梯形钢屋架设计说明书(2014年12月19日修订)

1、 课程设计说明书 第 I 页 共 I 页1. 仅供参考步骤和过程，必须采用自己的数据！2. 图号必须按顺序编号，正文中在图出现的附近必须对图有说明，如“见图、如图等”，本文中图号有些乱，不能照抄！ 目 录 1 设计资料12 屋架形式及几何尺寸13 支撑的布置24 荷载计算35 内力计算46 杆件复核57 节点复核10 课程设计说明书 第 19 页 共 19 页采用PKPM软件进行设计，对杆件和部分节点进行手算复核。1 设计资料及设计依据规范：建筑结构荷载规范、钢结构设计规范1.1 结构形式跨度为21 m，总长90 m，柱距6 m，采用梯形钢屋架。1.2 屋架尺寸及选材屋架端部高度设计为1.8

2、m，屋面坡度为1/10，采用Q235钢，E43型焊条。1.3 荷载标准值恒载有：防水层、找平层、保温层等 1.7 kN/m2预应力混凝土屋面板（含灌缝） 1.5 kN/m2屋架及支撑自重 0.351 kN/m2按任务书列出各种荷载活载有：屋面均布活载 0.5 kN/m2雪荷载 0.35 kN/m2积灰荷载 0.5 kN/m2屋面为重屋面，不考虑风荷载；抗震设防烈度为6度，不考虑地震作用。2 屋架形式及几何尺寸(1) 计算跨度；(2) 屋架中部高度；(3) 屋架跨中起拱高度L/500=42 mm，实取50 mm；(4) 几何尺寸如下图1所示：节点编号统一按PKPM的编号图1 屋架几何尺寸示意图（

3、单位：mm）3 支撑的布置支撑布置必须与自己的跨度、屋架外形、特别是下弦系杆间距必须与PKPM建模和计算时的下弦平面外计算长度相对应，不能照抄！参照屋架图集 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，上、下弦各设两道横向水平支撑，具体见支撑布置图2。a 上弦支撑 b 下弦支撑c 1-1剖面垂直支撑图2 屋面支撑布置（单位：mm）SC上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑；GG刚性系杆；LG柔性系杆参照屋架图集4 荷载计算屋面活荷载与雪荷载不同时组合，屋面活荷载大于雪荷载，故只取屋面活荷载进行计算。由于屋面坡度较小，可以将沿斜面分布的荷载均视为水平投影面上的荷载。计算时，竖向节点荷载取1.5 m6.0 m

4、面积的荷载。详见表1、表2。表1 恒载计算恒载防水层、找平层、保温层等1.7 kN/m2预应力混凝土屋面板（含灌缝）1.5 kN/m2屋架及支撑自重 0.351 kN/m2小计3.551 kN/m2表2 活载计算活载屋面均布活载0.5 kN/m2积灰荷载0.5 kN/m2小计1 kN/m2节点荷载标准值：kN，kN5 内力计算按由可变荷载效应控制的组合计算：kN按由永久荷载效应控制的组合计算：kN判断何种组合起控制作用因此计算按永久荷载效应控制的组合进行，采用PKPM软件将内力、参数输入，初步选定截面进行计算，直到PKPM计算无不符合要求的杆件。详细说明PKPM具体计算过程、参数取值、注意事项

5、活荷载输入时应该按互斥荷载分别输入“全跨荷载”与“半跨荷载”两组数据。该段删除永久荷载及可变荷载作用下的屋架计算简图如图X所示。插入计算简图，后续图号需要调整。内力图如图3所示。屋架几何尺寸图也要画一半。图3 杆件内力图（单位：kN）根据腹杆的最大设计内力kN，取中间节点板厚为10 mm，支座节点板厚为12 mm。6 杆件复核Q235钢，厚度不大于16mm时，N/mm2，N/mm2钢号，板厚对强度的取值都有影响6.1 上弦杆yyxx10图4 上弦杆截面整个上弦杆采用同一种截面类型，为2L1409012不等边角钢短肢相并。（图4）最大应力位于K-L节点之间，kN由角钢间距a=10 mm查表得A=

6、26402=5280 mm2，2.54 cm，6.81 cmPKPM中查得数据以m为基本单位，压杆的容许长细比计算长度：mm（节点间轴线长度）mm取3000mm即可（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取为两块屋面板宽）(1) 刚度验算：（满足）（满足）因为，所以对y轴考虑扭转需采用换算长细比，参见教材P115（满足）(2) 整体稳定性验算：截面有削弱，净截面强度也需验算截面对x轴为b类，对y轴为b类，由Q345钢需换算后查稳定系数表，查表得：线性内插值求稳定系数因此N/mm2N/mm2（满足）6.2 下弦杆10xxyy图8 下弦杆截面整个下弦杆采用同一种截面类型，为2L1258010不等边角

