21m-20.15m=20.7ml0（5） 跨中及端部高度：采用无檩体系屋盖方案，缓坡梯形屋架，取屋架在21m 轴线处的端部高度 。屋架跨中起拱按 考虑，取mh05.2 50/l60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如下图：梯形钢屋架支撑布置如下图：21、荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载0.7 kN/m 进行计算。2屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式3计算，跨度单位为米（m） 。荷载计算表如下：2(0.12)/kglkN荷载名称 标准值（kN/m ）2设计值（kN/m ） 2预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.41.35=1.89三毡四油防水层 0.4 0.41.35=0.54找平层(厚 20mm) 0.220=0.4 0.41.35=0.5480 厚泡沫混凝土保护层 0.086=0.48 0.481.35=0.648屋架和支撑自重 0.12+0.011030=0.45 0.451.35=0.608管道荷载 0.1 0.11.35=0.135永久荷载总和 3.23 4.361屋面活荷载 0.7 0.71.4=0.98积灰荷载 0.6 0.61.4=0.84可变荷载总和 0.3 1.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载： kNF629.5.1)82.36.4(（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： k4.31半跨节点可变荷载： NF8.165.82（3）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： k4760.3半跨接点屋面板自重及活荷载： NF31.265.1)89.(4 （1） 、 （2）为使用节点荷载情况， （3）为施工阶段荷载情况。4、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下:4由数解法解得 F=1 时的屋架各杆件的内力系数 (F=1 作用于全跨左半跨和右半跨). 然后进行组合,如下表:5内力系数(F=1) 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨左半跨右半跨第一种组合FF1+F2F1F2F3F4F3F4计算杆件内力(kN)AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0BC、CD-11.29-8.46-3.46-628.05141-581.69601-499.79601-258.9589-142.4089-628.15141DE、EF-18.19-13.05-6.28-1011.8915-927.69831-816.80571-403.6948-245.8861-628.05141FG、GH-21.58-14.61-8.52-1200.4738-1086.30522-986.55102-458.6017-316.6438-1011.8915HI-22.43-13.98-10.33-1247.7585-1109.34747-1049.5605-448.5659-363.4844-1200.4738上弦IJ、JK-22.9-14.45-10.33-1273.9041-1135.4931-1068.0075-462.0925-366.0553-1247.7585ab 6.02 4.6 1.75 334.88658 311.62698 264.94398 140.1554 73.7219 334.88658bc 15.18 11.15 4.93 844.44822 778.43682 676.55322 342.9411 197.9529 844.44822cd 20.14 14.07 7.42 1120.36806 1020.94146 912.01446 438.1375 283.126 1120.36806de 22.15 14.45 9.42 1232.18235 1106.05635 1023.66495 457.99 340.7407 1232.18235下弦ef 21.3 11.66 11.77 1184.8977 1026.9945 1028.7963 388.3056 390.8697 1184.8977aB-11.32-8.63-3.28-629.72028-585.65808-498.02508-263.0857-138.3772-629.72028Bb 9.05 6.64 2.95 503.44245 463.96665 403.52445 204.2819 118.268 503.44245bD -7.56 -5.23 -2.85-420.55524-382.38984-343.40544-163.2645-107.7867-420.55524斜腹杆Dc 5.55 3.5 2.51 308.740 275.1619 258.945 111.94 88.866 308.740695 5 75 35 6 95cF -4.27 -2.27 -2.45-237.53583-204.77583-207.72423-76.2706-80.4664-237.53583Fd 2.74 0.95 2.18 152.42346 123.10326 143.25066 37.1323 65.8036 152.42346dH -1.57 0.19 -2.14-87.33753-58.50873-96.67413-4.159-58.4713-96.67413He 0.36 -1.23 1.94 20.02644 -6.01776 45.90684-26.702147.190647.1906-26.7021eg 1.56 3.44 -2.3 86.78124 117.57564 23.55444 88.7196-45.0798117.57564-45.0798gK 