钢结构课程设计梯形钢屋架计算书

1、-、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1.5mx 6m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400mX 400mm混凝土标号为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' =1900m（端部轴线处），

2、h=1915m（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：2、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=（1.35 X 3.12+1.4 x 0.7 x 0.5+1.4 x 0.9 x 0.6） x 1.5 x 6 =49.122kN图三桁架计算简图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，见表杆件名称内力系数（F=1）第一种组 合Fx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+F2x F1x +F2x F3x +F4x F3x +F

3、4x 上AB00000000C弦 BC CD-10.82-8.15-2.67 1-531.50 :-551.36-456.42-227.16-109.78-551.36弦DE EF-17.85-12.87-4.98-876.83-899.63-762.94-362.43-193.42-899.63FG GH-21.55-14.66-6.89-1058.58-1070.90-936.29-418.75-252.32-1070.90HJ-22.72-14.23-8.49 :-1116.05-1107.80-1008.36-415.23-292.28-1116.05IJ，JK-23.2-14.72-

4、8.48-1139.63-1134.49-1026.38-428.05-294.39-1139.63下 弦ab5.994.591.4294.24306.59251.32127.4359.10306.59be14.7710.893.88 :725.53 1748.57627.12305.05154.89748.57cd19.9914.035.96981.951000.85861.04397.67224.811000.85de22.3414.647.71097.391100.50980.27422.16273.511100.50ef21.8612.049.82 :1073.81 1037.2699

5、8.80364.14316.581073.81斜 腹 杆aB-11.23-8.6-2.63-551.64-574.70-471.27-238.79-110.91-574.7Bb8.996.622.37441.61455.48381.85185.4994.46455.48bD-7.71-5.37-2.34-378.73 1-385.31-332.81-152.50-87.59-385.31De5.853.742.1厂287.36 1286.56258.32108.5473.63287.36cF-4.59-2.52-2.07-225.47-217.66-209.86-76.29-66.65-225

6、.47Fd3.11.211.89152.28138.48150.2640.9855.55152.28dH-1.92-0.07-1.85：-94.31-74.00-104.83-10.83-48.96-104.83He0.67-1.021.6932.917.7354.68-18.5939.4654.68-18.59eg1.183.22-2.0457.96100.529.3974.71-37.96100.52-37.96gK1.913.95-2.0493.82140.8437.0693.89-34.41140.84-34.41gI0.670.67032.9137.0125.4017.613.263

7、7.01竖 杆Aa-0.5-0.50 1-24.56 1-27.62-18.95-13.14-2.43-27.62Cb Ee-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Gd-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Jg-1-10 1-49.12 1-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23le-1.5-1.50-73.68 H-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IJ、JK计算，根据表得：N= -1

8、139.63KN，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：l°x =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loy为支撑点间的距离，即 :l oy =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，且短肢相并，如图四所示：图四 上弦杆腹杆最大内力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，=0.807,3则需要截面积：A

9、 N 1139.63 106568.3mm2|oy 406.5f 0.807 215需要回转半径 ix 匕 135.5cm2.26cm，iy6.78cm60 60根据A、ix、iy查角钢规格表，初选用2L 180X110X 12,肢背间距a=12mm 该截面特性如下：2ix=3.10cm ， iy =8.75cm。b1 /t 180/1215A=67.42 cm ，按所选角钢进行验算： b/t 180/120.56 4065/18012.65l°x 135.5TT 3.1015 > 0.56loy/b143.71 V =150yzl 2t2 oy l18040652 122、3

10、.7(14)1252.7 1804V 150截面在x和y平面皆属b类，由于 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de内力最大N=1100.50KN 计算长度又有：lox=2700mni,oy=26700/2=13350mm需要截面面积 A 11005005118.60mm251.19cm2，选用f 2152L 160 100 12,采用短肢相并，如图五所示：=57.89yz x，只需求出y，查轴心受压杆稳定206.45 v 215 N mm2TrX、图五 下弦杆2 2该截面

11、特性如下：A= 6011 mm >5118.60mm， ix=28.2mm iy=78.2mm长细比计算：l oxx300106.38350ix2.82l oy1335 小 c170.72350yIy7.82N1100500A6011a 215MPa满足要求。3、端斜杆aB: 已知杆件轴力 钢，长肢相并,N= -574.70kN , l°x l°y = 2390mm 因为 l°x l°y，故采用不等肢角 使ix " iy，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 mm2,ix = 39

12、.8mm iy = 33.9mm对该截面验算如下:又因为：b2/t所以：取yz因为:yz丨oxx Ix80/10 8 0.48 2390/80 14.34441.09b2y 1 亍l0yt，只需求 y，3574.70 100.692 3942S 60'05，y 中1.09 90470.501222390102390 70.5033.979.33150查轴心受压杆稳定系数表得yz =0.692，于是有:NyA所需截面合适。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 34.41kN , N

13、eg 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 ox =2027mm2 2210.68 N/mm < f 215 N/ mm在桁架平面外的计算长度：N34 41loy l1(0.750.252)4055 (0.75 0.25)3960mmN137.96选用2 L100 10，如图七所示。150xix2801= 2241mm loy l 2801mm图七 腹杆eg-gK2查角钢规格表得:A=3852 mm ，ix=30.5mmiy =46.0mm对此截面验算如下：1；2027x o66.46150，l oy3960 86.09150ix 30.5yi

