梯形钢屋架课程设计例题

1、钢结构课程设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2012年 12 月 9 日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中级工作制吊车，轨顶标高为8.5m。（2） 采用1.5m×6m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柱上，上柱截面为400mm×400mm。

2、（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-2×0.15m=20.7m（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60mm。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：1、 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。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为米（m）。荷载计算表如下：荷载名称标准值（kN/m）设计值（kN/m）预应力混凝土大型屋面板1.

3、41.4×1.35=1.89三毡四油防水层0.40.4×1.35=0.54找平层(厚20mm)0.2×20=0.40.4×1.35=0.5480厚泡沫混凝土保护层0.08×6=0.480.48×1.35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.011×030=0.450.45×1.35=0.608管道荷载0.10.1×1.35=0.135永久荷载总和3.234.361屋面活荷载0.70.7×1.4=0.98积灰荷载0.60.6×1.4=0.84可变荷载总和0.31.82设计屋架时，应考虑

4、以下三种荷载组合（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载：（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：（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：半跨接点屋面板自重及活荷载：（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: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:杆件名称内力系数(F=1)第一种组合F×第二种组合第三种组合计算杆件内力(kN)全跨左半跨右半跨F1×+F2×F1

5、15;F2×F3×F4×F3×F4×上弦AB000000000BC、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-2

6、2.43-13.98-10.33-1247.7585-1109.34747-1049.5605-448.5659-363.4844-1200.4738IJ、JK-22.9-14.45-10.33-1273.9041-1135.4931-1068.0075-462.0925-366.0553-1247.7585下弦ab6.024.61.75334.88658311.62698264.94398140.155473.7219334.88658bc15.1811.154.93844.44822778.43682676.55322342.9411197.9529844.44822cd20.1414.0

7、77.421120.368061020.94146912.01446438.1375283.1261120.36806de22.1514.459.421232.182351106.056351023.66495457.99340.74071232.18235ef21.311.6611.771184.89771026.99451028.7963388.3056390.86971184.8977斜腹杆aB-11.32-8.63-3.28-629.72028-585.65808-498.02508-263.0857-138.3772-629.72028Bb9.056.642.95503.442454

8、63.96665403.52445204.2819118.268503.44245bD-7.56-5.23-2.85-420.55524-382.38984-343.40544-163.2645-107.7867-420.55524Dc5.553.52.51308.74095275.16195258.94575111.943588.8666308.74095cF-4.27-2.27-2.45-237.53583-204.77583-207.72423-76.2706-80.4664-237.53583Fd2.740.952.18152.42346123.10326143.2506637.132

9、365.8036152.42346dH-1.570.19-2.14-87.33753-58.50873-96.67413-4.159-58.4713-96.67413He0.36-1.231.9420.02644-6.0177645.90684-26.702147.190647.1906-26.7021eg1.563.44-2.386.78124117.5756423.5544488.7196-45.0798117.57564-45.0798gK2.284.16-2.3126.83412157.6285251.81372109.4412-41.1414157.62852-41.1414gI0.

10、650.65036.1588536.1588525.5118518.7073.555536.15885Aa-0.5-0.50-27.8145-27.8145-19.6245-14.39-2.735-27.8145竖杆Cb、Ec-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Gd-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Jg-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Ie-1.5-1.50-83.4435-83.4435-58.8735-43.17-8.205-83.

11、4435Kf0.170.090.099.456938.146538.146533.02783.02789.456935、 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=3×1.508=4.524m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

12、用14mm。设=60，查Q235钢的稳定系数表，得（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），则需要的截面积为:需要的回转半径： 根据需要A、查角钢表，选用2180×110×14，肢背间距a=12mm，则：A=7800，=30.8mm，=88.0mm验算： 由于=150，所以满足细长比要求。 因为，只需求，查表得=0.847，则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:选用2180×110×12,因,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图 故所选截面符合要求。(

13、3) 端斜杆aB杆件轴力: N= -629.72kN计算长度: 因为,故采用不等肢角钢,长肢相并,使.选用2140×90×10,则 A=44.6cm， 因为，只需要求，查表得0.764，则所以所选截面符合要求。（4）腹杆此杆可在g点处不断开，采用通杆。最大拉力： 最大压力： 在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度：选用263×5，查表有：因>，只需求，查表得=0.31，则符合要求（5）竖杆由于杆件内力较小，按选择，则需要的回转半径为查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大。选用263×5，其几何特征为因>，只需求，查表得=

14、0.38，则符合要求。其余各杆见下表：19杆件编号内力(kN)计算长度截面规格截面面积回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数计算应力IJ、JK-1247.7585150.8452.42180×110×1477.933.088.848.96151.40911500.847189.0350996de1232.1823530014852180×110×1267.423.18.7496.7742169.908350182.76Aa-27.8145199199263×512.2861.943.04102.57765.46051500.53842.080

15、26545aB-629.72028253.5253.52140×90×1044.5224.473.7456.711467.78071500.764185.131217Bb503.44245208.64260.82100×623.8643.14.5167.303257.8271350210.96Cb-55.629183.2229250×59.6061.532.53119.73990.51381500.439131.9149905bD-420.55524229.52286.92100×727.5923.094.5374.278363.3333150

16、0.724210.5238487Dc308.74095228.72285.9270×616.322.153.33106.38185.8559350189.179Ec-55.629203.84254.8250×59.6061.532.53133.229100.7111500.363159.533556cF-237.53583250.32312.9290×621.2742.794.1389.720475.76271500.621179.7994558Fd152.42346249.44311.8250×59.6061.532.53163.033123.2413

17、50158.675Gd-55.629231.2289250×5906061.532.53151.111114.2291500.3040.020196249dH-96.67413271.6339.5270×616.322.153.33126.326101.9521500.304194.8572344He47.1906-26.7021270.8338.5263×512.281.943.04139.588111.3491500.34760.11Ie-83.4435255.2319263×512.281.943.04131.546104.9341500.3811

18、78.3483803eg117.57564-45.0798230.6449.95263×512.281.943.04118.866148.011500.31118.4gK157.62852-41.1414230.6449.95263×512.281.943.04118.866148.011500.31108.02Kf9.45693349349263×512.282.452.45142.449142.4492007.7gI36.15885166.32207.9250×59.6061.532.53108.70682.173935037.64Jg-55.629

19、120.64150.8250×59.6061.532.5378.849759.60471500.66587.083730566、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。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算） 设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为“Cb”杆的内力很小（-55.629kN），按构造确定焊缝，取=5mm。按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：329mm×458mm。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两下弦杆的内力差，受力较大的肢

20、背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。节点图如下：（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（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）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上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则上弦肢间角焊缝的切应力为<160MPa节点详图如下：（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（一条焊缝）拼接角钢的长度+弦杆杆端空隙，拼接角钢角度取620mm。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，取节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为因屋架的跨度很大，需将屋架分为