钢结构课程设计梯形钢屋架计算书

1、成绩:钢结构课程设计梯形钢屋架计算书所在学院建筑工程学院所属专业土木工程班级学号 土木 10-3 1015020324学生姓名郑春旭指导教师黄雪芳干晓东设计时间2013.11.26-、设计资料1某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m,柱距6m。采用1.5mX6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平 层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2,雪荷载标准 值0.5kN/m2,积灰荷载标准值为0.6kN/m2,轴线处屋架端高为1.90m,屋面坡度 为i=1/12屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm X 400mm，混

2、凝土标号为C25钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：Lo=27m 2X 0.15m=26.7m3、跨中及端部高度：端部高度：h ' =1900mm （端部轴线处），h=1915mm （端部计算处）。屋架中间高度h=3025mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图一所示：图一屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置如图二所示：1(1COLGI图二-1屋架上弦支撑布置图ttlGGAEUtt)ux ta IIX ft1.3x11111iiii ,iXGMkmGM烫图二-2屋架下弦支撑分布图ClLtl<(3L01(Cl7M阿wGG4Wl 1-1XLC1x><

3、;LG1XX66?IC2iltt ?-?图二-3屋架垂直支撑符号说明：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）。三、荷载与内力计算1、荷载计算荷载与雪荷载不同时考虑，故计算时取两者较大的荷载标准值计算。由资料可知屋面活荷载等于雪荷载，所以取 0.5 kN/tf计算。标准永久荷载：防水层、找平层、保温层1.30kN/tf预应力混凝土大型屋面板1.40kN/tf钢屋架和支撑自重0.12+0.01* 27=0.42kN/tf总计:3.12kNtf'标准可变荷载：屋面活荷载0.50 kN加积灰荷载0.60kN/卅总

4、计：1.1kN/tf2、荷载组合设计桁架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）: 全跨节点荷载设计值：F=（1.35X 3.12+1.4K 0.7 X 0.5+1.4X 0.9 X 0.6） X 1.5X 6=49.122kN 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=1.3X 3.12X 1.5X 6=37.908 kN （按永久荷载为主的组合）F1.2=1.X3.12X 1.5X 6=33.696kN （按可变荷载为主的组合）对结构有利时：F1.3=1.X 3.12X 1.5X 6=28.080kN半跨节点可变荷载

5、设计值：F2.1= 1.X （0.7 X 0.5+0.9X 0.6） X 1.5X 6=11.214kN（按永久荷载为主的组合）F2.2=1.X（ 0.7+0.9X 0.6） X 1.5X 6=17.325kN （按可变荷载为主的组合） 全跨屋架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变 荷载为主的组合）:全跨节点屋架自重设计值：对结构不利时：F3.仁1.X 0.45 X 1.5X 6=4.86kN对结构有利时：F3.2=1.（X 0.45X 1.5X 6=4.05kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2X 1.4+1.X 0.5） X 1.5X 6= 21.42kN其中

6、为使用阶段荷载情况，施工阶段荷载情况。计算详图见图三。图三桁架计算简图3、内力计算本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表表名称杆件内力系数（F=1第一种组合FT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F1X+F2 XF1X)+F2X F3X +F4 XF3X( +F4 XAB0000 100000BC-10-8.1-2.-531.5'-551.36-456.42-227.1-109-551.3，CD8256706786DE，EF-17-12-4.-876.-899.63-762.94-362.-193-899.68587988343423弦土

7、FG-21-14-6.-1058-1070.9C'-936.29-418.-252-1070.，gh55668958753290HJ-22.72-1423-8.49-111605-1107.8()-1008.36-415.23-29228-1116.(5IJ，-23.-14-8.-1139-1134.49)-1026.38-428.-294.-1139.6JK2724863053935.94.5294.2127.4306.5ab991.44306.59251.32359.10)9be14.10.3.8725.5748.57627.12305.154.8'748.57778983

