30米梯形钢屋架钢课程设计计算书

1、钢结构课程设计、设计资料1、已知条件：梯形钢屋架跨度 30m长度72m柱距6m该车间内设有两 台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为 8.000 m。冬季最低温度为20C , 地震设计烈度为6度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5mx6m预应力混凝 土大型屋面板，80mmj泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度 i=1/10。屋面 活荷载标准值为0.7 kN/m2,雪荷载标准值为0.65 kN/m2。屋架较支在钢筋混凝 土柱上，上柱截面为400 mm< 400 mm混凝土标号为C2s钢材采用Q235ES, 焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：Lo=30 2X0.15=29.7

2、m,3、跨中及端部高度：端部高度：h'=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。屋架的中间高度h=3400mm屋架跨中起拱按Lo/500 考虑，取 60mm二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示，支撑布置见图2所示T-8 o1525OJ尸引柏 / wen、m二二/a口口口 / wnnn图1屋架形式及几何尺寸符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）;GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值SBS改型沥青油

3、毡防水层找平层（20mm厚水泥砂浆）保温层（100mm厚水泥珍珠岩）隔气层（冷底子油）混凝土大型屋面板（包括灌浆）钢屋架和支撑自重管道设备自重0.40kN/m20.02X20=0.40kN/m20.1X6=0.6kN/m20.05 kN/m21.40kN/ m20.12+0.011X30=0.45kN/m20.10 kN/nf总计 3.23kN/m2'可变荷载标准值 屋面活荷载 积灰荷载1.35X3.23=4.36kN/m21.4X1.3=1.82kN/m20.70 kN/m20.60kN/itf总计 1.3kN/nf永久荷载设计值 可变荷载设计值2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种

4、组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载: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：F=(4.36+1.82) X 1.5X 6=55.62kNF1=4.36X 1.5X6=39.24 kNF2=1.82X 1.5X6=16.38 kN全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.45X 1.35X 1.5X 6=5.47kN半跨大型屋面板重及活荷载：F4=（1.4X 1.35+0.7X 1.4） X1.5X6= 25.83kN3.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1杆件名称内力

5、系数（F=1）第一种组合F*第二种组合第三种组合计算杆 内力（1全跨左半跨 右半跨 F1*®+F2*®F1* +F2"F3 +F4F3 +F4上弦AB00-0.010.00 ：0.00-0.160.00-0.26-0.BCCD-11.35-8.49-3.45-631.39-584.54-501.99-281.38-151.20-631.DEEF-18.19-13.08-6.25-1011.89-928.19-816.31-437.36-260.94-1011.FGGH-21.53-14.62-8.46-1197.69-1084.51-983.61-495.40-3

6、36.29-1197.HJ-22.36-13.98-10.25-1243.86-1106.60-1045.50-483.41-387.07-1243.IJJK-22.73-14.3910.2-1264.45-1127.84-725.05-496.03139.13-1264.下弦ab6.334.941.83352.13329.36278.42162.2381.89352bc15.3611.3P 4.98854.46 1787.96684.44375.90212.65854cd20.2114.147.431124.26 11024.84914.93475.78302.471124de22.1214

7、.449.391230.511104.721022.00493.98363.541230ef21.2311.68F 11.681181.00 11024.571024.57417.82417.821181斜腹 杆aB-11.34-8.66-3.27-630.83-586.93-498.65-285.72-146.49-630.Bb8.816.472.87490.09451.76392.79215.31122.32490bD-7.55-5.23-2.84-420.00-382.00-342.85-176.39-114.66-420.Dc5.393.392.44299.84267.08251.52

8、117.0592.51299cF-4.23-2.25-2.43-235.31-202.88-205.83-81.26-85.91-235.Fd2.620.88:2.13145.75 117.25137.7237.0669.35145dH-1.510.22-2.12-84.00-55.66-93.99-2.58-63.02-93.He0.29-1.251.8916.13-9.0942.34-30.7050.4150-27.eg1.533.4-2.2885.11115.7422.7096.19-50.25115-50.gK2.164.07-2.32120.16151.4446.78116.94-4

9、8.11151-48.gI0.490.54-0.0627.2628.0818.2516.631.1328竖杆Aa-0.55-0.540-30.60-30.43-21.59-16.96-3.01-30.CbEc-1-0.990-55.63-55.47-39.25-31.04-5.47-55.Gd-0.98-0.980-54.52-54.52-38.46-30.67-5.36-54.Jg-0.85-0.90-47.28-48.10-33.36-27.90-4.65-48.Ie-1.42-1.430-78.99-79.16-55.73-44.70-7.77-79.Kf0.02001.110.780.