2.28 4.16 -2.3 126.83412 157.62852 51.81372 109.4412-41.1414157.62852-41.1414gI 0.65 0.65 0 36.15885 36.15885 25.51185 18.707 3.5555 36.15885Aa -0.5 -0.5 0 -27.8145 -27.8145 -19.6245 -14.39 -2.735 -27.8145Cb、Ec -1 -1 0 -55.629 -55.629 -39.249 -28.78 -5.47 -55.629Gd -1 -1 0 -55.629 -55.629 -39.249 -28.78 -5.47 -55.629Jg -1 -1 0 -55.629 -55.629 -39.249 -28.78 -5.47 -55.629Ie -1.5 -1.5 0 -83.4435 -83.4435 -58.8735 -43.17 -8.205 -83.4435Kf 0.17 0.09 0.09 9.45693 8.14653 8.14653 3.0278 3.0278 9.45693竖杆5、杆件设计（1） 上弦杆整个上弦采用等截面，按 IJ、JK 杆件的最大设计内力设计，即N= -1247.76kN上弦杆计算长度：屋架平面内：为节间轴线长度，即 mlox508.1屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取 为支撑点间的距离，即yl07=31.508=4.524myl0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，短肢相并，如图：腹杆最大内力 N= -629.72kN，查表得中间节点板厚度选用 12mm，支座节点板厚度选用 14mm。设 =60 ，查 Q235 钢的稳定系数表，得 （由双角钢组成的 T 形807.和十字形截面均属 b 类） ，则需要的截面积为: 2349.125807.614mfNA需要的回转半径：mliox.6.lioy4.7502.根据需要 A、 、 查角钢表，选用 218011014，肢背间距xiya=12mm，则：A=7800 ， =30.8mm， =88.0mm2mxiyi验算：41.50.82963yoxilil由于 =150，所以满足细长比要求。因为 ，只需求 ，查表得 =0.847，则xyyy8MPaMPaANy 21587.17804.6123故所选截面符合要求。（2） 下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的杆计算.N=1232.18kN, (因跨中有通长系杆),所需截面为:mlox3014850297oyl 2231.570.731cmfNA选用 218011012,因 ,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图oxylcmicicmcAyx75.8,10.3,.5740.622 3507.1695.840yxilil故所选截面符合要求。(3) 端斜杆 aB杆件轴力: N= -629.72kN计算长度: mloyx253因为 ,故采用不等肢角钢,长肢相并,使 .选用 21409010,ol oyxl则 A=44.6cm ， ， 2cix47.ciy73.1.56.xoil996.73.52yoil因为 ，只需要求 ，查表得 0.764，则xyMPaANy 2158.14607.293所以所选截面符合要求。（4）腹杆 eKg此杆可在 g 点处不断开，采用通杆。最大拉力： kNkNegg 576.1,628.157最大压力： Ke 4094在桁架平面内的计算长度取节点中心间距 ，在桁架平面外的mlx230计算长度： cNly 95.4)8.51.07(46)25.07(110 选用 2635，查表有： 150.480.3971620.3,.0yx yxili cmicicmA因 ，只需求 ，查表得 =0.31，则yxyyMPaANMPay 21536.18206.157483.0433 拉 应 力 ：符合要求（5）竖杆 Ie cmlcllkyx 319,2.53198.0400 由于杆件内力较小，按 选择，则需要的回转半径为10cmliiyx13.25097.0查型钢表，选截面的 和 较上述计算的 和 略大。选用 2635，其xiyxiy几何特征为 15097.40.312504.3,9,6.0yx yxilil cicicA因 ，只需求 ，查表得 =0.38，则yxyyMPaANy 2158.17238.043符合要求。其余各杆见下表：11计算长度 回转半径 (cm) 长细比 稳定系数杆件编号 内力(kN) 截面规格截面面积容许长细比计算应力IJ、JK -1247.7585 150.8 452.4218011014 77.93 3.08 8.8 48.961 51.4091 150 0.847 189.0350996de 1232.18235 300 1485 218011012 67.42 3.1 8.74 96.7742 169.908 350 182.76Aa -27.8145 199 199 2635 12.286 1.94 3.04 102.577 65.4605 150 0.538 42.08026545aB -629.72028 253.5 253.5 21409010 44.522 4.47 3.74 56.7114 67.7807 150 0.764 185.131217Bb 503.44245 208.64 260.8 21006 23.864 3.1 4.51 67.3032 57.8271 350 210.96Cb -55.629 183.2 229 2505 9.606 1.53 2.53 119.739 90.5138 150 0.439 131.9149905bD -420.55524 229.52 286.9 21007 27.592 3.09 4.53 74.2783 63.3333 150 0.724 210.5238487Dc 308.74095 228.72 