课程设计梯形钢屋架设计21m跨

1、梯形钢屋架设计（21m跨）一、设计资料某地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为21 m，柱距6 m,厂房长度为144 m，厂房高度为15.7 m。车间内设有两台150/520 kN中级工作制吊车，计算温度高于 -20 。采用三毡四油防水屋面上铺小石子设计荷载标准值0.4 kN/m2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.4 kN/m2，泡沫混凝土保温层设计荷载标准值0.1 kN/m2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.5 kN/m2， 1.5 m×6.0 m预应力混凝土大型屋面板设计荷载标准值1.4 kN/m2。屋面积灰荷载0.35 kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，

2、雪荷载为0.45 kN/m2，风荷载为0.5 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400 mm×400 mm，砼标号为C20。二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置1、钢材及焊条选择根据建造地区（北京）的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。2、屋架形式及尺寸本设计采用无檩屋盖，1/10，采用梯形屋架。屋架跨度为=21000 mm屋架计算跨度为-30020700 mm，端部高度取2000 mm ，（1/16 1/12），（通常取为2.0 2.5 m）中部高度取+0.52000 + 0.1×21000/23050 mm，屋架杆

3、件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42 mm（ = /500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合宽度为1.5 m的屋面板，采用上弦节间长度为3.0 m。附图1：屋架杆件几何长度（单位：mm）3、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性

4、系杆，支撑布置见附图2。图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。附图2：屋面支撑布置图（单位：mm）三、荷载和内力计算1、荷载计算 屋架和支撑自重按照经验公式=(0.12+0.011)=(0.12+0.011×21)0.35 kN/m2荷载计算汇总表项目名称标准值kN/m2设计值kN/m2备注1防水层（三毡四油）0.40.48沿屋面坡向分布2水泥砂浆找平层0.40.48沿屋面坡向分布3泡沫砼保温层0.10.12沿屋面坡向分布4水泥砂浆找平层0.50.6沿屋面坡向分布5预应力混凝土大型屋面板1.41.68沿屋面坡向分布6屋

5、架和支撑自重0.350.42沿水平分布恒荷载累计3.153.787屋面均布活荷载0.350.49沿水平面分布，计算中取二者中的较大值8雪荷载0.450.639积灰荷载0.350.49活荷载累计0.81.12由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。2、荷载组合计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：正常使用阶段：“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”，恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值及分别为：3.78×1.5×634.02 kN1.12×1.5×610.08 kN施工阶段：“全跨屋架及

6、支撑自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷载”，这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载与雪载数值较大的）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值和分别为：0.42×1.5×63.78 kN（1.68+0.63）×1.5×620.79 kN3、内力计算 首先计算出荷载作用下各杆力系数。根据算得的节点荷载（、）和杆力系数，计算各杆件内力并组合得出各杆件的最不利内力组合。杆力系数计算模型四、杆件截面选择 1、

7、上弦部分：最大内力杆件：FG = -537.14 KN、GH = -537.14 KN 屋架上弦截面统一不变，取上弦最大设计杆力计算。l0x1508 mm(屋架平面内)，l0yl13000 mm(屋架平面外)（考虑大型屋面板能起到一定的支撑作用，故一般取两块屋面板的宽度，但不大于3.0 m，未考虑屋面板之间灌缝处理的宽度）。根据计算，腹（斜）杆最大设计内力NaB -337.37 kN，查表（课程设计指导书 表5）,得中间节点板厚度t10 mm，支座节点板厚t12 mm。选择跨中斜腹杆截面时均按压杆考虑并控制长细比不大于150,即：150。 按稳定条件计算所需毛截面面积：查（钢结构第二版 武汉理

8、工大学出版社）表5.3知由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类。角钢厚度16 mm，取215 N/mm2 ，假设80，由附表4-2查得0.710，需要的截面面积：需要的回转半径为上弦采用两不等边角钢以短边相连组成的T形截面。根据需要的、查附表7-5，选用2140×90×10（短边相连）：44.6 cm2，2.56 cm，6.77 cm（节点板厚10 mm）。验算 ，=0.826故 验算对称轴y的稳定承载力：换算长细比查附表4-2，0.794；故，所以满足要求。填板间距为，2、下弦部分：最大内力杆件：cd = -527.88 KN 屋架下弦截面统一不变，取下弦最大设计杆力计算

9、。3000 mm，20700/210350 mm，需要的净截面面积为：选用2140×90×10（短边相连）：44.6 cm2，2.56 cm，6.77 cm验算：在节点设计时，将位于下弦杆连接支撑的螺栓孔设置在节点板范围内且使螺栓孔中心距节点板边缘距离100 mm，故计算杆件强度可不考虑截面的削弱，按毛截面验算（350，查表5.1）故 所以满足要求。填板间距为，3、端斜杆部分：最大内力杆件：aB = -337.37 KN 2575 mm，2575 mm，需要的净截面面积为选用2140×90×8（长边相连）：36 cm2，4.50 cm，3.63 cm ，

