钢结构课程设计梯形桁架跨米

1、一、基本资料1.课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计2.设计资料1、车间柱网布置图（L×240m），柱距6m。2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。3、屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。3.设计要求1)屋架自重（120+11L）N/m2；2)屋面基本荷载表：荷载类型序号荷载名称重量永久荷载1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.50kN/m22防水层0.38 kN/m23找平层20mm厚0.40 kN/m25支撑重量0.80k N/m2可变荷载1活载0.70kN/m22积灰荷载0.80k N/m22. 依檐

2、口高度：III：H0=2.0m 3. 屋架坡度i：1/114. 厂房跨度L=24m二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置本题为无檩屋盖方案，i=1/11，采用梯形屋架。屋架计算跨度为L0=L-300=23700mm，端部高度取H0=2000mm，中部高度取H=3100mm,屋架杆件几何长度见附图1（跨中起拱按L/500考虑）。根据计算温度和荷载性质，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下、弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆。屋架支撑布置如图：符号说明：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、荷载和内

3、力计算四、内力计算F = F1=33.80 F2=13.86 F3=4.1 F4=23.31-460.49-425.47-361.61-205.93-98.54-460.49-462.87 -427.84 -363.30 -207.28 -98.75 -462.87 -731.58 -667.41 -582.88 -312.82 -170.65 -731.58 -366.51 -334.49 -291.94 -156.94 -85.38 -366.51 -846.11 -758.78 -687.37 -339.73 -219.64 -846.11 -847.35 -760.03 -688.25

4、 -340.47 -219.75 -847.35 -800.50 -694.08 -674.12 -281.40 -247.84 -800.50 268.33 249.13 241.35 122.03 108.96 268.33 625.49 574.43 519.99 273.85 182.29 625.49 804.45 728.07 667.53 334.19 232.37 804.45 831.05 734.04 710.65 314.80 275.45 831.05 -471.12 -437.40 -367.83 -214.23 -97.24 -471.12 352.68 323.6

5、2 279.18 153.95 79.22 352.68 -298.59 -269.25 -241.10 -122.38 -75.03 -298.59 204.46 179.22 170.24 75.14 60.04 204.46 -148.89 -123.69 -130.79 -43.25 -55.19 -148.89 80.31 57.99 79.25 8.66 44.41 80.31 27.74 49.83 -2.41 53.11 -34.75 -34.75 -1.596-3.038-76.07 -96.05 -33.96 -77.36 27.07 -96.05 -23.83 -23.8

6、3 -16.90 -13.71 -2.05 -23.83 -47.95 -47.95 -34.00 -27.57 -4.12 -47.95 -47.80 -47.80 -33.90 -27.49 -4.11 -47.80 -95.46 -95.46 -67.70 -54.90 -8.21 -95.46 100.32 87.57 83.89 36.25 30.05 100.32 五、截面选择471.12KN1.上弦Nmax=-847.35KN填板每节间放一块（满足范围内不少于两块）2.下弦3.腹杆填板放两块屋架杆件截面选择表AaaBbBbCbD280×6cDcEcFdFdGdHeHeI

7、六、节点设计1.下弦节点“b”有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，则所需的焊缝长度为：B-b为长支相接，取角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为。 肢背：，取16cm 肢尖： ，取12cm设“Db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，Db为等肢相接，取角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为。所需的焊缝长度为： 肢背：，取14cm 肢尖： ，取8cm“Cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为310mm400mm。 下弦与节点板的连接的焊缝长度为4

8、00mm，。焊缝所受的左右两下弦杆的内力差为，肢背的力最大，取肢背进行计算，则肢背处的焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。2.上弦节点B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Bb”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为，B-b为长支相接，取角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为所需的焊缝长度为： 肢背： ，取16cm 肢尖： ，取10cm考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，选择节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝： 忽略屋架上弦坡度的影响，假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的内力