7、钢短肢相并。（图8）最大应力位于C-D节点之间，kN由角钢间距a=10 mm查表得A=19702=3940 mm2，2.26 cm，6.11 cm，拉杆的容许长细比桁架受拉杆件容许长细比取350，有重级工作制吊车，取250计算长度：错误！应取节点间距mm（节点间轴线长度），mm（跨中有通长细杆）下弦杆平面外计算长度等于下弦侧向支撑点间的距离，即下弦系杆的间距，应与PKPM建模时输入的下弦杆平面外计算长度一致(1) 刚度验算：（满足）（满足）(2) 强度验算：计算强度时应采用净截面面积N/mm2N/mm2（满足）6.3 端斜杆A-Gxxyy10图9 端斜杆截面端斜杆采用2L1107010不等边角

8、钢长肢相并（图9）kN由角钢间距a=10 mm查表得A=17202=3440 mm2，3.48 cm，2.96 cm，压杆的容许长细比计算长度：mm端斜杆计算长度等于其实际长度(1) 刚度验算：（满足）（满足）因为所以对y轴考虑扭转需采用换算长细比，参见教材P115。下同（满足）(2) 整体稳定型验算：截面对x轴为b类，对y轴为b类，由，查表得：因此N/mm2N/mm2（满足）6.4 竖杆D-Lxxyy10 图10 竖杆截面竖杆采用同一种截面类型（除了中竖杆，中竖杆是采用2L638十字型截面），选用2L638等边角钢，取DL杆复核。（图10）kN由角钢间距a=10 mm查表得A=9512=19

9、02 mm2，1.9 cm，3.02 cm，压杆的容许长细比计算长度：mm除了与支座相连的腹杆，其余腹杆平面内计算长度=0.8实际长度，mm(1) 刚度验算：（满足）（满足）因为所以（满足）(2) 整体稳定型验算：截面对x轴为b类，对y轴为b类，由，查表得：因此N/mm2N/mm2（满足）6.5 其他斜腹杆B-Ixxyy10图11 其他斜腹杆截面其他斜腹杆采用同一种截面类型2L8010等边角钢，取BI杆进行复核。（图11）kN由角钢间距a=10 mm查表得A=15102=3020 mm2，2.42 cm，3.74 cm，压杆的容许长细比计算长度：mm，mm(1) 刚度验算：（满足）（满足）因为

10、所以（满足）(2) 整体稳定型验算：截面对x轴为b类，对y轴为b类，由，查表得：因此N/mm2N/mm2（满足）7 节点复核Q235钢，E43型焊条，N/mm2Q345钢，焊条型号E50，不同7.1 下弦节点B复核具体尺寸如图12所示，焊缝尺寸见表4。尺寸、焊缝等标注要完整，并标出每根杆件的内力，可查询“内力图” 图12 下弦节点B表4 B节点焊缝尺寸1 焊缝高度可从“施工图”（上图）中读出，注意：横线上方的数值是引出线起点处一侧的焊缝高度，横线下方的数值是另一侧的焊缝高度2 焊缝长度可从PKPM的“桁架施工图”模块的“4.结构数据检查” “焊缝图”中读出，上下弦杆的焊缝长度为其两侧焊缝长度之

11、和杆件编号肢背（mm）肢尖(mm)焊缝高度焊缝长度焊缝高度焊缝长度BG121206120BH695695BI121206120ABC62126120(1) BG杆（2L8010等边角钢），等边相并、短边相并、长边相并的、有所区别肢背所需要焊缝长度：计算时注意Q235和Q345钢时，取值不同120 mm（满足）肢尖所需要焊缝长度：120 mm（满足）(2) BH杆（2L638等边角钢），肢背所需要焊缝长度：95 mm（满足）肢尖所需要焊缝长度：95 mm（满足）(3) BI杆（2L8010等边角钢），肢背所需要焊缝长度：120 mm（满足）肢尖所需要焊缝长度：120 mm（满足）(4) ABC杆