8、059弦下ed19.14.5.9981.91000.85861.04397.224.8； 1000.89903656715de22.3414.647.71097.391100.50980.27422.16273.51i1100.50ef21.12.9.1073.1037.26998.80364.1316.5i1073.886048281481-11-8.-2.-551.6-238.-110.9aB236634-574.70-471.27791-574.78.96.62.3185.494.4455.4Bb92744161455.48381.85968斜bD-7.7-5.-2.-378.7-152

9、.5-87.5-385.3腹137343-385.31-332.810915.83.72.1287.3108.5'73.63杆De5416286.56258.324.287.36-4.-2.-2.-225.4-76.2-66.6-225.4eF595207-7 -217.66-209.86957Fd3.11.2191.815225138.48150.2640.9855.55.152.28dH-1.92-0.07-1.85-94.31-74.00-104.83-10.83-48.96-104.83He0.6-1.01.632.917.7354.68-18.539.454.6872996-

10、18.59eg1.13.2-2.57.96100.529.3974.71-37.9100.5282046-37.96gK193.9-2.93.82140.8437.0693.8-34.4140.8450491-34.41gI0.670.67032.9137.0125.401763.2637.01Aa-0.5-0.50-24.56-27.62-18.95-13.14-2.43-27.62CbEc-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23杆竖Gd-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Jg-1-10-49.12-55.2

11、3-37.91-26.28-4.86-55.23Ie-1.5-1.50-73.68-82.85-56.86-39.42-7.29-82.85Kf000000000四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力J、JK计算，根据表得：N= -1139.63KN屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：G=1355mm本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度l°y为支撑点间的距离，即：l °y =3l ox =4065mm。根据屋架平面外上弦杆的计算长度， 上弦截面宜选用两个不 等肢角钢，且

12、短肢相并，如图四所示：lox 135.5cmloy 406.5需要回转半径ix2.26cm ， iy6.78cm60 60根据A、ix、iy查角钢规格表，初选用2L 180X 110< 12肢背间距a=12mm, 该截面特性如下：2A=67.42cm ， ix=3.10cm， iy =8.75cm。0/t 180/12 15按所选角钢进行验算：loxx ix bi/t135.53.10180/1243.71 < =15015 > 0.56loy /“0.56 4065/18012.65yz3冲(1l 2t2 oy l52.7bi4)2 2180 406512、3.7(14)1

13、252.7 1804腹杆最大内力N=-574.7KN,查表可知，中间节点板厚度取12mm,支座节点 板厚度取14mm。设 =60，根据规范由双边角钢组成的 T行和十字形截面 均属于b类，查Q235钢轴心受力稳定系数表， =0.807,则需要截面积：A N1139.63 1032A6568.3mmf0.807 215=57.89v206.45 V 215 N. mm2150yz x，只需求出y，查轴心受压杆截面在x和y平面皆属b类，由于 稳定系数表得y = 0.819则有：N 1139630 yA 0.819 6740所需截面合适。2、下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，根据表得杆

14、de内力最大N=1100.50KN 计算长度又有:l ox =2700mm,l oy =26700/2=13350mm215需要截面面积 A N 11005005118.60mm251.19cm2，选用2L 160 100 12采用短肢相并，如图五所示:图五 下弦杆22该截面特性如下：A= 6011 mm >5118.6Cmm ， ix=28.2mm, iy=78.2mm。长细比计算：x也-300 106.38350ix 2.821 oyly13357.82170.72350N 1100500183.08MPa 215MPaA 6011满足要求。3、端斜杆aB:loy ,故采用不等已知杆

15、件轴力N = -574.70kN, ©= 2390mm。因为h肢角钢，长肢相并，使ixiy，选用角钢2 L 125 80 10，如图六所示:图六 端斜杆则其截面特性如下：A= 3942 mmix = 39.8mm, iy = 33.9mm对该截面验算如下:又因为：b2/t80/10所以:取yz841.09b>因为:有：yzy 1 TVlOyt，只需求ks 2390 60.05, y 如ix 39.8y iy0.48 2390/80 14.3441.09 9070.501222390102390 70.5033.979.33150查轴心受压杆稳定系数表得yz =0.692，于是N