10、780.110.111四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-630.83KN,由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1264.45KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度lox=1507mm屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取 上弦横向水平支撑的节间长度：10y =4521mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面直选用两个不等肢角钢，且短肢相并, 见图3y图3上弦截面设=60,查轴心受力稳定系数表，=0.807* N2需要截面积 A =1246.45*10=7287.7m

11、m.f*I* LC-7*I/ LC /左右平% ixlox1.507iylox4.524而要回转半径 x = 一 25.1mmy =一 75.4mm6060q* .*根据需要的A、ix、iy查角钢型钢表，初选 2 L 180 110 14,2A=7793 mm , ix=308mm , iy =88mm。按所选角钢进行验算:ox150748.96<入=150308y =-y-= 4524 51.41 < 入=150iy88由于 yy,查轴心受力稳定系数表,y =0.8471264 65 103191.59MPa<215MPa所选截面合适。0.847 77932 .下弦杆整个下

12、弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1230.51KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lOx =3000mm屋架平面外根据支撑布置取lOy =29700/2=14850mm计算需要净截面面积 A* = 1230510 =5723.30mm2 ,选用 2 L180 110 12, f 215X下弦截面因为lOy >lOx ,故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。图42ix=31mm,iy =87.4mm。A=6742 mm ,l ox x=ix30003196.77 <=350y显=iy1485087.4169.91<=350所选截面满足要求。3 .端斜杆Ba已知 N = -

13、630.83kN, lOx =lOy = 2456mm。因为lOx= lOy ,故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix=iy,选用角钢2 L 140 90 10A = 4452.2截面刚度和稳定验算：2 mmix =44.7mm, iy = 87.4mmox245644.754,94 <=150因为y x 只需求630.83 1030.764 4452.2loy iy245637.4查表得65.66<y=0.764185.46MPa<215 MPa=150所选截面满足要求。4 .再分腹杆eg-gK此杆在g节点处不断开，采用通长杆件拉力：Nqk 151.44 KN, Neq 115

14、.74 kN geg压力:Neg 50.52 kN, gNgk48.11KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lox =0.8 x 2250=0.8X 2250=1800mm屋架平面外根据支撑布置取:loy = 1 (0.75+0.251) =450 XN248 11(0.75+0.258,l 11) =4446.3mm50.52图6中竖杆Kfiy =30.4mm。选用2 L 63 5,见图5。12图5再分腹杆egK2A=1228.6 mm , ix=19.4mm,因为y拉应力:5.竖杆Iey loy4446.330.4146,25< =150x只需求y,查表得y=0.32,则50.5

15、2 103 128.5MPa<215 MPayA 0.32 1228.63N 151.44 101228.6123.26MPa215MPa所选截面满足要求N = -79.16KN, l0x0.8l =0.83052= 2442mm,l0y l由于杆件内力较小，按 =1503052mm的回转半ix 反 244 1.63cm150l oyn305.21502.03cm查型钢表，选用2 L 63X5,其几何特性为2A=1228.6mm19.4mmiy 30.4mm因为x y只需求l oxl oyiy244.21.94305.23.04查表得79.16 103xA 0.406 1228.6125

16、.88cm100.39cmx=0.406,150150158.7MPa 215MPa其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 2名称杆件编 号内力（KN）计算长度（cm）截面规格截回卸积（cm2）回转半径（cm）长细比容3生K幺用稳定系数计算应力Mpal 0xl0yixiyxy比xy上弦IJ JK-1264.45150.8452.42L180X 110X1477.933.088.848.9651.411500.847191.59下弦de1230.52LX 110X 1267.423.18.7496.77169.91350182.51腹杆Aa-30.61991992L63X 512.286

17、1.943.04102.665.51500.53846.29aB-630.83253.4253.42L140X 90 X 1044.5224.473.7456.7167.781500.764185.46Bb490.09208.6260.82L100X 623.8643.14.5167.2957.83350205.37Cb-55.63183.22292L50X 59.6061.532.53119.790.51500.493131.92bD-420229.52872L100X 727.5923.094.5374.363.31500.724210.25Dc299.84228.7285.82L70X

18、616.322.153.33106.3785.83350183.73Ec-55.63207.22592L50X 59.6061.532.53135.4102.41500.363159.54cF-235.31250.8312.62L90X 621.2742.794.1389.8975.693500.621178.12Fd145.75249.5311.82L50X 59.6061.532.53167123.3350151.73Gd-54.52231.22892L50X 59.6061.532.53151.1114.21500.304186.67dH-93.99271.6339.52L70X 616

19、.322.153.33151.1101.951500.304189.45He50.41-27.55270.8338.42L63X 512.2861.943.04139.59111.321500.34764.62Ie-79.16255.2319.12L63X 512.2861.943.04131.5104.91500.381169.11eg115.74-44.78230.1453.732L63X 512.2861.943.04118.6149.251500.31117.54gk151.44-42.26230.1453.732L63X 512.2861.943.04118.6149.251500.

