深圳大学土木工程学院钢结构课程设计作品

1、深圳大学土木工程学院梯形钢屋架课程设计计算书专业：_土木工程_姓名：_学号：_指导老师：_完成日期：_钢结构课程设计考查项目得分参考分计算书计算正确性15书面质量15内容完整性lo图纸表达准确性lo图面质量15内容完整性lo学习态度和认真程度5答辩成绩20总成绩loo评语目录一、设计资料 . 4二、屋架几何尺寸及檩条布置 . 41、屋架几何尺寸 .42、檩条布置 .5三、支撑布置 . 51、上弦横向水平支撑 .52、下弦横向和纵向水平支撑.53、垂直支撑 .54、系杆 .6四、荷载与内力计算 . 61、荷载计算 .62、荷载组合 .63、内力计算 .7三、杆件截面设计 . 81、节点板厚度 .

2、82、杆件计算长度系数及截面形式.83、上弦杆 .84、下弦杆 .85、再分式腹杆 ij-jK .96、竖腹杆 Ii .9四、节点设计 . 111、下弦节点“c”.112上弦节点“D” . 133有工地拼接的下弦节点“k”.154屋脊节点“K” .175支座节点“a”.19五、填板设计 . 24一、设计资料：1、车间平面尺寸为 144m30m，柱距 6m，跨度为 30m，柱网采用封闭结合。车间内有两台15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车。2、屋面采用长尺复合屋面板，板厚 100mm，檩距不大于 1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢 C22075202.5，屋面坡度i=l/10。3、钢

3、屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高 9.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为 400mm400mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值 fc 14.3N/mm2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4、钢材用 Q235-B，焊条用 E43 系列型。5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如图 1 所示。6、该车间建于深圳近郊。7、屋盖荷载标准值：（l）屋面活荷载 0.50 kN/m2（2）基本风压 w0 0.75 kN/m2（3）复合屋面板自重 0.30 kN/m2（4）檩条自重查型钢表 0.08kN/m2（5）屋架及支撑自重 0.12+0.011L=

4、0.45 kN/m28、运输单元最大尺寸长度为 15m，高度为 4.0m。二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸 屋架上弦节点用大写字母 A, B, C连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母 a, b, c连续编号。由于梯形屋架跨度 L = 30m 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f = L / 500 = 60mm 。屋架计算跨度 l0 = L - 2 0.15 = 30 - 2 0.15 = 29.7m 。起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。运输单元的最大尺寸为长度 15m，高度 4m。此屋架跨度 30m，高度 3

5、.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为 15m，高为 3.3m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。2、檩条布置 采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为 1.5m。檩条跨度 l = 6 ，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。檩条、拉条和撑杆的设置如图 3 所示。三、支撑布置1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。本车间长度为l44m, 因此需要布置四道横向

6、水平支撑，如图4所示。2、下弦横向和纵向水平支撑 屋架跨度 L = 30m 24m ，且车间内有两台 15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图 5所示。3、垂直支撑 垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。4、系杆 没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中，檩条长细比 = 194.6 0背风

7、面：q6 = 1.0 0.82 - 1.4 0.375 = 0.295kN/m2 0可见，风吸力不会引起屋架杆件内力由拉力变为压力，不需要考虑该组合。 上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、内力计算 本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），内力计算结果如表 1 所示杆件内力系数（P=1）组合一组合二组合三计算内力名称全跨左半跨右半跨PP1 +P1 +P3 +P3 +(kN)P2P2P4P4AB000000000BC-10.7-7.7-3-162.2-143.3-113.7-122.6-74.2-162.2CD-10

8、.7-7.7-3-162.2-143.3-113.7-122.6-74.2-162.2DE-17.3-11.9-5.4-262.3-228.2-187.3-192.6-125.7-262.3上EF-17.3-11.9-5.4-262.3-228.2-187.3-192.6-125.7-262.3弦FG-20.6-13.3-7.3-312.3-266.3-228.5-220.4-158.6-312.3杆GH-20.6-13.3-7.3-312.3-266.3-228.5-220.4-158.6-312.3HI-21.5-12.5-8.9-325.9-269.2-246.6-215.8-178.7

9、-325.9IJ-21.9-13-8.9-332-275.9-250.1-222.6-180.4-332JK-21.9-13-8.9-332-275.9-250.1-222.6-180.4-332ac5.74.21.586.477.060.066.338.586.4下ce14.410.24.2218.3191.8154.0163.4101.6218.3弦eg19.212.86.4291.1250.8210.4209.6143.7291.1杆gi21.213.18.1321.4270.4238.9220.8169.3321.4ik20.410.210.2309.3245.0245.0187.71

10、87.7309.3aB-11.1-8.2-2.9-168.3-150.0-116.6-129.4-74.8-168.3Bc8.96.32.6134.9118.595.2100.962.8134.9cD-7.5-4.9-2.5-113.7-97.3-82.2-80.8-56.1-113.7斜De5.53.32.383.469.563.256.346.083.4腹eF-4.3-2.1-2.2-65.2-51.3-51.9-39.0-40.1-65.2杆Fg2.80.8242.529.837.419.631.942.5gH-1.60.3-1.9-24.3-12.3-26.1-3.4-26.0-26.