9、差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ，=8mm由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm，承受荷载为Q=Fd=50.6KN肢尖由焊缝承担弦杆内力差N=455.27-0=455.27KN，偏心距e=14-2.5=11.5cm，偏心力矩M=Ne=455.27×11.5=56.15KN·m，采用hf=10mm，则对N：对M：故焊缝强度满足要求。3.下弦节点“c”设“Dc”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取12cm 肢尖： ，加后取6cm设“Fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取10cm 肢尖： ，由于焊缝计算长度不得小于和40mm，肢

10、尖焊缝长度取6cm。“Cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。节点板取265mm315mm，取，下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm，焊缝受左右弦杆的内力差为，受力较大的肢背处的剪应力为：焊缝强度满足要求。4.下弦节点“d”设“F-d”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：<，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： <，计算长度取48mm，加后取6cm设“Hd”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背： <，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： <，计算长度取48mm，加后取6cm。“Cb”杆的内力为-47400N，。肢背：<，

11、焊缝长度取6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm285mm，由于d点左右两端的拉力值相差不大，可只按构造确定其焊角尺寸为。5.下弦节点“e”腹杆“eH”计算内力为-105640N，肢背的焊缝长度为：，加后取7cm肢尖：<48mm，取焊缝长度为6cm。节点板取325mm270mm。验算下弦节点板的焊缝。计算内力差为kN=176.94kN，焊缝长度为=270mm，焊缝肢背的剪应力为：，肢尖受力较小，不必验算。故焊缝合适。竖杆“eI”焊缝计算：拉力为99.19N，取，考虑起弧和灭弧，焊缝长度取7cm，肢尖受力较小，按构造确定焊缝长度为6cm。下弦拼接角钢的总长度为

12、采用与上弦统一钢号的角钢进行拼接，垂直肢截取宽度为（参照书上P37）图拼接角钢的总长度取20cm。6.上弦节点“C”、“E”、“G”。 由于节点处左右弦杆的内力值相等，且竖杆的内力设计值相同，故采用相同的节点板。焊脚尺寸取6mm，焊缝长度取6cm。连接板的尺寸如上图 上弦点“D”，“F”、“H”焊缝尺寸根据下弦节点已经确定。节点“D”：杆“Db” 杆“Dc” 节点“F”：杆“Fc” 杆“Fd” 节点“H”：杆“Hd” 杆“He” 节点“D”、“F”、“H”所选择的连接板尺寸分别为：230mm335mm，220mm255mm，235mm245mm。7.屋脊节点“I”1）弦杆与拼接角钢的连接焊缝计

13、算采用与上弦角钢相同钢号的角钢进行拼接，截取的垂直肢的宽度为：=，取25mm，其中取8mm，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算。一条焊缝所需的焊缝长度为：，拼接角钢的长度取520mm>2220.8mm+48mm+152=503.6mm，合适。2）弦杆与节点板的连接焊缝计算根据腹杆的内力，取节点板尺寸为300mm550mm，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为550mm-2x15mm-4，=5mm，故计算长度为500mm，节点荷载为50.6kN，焊缝承受的剪应力：，满足。上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%，设肢尖的焊缝=8mm，则节点一侧弦杆的计算长度

14、为：，焊缝应力为：（对杆H-I）偏心距为：e=140-25=115mm8.支座节点“a” 腹杆“aB”的焊缝尺寸同节点“B”肢背：，肢尖：。节点板的厚度为12cm，所确定的节点板尺寸如图，下弦杆焊脚尺寸为肢背：，肢尖：，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为 ，经验算焊缝满足要求。为了便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为12mm。 支座底板的计算支座反力： R=8F=850.6kN=404.8kN,混凝土强度为C20，=9.6N/mm2 支座所需的净截面为：选择的支座底板的尺寸如图。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力，按照构造要求，取底板面积为a×b=290mmx232mm由于290mmx232mm=42166.7mm²>42166.7mm²，故底板的面积合适。 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，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定 ，/=0.474查表得的值为0.054。底板下的平均应力为：每块板的单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：取t=18mm。加劲肋与节点板的焊接焊缝计算。 计