梯形钢屋架课程设计

1、梯形钢屋架课程设计一、设计资料（1） 题号80，屋面坡度1：16，跨度30m，长度96m，柱距6m，地点：哈尔滨，基本风压：0.45kN/m,基本雪压：0.45 kN/m（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，雪荷载标准值为0.45 kN/m，积灰荷载标准值为0.6 kN/m。（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：=30m-20.15m=29.7m（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29.7m轴线处的高度 取屋架在

2、30m轴线处的端部高度 屋架的中间高度 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1.41.41.35=1.89三毡四油防水层0.40.41.35=0.54找平层(厚20mm)0.220=0.40.41.35=0.5480厚泡沫混凝土保护层0.086=0.480.481.

3、35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.011030=0.450.451.35=0.608管道荷载0.10.11.35=0.135永久荷载总和3.234.361屋面活荷载0.70.71.4=0.98积灰荷载0.60.61.4=0.84可变荷载总和0.31.82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：（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

4、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+F2F1F2F3F4F3F4上弦AB000000000BC、CD-11.94-8.98-3.42-6664.21-615.73-527.93-297.27-158.82-664.21DE、EF-19.97-14.39-6.83-1110.91-1019.51-895.68-480.93-285.65-1110.91FG、GH-24.43-16.61-9.57-135

5、9.02-1230.92-1115.61-562.67-380.83-1359.02HI-26.05-16.31-11.92-1449.14-1289.59-1217.69-563.78-450.39-1449.14IJ、JK-26.55-16.76-12.00-1476.95-1316.59-1238.62-578.14-455.19-1476.95下弦ab6.564.951.95364.93338.55289.41163.7486.25364.93bc16.4412.065.34914.54842.80732.72401.44227.86914.54cd22.5815.788.301256

6、.101144.721022.20531.11337.901256.10de25.5516.6910.831421.321276.191180.21570.86419.501421.32ef25.4013.9514.021412.981225.431226.57499.27507.071414.98斜腹杆aB-11.55-8.85-3.31-642.51-598.29-507.54-291.77-148.68-642.51Bb9.436.953.04524.58483.96419.91231.10130.11524.58bD-8.12-5.67-3.01-451.71-411.58-368.0

7、1-190.87-122.16-451.71Dc6.324.062.76351.58314.56293.26139.44105.86351.58cF-5.00-2.80-2.70-278.15-242.11-240.47-99.67-97.09-278.15Fd3.501.462.50194.70161.29178.3256.8683.72194.70dH-2.27-0.27-2.45-126.28-93.52-129.23-19.39-75.70-126.28He1.00-0.862.2855.6325.1676.60-16.7464.3676.60-16.74eg0.883.17-2.81

8、48.9586.46-11.4986.69-67.7786.69-67.77gK1.633.92-2.8090.68128.1918.11110.17-63.41128.19-63.41gI0.680.610.0937.8336.6828.1619.486.0437.83Aa-0.5-0.50-27.81-27.81-19.62-15.65-2.74-27.81竖杆Cb、Ec-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Gd-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Jg-1-10-55.63-55.63-39.25-31.

9、30-5.47-55.63Ie-1.47-1.430-81.77-81.12-57.70-44.98-8.04-81.77Kf0000000005、 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= -1476.95kN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 =3m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= -642.51kN，查表得中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用1

10、4mm。 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218011016，肢背间距a=12mm，则：A=8827.8，=30.6mm，=88.4mm验算： 由于=150，所以满足细长比要求。 因为，只需求，查表得=0.861，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=1421.32kN,mm(因跨中有通长系杆),所需截面为:选用218011012,因,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图 故所选截面符合要求。(3) 端斜杆aB杆件轴力: N= -642

11、.51kN计算长度: 因为,故采用不等肢角钢,长肢相并,使.选用21409010,则 A=44.522cm， 因为，只需要求，查表得0.769，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2635，查表有：因，只需求，查表得=0.365，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2635，其几何特征为因，只需求，查表得=0.481，则符合要求。（6）斜腹杆选用2505，其几何特征为符合要求。（7）竖杆由于杆件内力较小，

12、按选择，则需要的回转半径为选用2505，其几何特征为因，只需求，查表得=0.745，则符合要求。（8）斜腹杆选用2635，其几何特征为符合要求。 （9）斜腹杆 选用210010，则：A=3852.2，=30.5mm，=46mm验算： 故所选截面符合要求。（10）腹杆由于杆件内力较小，按选择，则需要的回转半径为选用2505，其几何特征为因，只需求，查表得=0.478，则符合要求。 （11）斜腹杆 设=80，查得需要的截面积为:需要的回转半径： 根据需要A、查角钢表，选用210010，则：A=3852.2，=30.5mm，=46mm验算：因，只需求，查表得=0.747，则符合要求。（12） 斜腹杆

13、 选用2906，则：A=2128，=27.9mm，=41.2mm验算： 故所选截面符合要求。（13）腹杆由于杆件内力较小，按选择，则需要的回转半径为选用2505，其几何特征为因，只需求，查表得=0.426，则符合要求。（14）斜腹杆 设=80，查得需要的截面积为:需要的回转半径： 根据需要A、查角钢表，选用2906，则：A=2128，=27.9mm，=41.2mm验算：因，只需求，查表得=0.770，则符合要求。（15）腹杆由于杆件内力较小，按选择，则需要的回转半径为选用2505，其几何特征为符合要求。 （16）腹杆选用2505，其几何特征为因，只需求，查表得=0.378，则符合要求。 （17