14、 y46.0又因为：b/t 100/10100.58loy/b 0.58 3960/10022.97所以取：44,0.475b0.475 100yz y 1亍86.0912r 88.70150l：t239602 102因为：yz x只需求yz，查表得yz =0.630，于是有：压应力：N379600156MPa 215MPa，满足要求。yA 0.630 3852拉应力：N 14084036.56MPa 215MPa，满足要求。 A 38525.竖杆Ie :该杆件 N= -82.85KN ,l0x0.8l = 0.8由于杆件内力较小，按=150选择，需要的回转半径为:i ox x门查型钢表，选用

15、2 L 632241 一 ° l14.9mm， iy150x 8,如图八所示：oy280115018.67mm ，其截面特性为： 对此截面验算如下:l ox224119.4图八A=1902中竖杆2 mm115.2150，ix=19.0mml oy 280192i y 30.4'iy=31.0mm名 称杆 件 编 号内力（KN计算长度（cm）截面规格截面面积（cm2容许长 细比计算应 力N/mm 2l 0xl 0y上 弦IJ JK-1139.63135.50406.502L180X 110X 1267.42150.00206.45下 弦de1100.50270.001335.0

16、02L160X 100X 1260.10350.00183.08因 为： b/t= 63/8 =7.8 75<0 .58 loy /b=0.582801/63=25.787 所 以:yz40.475b|2t21 oyi因为x yz ，只 需求x , 查表 得x 一0.463,于是有：N 82850 94.1MPa 215MPa xA 0.463 1902其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表二：Aa-27.62191.50191.502L63X819.02150.0094.10aB-574.70239.00239.002L125X 80X 1039.42150.00210.68B

17、b455.48239.00298.752L100X 1038.52350.00118.25Cb-55.23212.70265.882L63X819.02150.0059.63bD-385.31261.50 :326.88P 2L100X 10:38.52150.00153.89 :Dc287.36261.50326.882L100X 1038.52350.0074.60Ec-55.23235.20294.002L63X819.02150.0069.64cF：-225.47280.90 :351.13P 2L100X 10:38.52 :150.0096.43 :Fd152.28280.9035

18、1.132L63X819.02350.0080.06Gd-55.23257.60322.002L63X819.02150.0079.99dH-104.83300.80 :376.002L63X8r 19.02 :150.00196.14：He54.68-18.59300.80376.002L63X819.02150.00102.31le-82.85280.10 :350.132L63X819.02150.00137.41 1eg100.52-37.96202.70253.382L100X 1038.52150.0033.80gk140.84-34.41202.70253.382L100X103

19、8.52150.0047.36Kf0.00302.50302.502L63X819.02200.000.00gI37.01186.60 :233.252L63X8r 19.02350.0019.46 1Jg-55.23140.00175.002L63X819.02150.0039.89腹 杆用E43焊条 时，角焊、节 点设 计fw 160 N/mm 2。缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值1、下弦节点“ b” :设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝则所需的焊缝长度为：hf 8mmi和6mn,各杆件内力由表1查得，肢背：lwK1Nw20.7hf1ff2hf肢尖：lwK2N2 0.7hf2ffw2hf0.7 4

20、55.48 1032 8 193.92mm，取lw = 210mm 2 0.7 8 1600.3 455.48 103取 12 6 113.67mm，取 lw2 0.7 6 160=130mm设“Db杆的肢背与肢尖焊缝分别为 8mn和6mm则所需的焊缝长度为：0.7 385.31 103c2 82 0.7 8 16030.3 385.31 102 62 0.7 6 160肢背：lw肢尖：l wQN2 0.7hf1 ffw2hf166.51mm，取 lw=180mm&N2 0.7hf2ffw2hf98.01mm，取 lw = 110mm竖杆“ cb',根据上面求得的焊缝长度，并考

21、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390mrK 500mm下弦杆与节点板连接的焊缝长度为 500mm hf6mm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：K1 N0.7 441.98 10322f -99.57N /mm 160mm2 0.7hflw 2 0.7 5500 2 6因其内力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定，取焊脚尺寸h f =5mm焊缝强度满足要求。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，从而定出节点尺寸。

22、如图九所示图九 节点板b尺寸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10mn和8mm又N=574.70KN则所需焊缝长度为：肢背：,&N“0.65 574.70 103加lW1w 2hf2 10 186.77mm，取匚=200mm2 0.7hf1ff2 0.7 10 160肢尖：3,K2N“0.35 574.70 10 o ow , ' “门lW- 2hf2 8 128.25mm，取 lw = 140mm2 0.7hf2ff-2 0.7 8 160为了便于在上弦上搁置

23、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，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。、 1设需焊缝长度为530mm hf1 12 6mm, hf2 10mm。则肢尖: 2K1 N1 N2 2F2 1.2222491200.65 5747002 1.222 0.7 hflw2 0.7 6

24、 530 1285.980.8ffw 0.8160Nmm2128Nmm2I2L K2 N1N22 1.2220.35 5747002491202 1.222 0.7 hflw28.31mm20.8ffw故焊缝强度满足要求。节点板尺寸如图十所示：2 0.7 10530 20&M.mi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。设肢尖、肢背焊缝为10mm则所需焊缝计算长度为：(一条焊缝)113963010

25、4 0.7 10 160264.38mm拼接角钢总长度取 700>264.37 X 2=528.74。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15炖算。设肢尖焊缝hf 10mm 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 113963045.22MPa6 0.15 1139630 802 0.7 10 270280.40MPa160MPaM f嶠2故满足要求245.2279.92MPa 160MPa2 0.7 10 27010节点板尺寸如图一所示:2Ll80-in-Q1W.6JKN102L10O-4U0&4KN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