11、0Hi0.4-0.41.860.61.014.9-2.520.260.6/-2.5ij1.53.5-2.1-22.735.30.142.1-15.642.2/-22.7jk2.24.3-2.1-33.446.66.353.2-12.753.2/-33.4Ij0.60.609.19.15.38.62.49.1Aa-1-0.50-15.16-12.01-8.86-9.2-4.05-15.16Cc-1-10-15.16-15.16-8.86-14.35-4.05-15.16竖Ee-1-10-15.16-15.16-8.86-14.35-4.05-15.16杆Gg-1-10-15.16-15.16-8

12、.86-14.35-4.05-15.16Ii-1.5-1.50-22.74-22.74-13.29-21.525-6.075-22.74Kk000000000Ij-1-10-15.16-15.16-8.86-14.35-4.05-15.16三、杆件截面设计1、节点板厚度 对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力（一般在支座处）按下表取用：梯形桁架腹杆内力或三角形屋架弦杆端节间内力 (kN)As=15086mm2,满足要求。（b）底板的厚度节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，所受应力为：两支承边之间的对角线长度以及支承边交点到对角线的距离分别为由，查附表2可得，

13、则单位宽度的最大弯矩为底板厚度为（2）节点板的尺寸（a）腹杆与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“Aa”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 4mm ，l1 = 50mm；肢尖 = 4mm，l2 = 50mm。“aB”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 5mm，l1 = 120mm；肢尖 = 5mm ,l2 =60mm 。（b）下弦与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“ac”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 5mm ，l1 = 70mm ；肢尖 = 5mm ， l2 = 50mm 。（c）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误

14、差，按比例绘出节点详图，如图8所示。（3）加劲肋的尺寸加劲肋的高度和厚度与节点板相同，分别为350mm和8mm；底部外边缘与底板大致齐平，宽度为115mm；为避免3条互相垂直的角焊缝相交于一点，加劲肋底端角部切除15mm；从轴线交点开始往上，加劲肋的宽度逐渐减小，顶部宽度取为，满足加劲肋的平面尺寸相见图8所示。（4）加劲肋与节点板的连接焊缝每块加劲肋近似按承受R/4计算焊缝受力节点板和加劲肋厚度都为8mm，焊脚尺寸取为焊缝计算长度焊缝应力（5）加劲肋、节点板与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力，加劲肋和节点板后8mm，底板厚20mm，焊脚尺寸取为焊缝总计算长度焊缝应力，满足。其余各节点的计算

15、过程不再一一列出。现列表给出各节点处断开杆件的焊缝尺寸计算表以及连续杆件的焊缝强度验算表，见表3表6所示。表 3 腹杆和下弦杆端部焊缝尺寸计算表杆件名称计算内力(kN)肢背焊缝长度肢尖焊缝长度(mm)(mm)(mm)lw1(mm)l1(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)(mm)lw2(mm)l2(mm)斜腹杆aB-168.30.70.34.7 9.65105 1204.7 9.6545 60Bc134.90.70.33.7 64105 1203.7 5445 60cD-113.70.70.34.2 7.2571 904.2 7.2540 50De83.40.70.34.0 4.84

16、65 804.0 4440 50eF-65.20.70.34.0 4.8451 604.0 4440 50Fg42.50.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50gH-260.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Hi60.60.70.34.0 4.8447 604.0 4440 50jK53.20.70.34.0 4.8442 504.0 4440 50ij53.20.70.34.0 4.8442 504.0 4440 50Ij9.10.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50竖腹杆Aa-15.160.70.34.0 4.8440 504.0

17、 4440 50Cc-15.160.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Ee-15.160.70.33.0 3.6340 503.0 3340 50Gg-15.160.70.33.0 3.6340 503.0 3340 50Ii-22.740.70.33.0 3.6340 503.0 3340 50Kk00.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Jj-15.160.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50下弦ac86.40 0.70.34.2 9.6554 704.2 6540 50ef309.30 0.70.34.2 9.65193 21

18、04.2 6583 100表4下弦杆与节点板连接焊缝验算表节点名称计算内力(kN)l(mm)肢背焊缝验算肢尖焊缝验算结论(mm)lw1(mm)(N/mm2)(mm)lw2(mm)(N/mm2)下弦节点b131.90.70.3300529045.5 529019.5 满足c72.80.70.3290528026.0 528011.1 满足d30.30.70.3280527011.2 52704.8 满足e12.10.70.327052604.7 52602.0 满足g110.70.330052903.8 52902 满足表5 上弦肢尖与节点板连接焊缝验算表节点名称计算内力(kN)偏心e(mm)(

19、mm)(mm)(mm)l(mm)(N/mm2)(N/mm2)应力比结论A0454.7 7.251700.00 0.00 0.00 满足B162.2454.7 7.25240100.75 118.27 0.87 满足C0454.7 7.251900.00 0.00 0.00 满足D100.1454.7 7.2522068.10 87.55 0.62 满足E0454.7 7.252000.00 0.00 0.00 满足F50454.7 7.2520037.59 53.42 0.36 满足G0454.7 7.252200.00 0.00 0.00 满足H13.6454.7 7.2519010.79 16.19 0.11 满足I6.1454.7 7.252403.79 4.45 0.03 满足J0454.7 7.252200.00 0.00 0.00 满足表6 上弦肢背与节点板连接槽焊缝验