16、yA所需截面合适。3574.70 100.692 39422 2210.68 N/mm < f 215 N/mm 4、腹杆 eg-gK：此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：NgK 140.84kN , Neg 100.52kN ;最大压力：NgK 34.41 kN , Neg 37.96kN ;再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节间中心间距: l°x =2027mm在桁架平面外的计算长度：loy h(0.75N34 410.252)4055 (0.75 0.25)3960mmN137.96选用 2 L100 10,如图七所示。2查角钢规格表得:A=3852

17、mm，对此截面验算如下：I：2027xix 30.566.46?L10Gx10图七 腹杆eg-gK ix=30.5mm， iy=46.0mm。150l oy 3960 y 厂 46.0 y又因为：86.09150b/t100/10100.58l°y/b0.58 3960/10022.97所以取:yz因为:yz压应力:4d 0.475by 1 厂 86.09loytx只需求N41 °.4752 100288.70396010yz，查表得yz =0.630，于是有:379600150拉应力:yAN0.6303852156MPa 215MPa，满足要求。140840385236.

18、56MPa215MPa，满足要求。5.竖杆Ie：该杆件 N = -82.85KN,由于杆件内力较小,l 0x按0.8l = 0.8l oxn查型钢表，选用2 L 63X 8,如图八所示:lx2801 = 2241mm, l°y=150 选择，2241 d c14.9mm ,150l 2801mm需要的回转半径为：l oy门ly280118.67mm ,150yo图八中竖杆其截面特性为：2A=1902mm，ix=19.0mm， iy =31.0mm对此截面验算如下：2241x115.2150lx19.4l oy2801 ",92.1150ly30.4因为:b/t=63/8=7

19、.875<0.58 loy/b=0.582801/63=25.787y44所以:yz0.475bl $ t2loy I92.10.475 6322-2801 893.47150因为x yz，只需求x，查表得x =0.463，于是有:82850xA0.463 190294.1MPa215MPa其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表二:屋架杆件截面选择表表二名杆内力计算长度(cm)截面面回转半径(cm)长细比容稳定系数计称件编口， 号(KN)1截面规格积iy许长细x算应力/ 2l0xl0y(cm2)lxxy比N/mm 2上IJ-1139135.4062L180 X 110X163.8

20、4357.15020弦JK.6350.5027.4210.75.71890.00.8196.45下d1100.2701332L160 X 100X162.7.951735183弦e50.005.0020.108282.740.720.00.08A-27.6191.191.2L63 X8191.3.1061.15094.a25050.0290100.79770.00.46310a-574.2392392L125 X 80X“33.3.6070.15021010B70.00.009.429839.05500.00.692.68B455.2392982L100 X 1033.4.786435118b

21、48.00.758.520560.36.950.00.25bC-55.2212.2652L63 X8191.3.1118515059.370.88.029010.95.770.00.48763b-385.261.3262L100 X 1033.4.8571.150153腹D3150.888.520560.74060.00.650.89杆D287.261.3262L100 X 1033.4.8571.3574.c3650.888.520560.74060.0060Ec-55.2235.2942L63 X8191.3.129415069.320.00.0290103.79.840.00.41764

22、cF-225.280351.2L100 X 1033.4.9276.15096.47.90138.520560.10330.00.60743dF152.2280351.2L63 X8191.3.141133580.8.9013.0290107.84.270.0006dG-55.2257.322.2L63 X8191.3.131015079.36000.0290105.583.870.00.36399d-104.3003762L63 X8191.383.80.00 1.0290 108.32.290.00.281.14H54.68-18.593003762L63 X81

23、91.3.80.00.0290108.32.290.00.281.31Ie-82.82803502L63 X8191.3.141121501375.10.13.0290107.42.940.00.317.41e100.202.253.2L100 X 1033.4.6655.15033.52g-37.9670388.520560.46080.00.77280gk140.202.253.2L100 X 1033.4.6655.15047.84-34.4170388.520560.46080.00.77236Kf0.003023022L63 X8191.1.1515200.