10、150（查表5.2）验算： 换算长细比查附表4-2，0.692；故所以满足要求。设2块填板，间距为，4、斜腹杆部分：杆件内力：dH = -46.82 KN3399 mm，3399 mm，需要的净截面面积为选用280×5：15.82 cm2，2.48 cm，3.63 cm ，150（查表5.2）验算： 换算长细比，查附表4-2，0.584；故所以满足要求。设2块填板，间距为，5、竖杆部分：杆件内力：Gd = -42.78 KN 杆件截面统一不变，0.80.8×2898 = 2318 mm，2898 mm，选用280×5：15.82 cm2，2.48 cm，3.63

11、cm ，150（查表5.2）验算： 换算长细比，查附表4-2，0.665；故所以满足要求。设2块填板，间距为，其余各杆的具体参数选择见下表。连接垂直支撑的竖腹杆，使连接不偏心，宜采用两个等边角钢组成的十字形截面，其斜平面计算长度为，其它腹杆除A a和B a外，。共有3种规格的角钢。五、节点设计 在确定节点板的形状和尺寸时，需要腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度：角钢肢尖所需焊缝长度：如斜腹杆a B，设计杆力N337.37 kN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为，。因a B杆系为2140×90×8不等边角钢，并长肢相连，

12、取，。则：其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表。因其他腹杆受力较小，焊缝长度可以按照构造取值：，1、下弦节点“b”按计算B b、b D杆所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（附图）。焊脚尺寸，焊缝承受节点相邻弦杆的内力差。肢背焊缝长度：肢尖焊缝长度：即可满足要求。填板宽度需满足，还需满足斜腹杆的焊缝长度要求，故取填板宽度为510 mm。验算肢背焊缝的强度：满足要求。肢尖部分的焊缝应力更小，也可满足要求。竖杆b C下端应伸至距下弦肢尖20 mm处，并沿肢尖和肢背与节点板满焊。下弦 b节点2、上弦节点“B” 按上表所列腹杆B a、b B所需焊缝长度，节点板缩进上弦角钢背，缩

13、进7 mm，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（附图）。焊脚尺寸，焊缝承受节点集中荷载垂直于屋面的分量及相邻弦杆的内力差，实际上因不大，可按构造满焊。假设验算焊缝的强度：查表得出满足要求。上弦节点“B”3、下弦中央拼接节点“e” （1）拼接角钢计算 因节点两侧下弦杆内力相等，使用一侧弦杆内力代入计算即可。拼接角钢采用与下弦相同的截面2140×90×10，设与下弦的焊缝的焊脚尺寸，竖直肢应切去，节点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为：拼接角钢需要的长度为：为保证拼接节点处的刚度，故取。（2）下弦与节点板的连接焊缝计算 下弦与节点板的连接焊缝按代入计算。取焊脚尺寸，

14、节点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度、分别为：肢背焊缝长度：肢尖焊缝长度： 下弦节点“e”4、屋脊节点“H”（1）拼接角钢计算按上弦杆内力计算拼接角钢与上弦的焊缝。拼接角钢采用与上弦相同的截面2140×90×10，设与上弦的焊缝的焊脚尺寸，竖直肢应切去，节点每侧与上弦的每条焊缝所需计算长度为：拼接角钢需要的长度为：为保证拼接节点处的刚度,故取。（2）上弦与节点板间焊缝计算 上弦与节点间在节点两侧共8条焊缝，共同承受节点荷载P与两侧上弦内力的合力。由于屋架采用1：10的放坡，坡度过小可以近似地认为，该合力的数值为：设焊脚尺寸，每条焊缝所需要长度为：屋脊节点“H”5、支座节点

15、“a”（1）底板计算：底板承受屋架的支座反力,柱采用C20砼，砼的轴心抗压强度设计值，所需底板净面积为：锚栓直径，锚栓孔布置为50 mm，栓孔面积为：所需底板面积为 按构造要求采用底板面积为，锚栓垫板采用-100×100×20，孔径26 mm 。底板承受的实际应力：，查表5.8，则所需底板厚度：按照构造取，底板尺寸为 -400×400×20。（2）加劲肋与节点板的焊缝计算： 焊缝长度等于加劲肋高度，也是节点板的高度，厚度取节点板厚度。拟定加劲板断面为-532×195×12，设焊脚尺寸，焊缝计算长度，每个加劲肋近似的传递支座反力的1/4。则焊缝所受剪力V及弯矩M为：焊缝强度验算满足要求。（3）加劲肋、节点板与底板的焊缝计算： 设，实际的焊缝总长度：验算：满足要求。支座节点“a”6、节点板计算（1）节点板在受压腹杆的压力作用下的计算 所