12、（2L1258010不等边角钢短肢相并），杆件所受内力差kN计算弦杆时，采用节点两侧弦杆的内力差肢背所需要焊缝长度：212 mm（满足）肢尖所需要焊缝长度：错误！K2=0.25120 mm（满足）7.2 上弦节点I复核具体尺寸如图13所示，焊缝尺寸见表5。图13 上弦节点I表5 I节点焊缝尺寸杆件编号肢背（mm）肢尖(mm)焊缝高度焊缝长度焊缝高度焊缝长度BI121206120CI121206120HIJ上弦肢背塞焊缝高度取节点板厚度（肢间距）的一半51356314(1) BI杆（2L8010等边角钢）, 在下弦节点B复核时已经算过，满足要求。若该杆没有算过，则需复核(2) CI杆（2L801

13、0等边角钢），肢背所需要焊缝长度：120 mm（满足）肢尖所需要焊缝长度：120 mm（满足）(3) HIJ杆（2L1409012不等边角钢短肢相并）上弦杆与节点板的连接焊缝是由角钢肢背的槽焊缝和角钢肢尖的两条角焊缝组成，假定角钢肢背的槽焊缝承受节点荷载荷载采用设计值，即基本组合，参见第4页，角钢肢尖的两条角焊缝承担和由于与肢尖焊缝的偏心距偏心距e即上弦截面形心轴到肢尖的距离=相并肢（短肢）的宽度平行于长肢的形心轴到长肢外表面的距离（PKPM数据中的Yc）而产生的弯矩。当屋面坡度较缓时，角钢肢背槽焊缝的强度可按下式计算：1.不考虑0.8的折减系数，与PKPM一致2.节点两侧的焊缝长度合并，则焊

14、缝条数取2条；若不合并，则取4条角钢肢背的槽焊缝近似按两条（为节点板厚度）的角焊缝计算；上式中的系数0.8是考虑到槽焊缝的质量不易保证，而将角焊缝的强度设计值降低20。对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，；对直接承受动力荷载的结构，。认真阅读该段并理解掌握角钢肢背槽焊缝的强度验算：kN，mm， mm，kN（满足）角钢肢尖焊缝的强度验算：kNmm偏心距e即上弦截面形心轴到肢尖的距离=相并肢（短肢）的宽度 减去 平行于长肢的形心轴到长肢外表面的距离（PKPM数据中的Yc），mm， mmN/mm2N/mm2N/mm2N/mm2（满足）7.3 屋脊节点M复核具体尺寸如图14所示，焊缝尺寸见表6。图

15、14 屋脊拼接节点M表6 M节点焊缝尺寸杆件编号肢背（mm）肢尖(mm)焊缝高度焊缝长度焊缝高度焊缝长度LM61356212屋脊节点（上弦拼接节点）两侧的焊缝长度不要合并，因为焊缝不连续，不是同一条焊缝。DM61206120EM61026102(1) 拼接角钢与弦杆之间的连接焊缝复核：弦杆都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除，并截去垂直肢的一部分宽度（为t为弦杆的肢厚 mm）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。按上弦杆力kN计算拼接角钢与上弦的焊缝，共有4条焊缝平均承受此力，则一条焊缝的计算长度为：mm拼接角钢需要的长度为：mm4

16、30 mm（满足）(2) 上弦与节点板之间的焊缝复核：主要由拼接角钢传力上弦与节点板在节点两侧共8条焊缝，共同承受节点荷载P与两侧上弦内力的竖向分量之和。近似地取sintan0.1，该合力的数值为：kN mm， mm，焊缝条数：8不考虑 0.8的折减系数kN（满足）(3) 其他杆件复核。参照一般节点7.4 下弦中央节点E别忘了画图列表(1) 拼接角钢与弦杆之间的连接焊缝复核：参照屋脊节点(2) 下弦与节点板之间的焊缝复核：按双面角焊缝设计，计算与一般下弦节点相同下弦角钢与节点板的连接焊缝按下弦中央节点处下弦杆最大内力的15计算。(3) 其他杆件复核。参照一般节点7.5 支座节点A复核具体尺寸如图15所示。图15 支座节点A(1) 支座底板复核：（支座节点板厚度为12 mm，底板厚度为18 mm）支座反力R=375.26kN支座底板尺寸采用280 mm360 mm，承压面积为：mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：（选用C30混凝土，N/mm2）N/mm2N/mm2（满足）验算底板厚度：底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯矩为：a1 b1底板的平均应力N/mm2两相邻支承边的对角线长度（图16）mm图16 对角线示意图 由相似三角形关系得支承边的交点至对角线的垂直距离mm图17