285.9 2706 16.32 2.15 3.33 106.381 85.8559 350 189.179Ec -55.629 203.84 254.8 2505 9.606 1.53 2.53 133.229 100.711 150 0.363 159.533556cF -237.53583 250.32 312.9 2906 21.274 2.79 4.13 89.7204 75.7627 150 0.621 179.7994558Fd 152.42346 249.44 311.8 2505 9.606 1.53 2.53 163.033 123.241 350 158.675Gd -55.629 231.2 289 2505 90606 1.53 2.53 151.111 114.229 150 0.304 0.020196249dH -96.67413 271.6 339.5 2706 16.32 2.15 3.33 126.326 101.952 150 0.304 194.8572344He 47.1906-26.7021 270.8 338.5 2635 12.28 1.94 3.04 139.588 111.349 150 0.347 60.11Ie -83.4435 255.2 319 2635 12.28 1.94 3.04 131.546 104.934 150 0.381 178.3483803eg 117.57564-45.0798 230.6 449.95 2635 12.28 1.94 3.04 118.866 148.01 150 0.31 118.412gK 157.62852-41.1414 230.6 449.95 2635 12.28 1.94 3.04 118.866 148.01 150 0.31 108.02Kf 9.45693 349 349 2635 12.28 2.45 2.45 142.449 142.449 200 7.7gI 36.15885 166.32 207.9 2505 9.606 1.53 2.53 108.706 82.1739 350 37.64Jg -55.629 120.64 150.8 2505 9.606 1.53 2.53 78.8497 59.6047 150 0.665 87.08373056136、节点设计(1) 下弦节点 b用 E43 型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。MPaf160设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按mhf68和等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算） mlhfhNl lfl fe fe 150,2,86.124067.245331 ,6,9.7.23 取考 虑肢 尖 ： 取考 虑肢 背 ：设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为mhf和 mlhfhNl lfl fe fe 120,2,3.10467.025431 8,6,5.8.23 取考 虑肢 尖 ： 取考 虑肢 背 ：“Cb”杆的内力很小（-55.629kN） ，按构造确定焊缝，取 =5mm。f按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：329mm458mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 45.8cm， =6mm。焊缝所受的力为左右fh两下弦杆的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝kNN56.498.345.8应力为 MPaf 10.0)12(67.02.95焊缝强度满足要求。节点图如下：14（2）上弦节点“B”设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等mhf610和肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算） mlhfhNl lfl fe fe 180,2,9.16307.269350. ,7.82.6. 3 取考 虑肢 尖 ： 取考 虑肢 背 ：为了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。槽焊逢作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得 mhhff 10,61221节 点 板 厚 度上弦与节点板间焊缝长度为 460mm，则 MPalhPNkf 3.125)460(7.2.259)85(7.02).()( 21 Maf8.上弦肢间角焊缝的切应力为 MPalhPNkf 3.25)1460(7.2.59)850(7.02).1()( 221 160MPa节点详图如下：15（3） 屋脊节点“K”设拼接角钢与收压弦杆之间的角焊缝 ，则所需焊缝计算长度为mhf10（一条焊缝） l 52.7867.04.125拼接角钢的长度 +弦杆杆端空隙，拼接角钢角度取 620mm。)(fsh上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处演算略。上弦脂尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝 ，取节点板长mhf10度为 500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 ，l 20)2/5(焊缝应力为 MPaNf 7.60217.0.485Mf 213926 PafNf 6081)7.0(.1)( 22 因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点下弦中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