14、）斜腹杆 设=80，查得需要的截面积为:需要的回转半径： 根据需要A、查角钢表，选用2906，则：A=2128，=27.9mm，=41.2mm验算：因，只需求，查表得=0.645，则符合要求。（18）腹杆选用2505，其几何特征为因，只需求，查表得=0.536，则符合要求。33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-1476.95150.330021801101688.283.068.8449.1233.941500.861190.7de1421.32300148521801101267.423.18.7496.77169.703

15、50210.8Aa-27.81157.8197.225059.6091.532.53103.078.01500.53654.0aB-642.51250.6250.62140901044.5224.473.7456.0667.001500.764187.7Bb524.58200.5250.621001038.523.054.6065.7354.48350138.2Cb-55.63172.0215.025059.6061.532.53112.485.01500.478121.15bD-451.17215.92269.921001038.523.054.6070.7958.671500.747156

16、.97Dc351.58215.92269.9290621.282.794.1277.4065.50350165.20Ec-55.63187.04233.825059.6061.532.53122.290.621500.426135.94cF-278.15228.56285.7290621.282.794.1381.9269.341500.770169.75Fd194.70228.56285.725059.6061.532.53149.4112.9350202.69Gd-55.63202.0252.525059.6061.532.5313299.81500.378153.20dH-126.282

17、41.44301.8290621.282.794.1286.5473.31500.64592.0He76.60-14.50214.4301.8263512.281.943.04124.4579.421500.414150.60Ie-81.77217.0271.3263512.281.943.04111.8889.241500.481138.37eg86.46-67.77208.6417.2263512.281.943.04107.53135.031500.365151.12gK128.19-63.41208.641702263512.281.943.04107.53135.031500.365

18、151.12Kf9.45693349349263512.282.452.45142.449142.4492007.7gI37.84156.9196.125059.6061.532.53102.5477.5135039.40Jg-55.63108.5135.625059.6061.532.5370.9053.601500.74577.736、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为，则所需的焊缝长度为 设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为设“Cb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为按比例绘出详图，从而确定节点板尺

19、寸为：610mm435mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为61cm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。(2) 下弦节点c用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝为，则所需的焊缝长度为 设“cE”杆的肢背和肢尖焊缝，因其内力较小（-55.63kN）则所需的焊缝长度按照构造设置为40mm。设“Cb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：590mm370mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为59cm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力

20、为焊缝强度满足要求。(3) 下弦节点d用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“dF”杆的肢背和肢尖焊缝为，则所需的焊缝长度为 设“dG”杆的肢背和肢尖焊缝，因其内力较小（-55.63kN）则所需的焊缝长度按照构造设置为40mm。设“Cb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：280mm530mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为53cm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。(4) 下弦节点e用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“eH”杆的肢背和肢尖焊缝为，则所需的焊缝长度

21、为 设“eI”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度 设“Cb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为 按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：265mm530mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为53cm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。节点详图如图所示：（5）下弦拼接节点f拼接角钢与下弦杆的连接计算机拼接角钢总长度的确定。拼接角钢与下弦杆之间每边有4条角焊缝连接，可近似认为4条角焊缝均匀传力。拼接角钢与下弦杆的连接焊缝按下弦截面积等强度计算，即拼接角钢与下弦杆的连接焊缝最大承受的内力值为，A为下弦角钢截面总面积。则在拼接节点一边每条焊缝的

22、计算长度为 每条焊缝的实际长度 拼接角钢的总长度 （6）上弦节点“B”“bB”杆肢背焊缝长度230mm，肢尖焊缝长度110mm。设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为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530mm，则上弦肢间角焊缝的切应力为160MPa节点详图如下：（7）上弦节点“D”“bD”杆肢背焊缝长度200mm，肢尖焊缝长度100mm。“c

23、D”杆肢背焊缝长度160mm，肢尖焊缝长度100mm。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500mm，则上弦肢间角焊缝的切应力为160MPa节点详图如下：（8）上弦节点“H”“dH”杆肢背焊缝长度70mm，肢尖焊缝长度50mm。“eH”杆肢背焊缝长度50mm，肢尖焊缝长度40mm。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

24、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450mm，则上弦肢间角焊缝的切应力为160MPa节点详图如下：（9）上弦节点“F”“cF”杆肢背焊缝长度130mm，肢尖焊缝长度80mm。“dF”杆肢背焊缝长度100mm，肢尖焊缝长度70mm。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

25、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435mm，则上弦肢间角焊缝的切应力为160MPa节点详图如下：（10）上弦节点“I”“eI”杆肢背焊缝长度50mm，肢尖焊缝长度40mm。“gI”杆肢背焊缝长度40mm，肢尖焊缝长度40mm。节点详图如图所示：（11）上弦节点“J、A、C、E、G”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345mm，则上弦肢间角焊缝的切应力为160MPa（12）屋脊节点“K”设拼接角钢与收压弦杆之间的角焊