24、0.50.50.0290909.219.210.000gI37.0186.233.2L63 X8191.3.9875.3519.16025.029010.21240.0046Jg-55.2140.175.2L63 X8191.3.73.5615039.30000.02901068.450.00.72889五、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fwf160 N/mm1、下弦节点“ b”:设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝h 8mm和6mm，各杆件内力由表1查得，则所需的焊缝长度为：3GN “0.7 455.48 10肢冃：lw1 w 2hf2 8 193.92mm，取 lw2

25、0.7hf1ff2 0.7 8 160210mm；3K2N0.3 455.48 10肢尖 : lW- w 2hf2 6 113.67mm，取 lw2 0.7hf2ffw2 0.7 6 160130mm；设“Db”杆的肢背与肢尖焊缝分别为8mm和6mm，贝U所需的焊缝长度为:. 一3肢背：lwK1N2 0.7hf1ffw2hf0.7 385.31 102 8166.51mm，取lw =20.7 8160180mm；肢尖：lwK2N2hf0.3385.313102698.01mm，取lw =2 0.7hf2ffw20.7 6160110mm；竖杆“Cb”，因其内力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定，取焊

26、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390mm x500mm。下弦杆与节点板连接的焊缝长度为 500mm，hf 6mm。焊缝所受的力在左右两下弦杆的内力差 N=748.57-306.59=441.98KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：3K1 N0.7 441.98 1022f199.57N / mm 160mm2 0.7hflw2 0.7 5 500 2 6焊缝强度满足要求。节点板b尺寸节点板尺寸：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，按比列作出构造详图，从而定出节点尺

27、寸。如图九所示图九2、上弦节点“ B” ：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。斜杆aB与节点板连接焊缝计算。设“aB”杆肢背与与肢尖的焊缝分别为10mm 和8mm。又N=574.70KN,则所需焊缝长度为:3肢背：lw200mm ；肢尖:lw2 10 186.77mm，取匚=2 8128.25mm，取 lw =KiN0.65 574.70 102 0.7hf1ffwf 2 0.7 10 1602hf 0.35 574.70 1032 0.7hf2ffw2 0.7 8 160140mm；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

28、上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，焊 缝强度设计值应乘以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F与上弦垂直（节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间的内力差由 角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝必然是安全的，因此可不必验算）。上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差：N=574.70-0=574.70KN。设需焊缝长度为530mm， hf112 6mm, hf 2 10mm。则肢尖:N1N22F2 1.220.65 574700* 22491202 1.222 0.7 hfl w2 0.7 6 530 1285.9外口口20.8160Nmm2128Nmm22K2

29、N1 N2F2 1.222 0.7 h f l w2 0.7 10530 2028.31n 2 0.8ffw / mm故焊缝强度满足要求。节点板尺寸如图十所示：图十 节点板B尺寸3、屋脊节点“ K” ：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。1139630 104 0.7 10 160264.38mm设肢尖、肢背焊缝为10m m,则所需焊缝计算长度为：(一条焊缝)45.22MPa80.40MPa160MPaZL 180-1X)-12经71180-110*17拼接角钢总长度取700>264.37X 2=528.74上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15汨算。设肢尖焊缝hf10mm，节点板长度为600mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw (600/2 10 20)270mm，则焊缝应力为：0.15 11396302 0.7 10 2706 0.15 1139630 802 0.7 10 2702I1JSLMCN101IJ9.63KN1D2L1OT-I01WMKI图一一节点板K尺寸4、端部支座节点“ a “：如图十二所示:图十二支座节点a为