钢结构课程设计梯形桁架跨度24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×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）/m22防水层 kN/m23找平层20mm厚 kN/m25支撑重量 N/m2可变荷载1活载N/m22积灰荷载 N/m22. 依檐口高度：III：H0=2.0m 3. 屋架坡度i：1/114.

2、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、荷载和内力计算1、荷载计算：恒荷载预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 1.

3、4KN/m2 防水层 5 KN/m2 找平层（20mm厚） 0.4KN/m2支撑重量 KN/m2管道自重KN/m2保温层（KN/m2 恒载总和 3.13KN/m2 活荷载 活荷载 0.5KN/m2积灰荷载 0.6KN/m2 KN/m22、荷载组合：永久荷载荷载分项系数：=1.2:；屋面荷载荷载分项系数=1.4；组合系数：=0.7；积灰荷载分项系数：=1.4，1）节点荷载设计值=（3.13××0.5××0.6）××6=KN2）考虑以下三种荷载组合（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节点荷载设计值：=（3.13

4、××1.4）××6=KN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载=3.13××6×1.2=33.80KN半跨可变荷载：××6×（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设计值：=×××6=KN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：=（1.4×1.35+0.5×1.4）××6=2KN四、内力计算荷载组合（1）计算简图如图3.1，荷载组合（2）计算简图如图3.2，荷载组合（3）计算简图如图3.3

5、.图 3.1 荷载组合（1）图 3.2 荷载组合（2）由结构力学求解器先解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1F = F1=33.80 F2=13.86 F3= F4=2杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第二种组合杆件计算内力全跨左半跨右半跨F×F1×+ F2×F1×+ F2×F3×+ F4×F3×+ F4×（kN）上弦杆AB000000000BCCD-462.87 -427.84 -363.30 -207.

6、28 -98.75 -462.87 DE-731.58 -667.41 -582.88 -312.82 -170.65 -731.58 EF-366.51 -334.49 -291.94 -156.94 -85.38 -366.51 FG-846.11 -758.78 -687.37 -339.73 -219.64 -846.11 GH-847.35 -760.03 -688.25 -340.47 -219.75 -847.35 HI-800.50 -694.08 -674.12 -281.40 -247.84 -800.50 下弦杆ab268.33 249.13 241.35 122.03

7、108.96 bc625.49 574.43 519.99 273.85 182.29 cd7804.45 728.07 667.53 334.19 232.37 de831.05 734.04 710.65 314.80 275.45 斜腹杆aB-471.12 -437.40 -367.83 -214.23 -97.24 -471.12 Bb352.68 323.62 279.18 153.95 79.22 bD-298.59 -269.25 -241.10 -122.38 -75.03 -298.59 Dc204.46 179.22 170.24 75.14 60.04 cF-148.89

8、 -123.69 -130.79 -43.25 -55.19 -148.89 Fd80.31 57.99 79.25 8.66 44.41 dH27.74 49.83 -2.41 53.11 -34.75 -34.75 He-76.07 -96.05 -33.96 -77.36 27.07 -96.05 竖杆Aa0-23.83 -23.83 -16.90 -13.71 -2.05 -23.83 Cb0-47.95 -47.95 -34.00 -27.57 -4.12 -47.95 Ec0-47.80 -47.80 -33.90 -27.49 -4.11 -47.80 Gd0-95.46 -95

9、.46 -67.70 -54.90 -8.21 -95.46 Ie100.32 87.57 83.89 36.25 30.05 五、截面选择腹杆最大轴力为KN，查表7.4，选用中间节点板厚t=10mm，支座节点板厚t=12mm。整个上弦不改变截面，按最大内力计算。Nmax=-8KN，lox=cm，loy=cm (l1取两块屋面板宽度)。选用2L140×10，A=cm2，4cm，=6.05cm双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比由于所以由查b类截面的填板每节间放一块（满足范围内不少于两块）整个下弦也不改变截面，按最大内力计算。Nmax=8KN， ，连接支撑的螺栓孔中心至

10、节点板边缘的距离约为100mm（de节间），可不考虑螺栓孔的削弱。选用2L180×110×10，因，故用不等肢角钢，短肢相并，A=cm2，=cm，=cm填板每节间放一块 杆件a-B：NaB=-4KN，lox= loy=2528mm；NBb=KN，lox= loy=2528mm选2L140×90×10,（长支相接） A=cm2，=cm，=m 由于所以由查b类截面的填板放两块 杆件B-b：N=3KN ，lox= l×2601=2081,loy=2601mm选用2L80 cm2，3.84, 3.65。 杆件D-b：N=KN ，lox= l×

11、2601=2081,loy=2601mm选用2L80 cm2，3.84, 3.65。 杆件F-d：N=KN，lox=cm，loy=cm。选用2L18011010（长肢相并），A=cm2，=cm，=cm由于 ， 故由查表得，填板放两块。 杆件B-G：N=KN，lox=cm，loy=378cm。选用2L636，A=cm2，=cm，=cm填板放两块。 杆件d-G、d-H：N=KN，lox=cm，loy=cm。选用2L806，A=cm2，=cm，cm由于 ， 故由查表得（b类截面）填板四块屋架杆件截面选择表杆 件名 称杆件号内力设计值N(KN)计算长度(cm)选用截面截面积A(cm2)计算应力（N/m

12、m2）容许长细比稳定系数杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数l0xl0y上弦杆G-HH-I-82140×101502下弦杆d-e118502180×110×103501腹杆Aa263×51502aB252.8252.82140×90×101502bB2601280×63504b#215;51502bD19852481280×61502cD28312265290×63504cE20402550250×5150cF24543068270×51504dF245

13、430682170×5350dG22602825270×5150dH26573321263×5150eH-105.26483310270×5150eI31003100270×5350六、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

14、： ，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400mm，。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

15、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×·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：

16、 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

17、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：<，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：，

18、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） 拼接角钢的总长度取20cm。6.上弦节点“C”、“E”、“G”。 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。

19、7.屋脊节点“I”1）弦杆与拼接角钢的连接焊缝计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为：，焊缝应力为：（对杆H-I）偏心距为：e=140-25=115mm 8.支座节点“a” 腹杆“aB”的焊缝