20、31110.96Kf1.12314.1314.12L63X 512.2862.452.45128.2128.22000gi28.08165.9207.42L50X 59.6061.532.53108.782.235029.23Jg-48.1127.6158.92L50X 59.6061.532.5383.4631500.66575.3屋架杆件截面选择表五、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f： 160MPa各杆件内力由表1查得1.下弦节点b(1)斜杆Bb与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm和6mm。所需焊缝长度为:肢背：lw 070.7 49009

21、0182.33 16 198.33mm,取 lw = 200mm2heffw 2 0.7 8 160肢尖:0.3N2heffw0.3 4900902 0.7 6 160 一 . '109.4 12 121.4mm,取 lw =120mm(2)斜才f Db与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm和6mm。所需焊缝长度为:肢背：lw 0.7 420000164.06 16 180.06mm,取 lw=180mm2 0.7 8 160肢尖：lw 0.3 420000 =93.75+12=105.75mm,取lw = 110mm2 0.7 6 160(3)竖杆Cb与节点板连接

22、焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 hf=5mm根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为457mmX 340mm(4)下弦杆与节点板连接焊缝验算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 N=854.16-352.13=502.33KN,设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm,所需焊缝长度为457mm，受力较大的肢背处的焊缝应力3为：f 0.75 502.33 10100.79MPa <160MPa2 0.7 6 (457 12)(5)节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列

23、作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图 7所示图7节点板b尺寸2 .上弦节点B(1)斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b中Bb杆计算相同。(2)斜杆Ba与节点板连接焊缝计算设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背:0.7N2heffw0.7 6308302 0.7 10 160183 20 203mm二210mm肢尖：1w0.3Nw2heff0.3 6308302 0.7 6 160_ _ _ _ _ _ _ _ _一' _ _ _164.28 12 176.48mm,取 1w = 180mm14MPa<0.8 f ffw 156MPa N=63

24、1.39-0.26=631.13KN100.18MPa 20)6 M_ _.22 0.7hflw2112.33MPa"J ( f)2112.331.222_2)2 100.182140.62MPa 160MPa(3)上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，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1 1hf 一 下点板厚度 一 12 6mm,hf 10mm2 2上弦与节点板间焊缝长度为470mm,则P5562

25、92 0.7 hf lw1 2 0.7 6 470上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 偏心距 e =110-25.9= 84.1mm设需焊缝长度为470mm,则N 631130f2he lw 2 0.7 10 (4706 631130 84.122 0.7 10 (470 20)2(4)节点板尺寸：方法同前，如图 8所示图8节点板B尺寸3 .屋脊节点K(1)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密 合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠 节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。12644504 0.

26、7 10 160设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm,则需焊缝长度为282.24 20 302.24mm ,取 lw=300mm拼接角钢长度取2 (300+20)+24= 664mm(2 )斜杆与节点板连接焊缝的计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm和5mm,所需焊缝长度为：肢背：lw 0.7 15144012 90.88mm,取 lw=100 mm2 0.7 6 160.0 3 151440肢尖：lw 10 50mm,取焊缝长度lw=60mm2 0.7 5 160根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为500mmX 240mm

27、(3 )弦杆与节点板的连接焊缝计算：取节点板的长度为500mm ,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为500/2 10 20 220 mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载P2 0.7 hf lw556292 0.7 10 22018.06MPa0.8 f ffw 156.16MPa上弦肢尖与节点板用角焊缝, 设焊脚尺寸为10mm。按上弦杆内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩(1.22)0.15N2helw6 M2helw(f)21264450 0.152 0.7 10 22061.58MPa6 0.15 1264450 84.12 0.7 10 2202141.24MPa,141.24

28、、2(1.22)261.58131.13MPa 160MPa(4)中竖杆与节点板的连接焊缝计算此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf=5mm(5)节点板尺寸：方法同前，如图 9所示度为图9节点板K尺寸4 .下弦跨中节点f(1)弦杆与拼接角钢连接焊缝计算拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm,则需焊缝长f4 0.7 hfff67.42 100 2154 0.7 8 160404mm，取 1 w =404+16=420mm拼接角钢长度2 420+20=860mm(2)弦杆与节点板连接焊缝计算按下弦杆内力的15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm,弦杆一侧需焊缝长度为0.

29、7 1181000 0.15肢目：1w 12 104.27mm,取 1w=110mm2 0.7 6 1600.3 1181000 0.15寸肢尖 1w 12 51.54mm, 取 iw =60mm2 0.7 6 160(3)节点板尺寸：方法同前，如图10所示图10节点板f尺寸5 .端部支座节点a-I /<ll 4图11支座节点a为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出 肢的宽度，故可取为180mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节 点板的高度相同，厚度同端部节点板为 14mm。(1)支座底板计算支座反力 R 55629 10 556290N取加劲肋的宽

30、度为110mm,考虑底板上开孔，锚栓直径取 d=25mm,锚栓孔直 径 为 60mm , 则 所 需 底 板 面 积： 锚栓孔缺口面积556290 3.14 602/4 47329.2mm2按构造要求取底fc12.5板尺寸为280mm 400mm,偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积：Ac 280 (2 110 14) 65520 mm2R 556290验算柱顶混凝土的抗压强度： 5562908.49MPa fc 12.5MPa满足An65520底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每 块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为M22式中 底板下的平均应力，=8.49MPa2两边支承对角线长,2 = J(140 14/2)2 1102