梯形钢屋架设计计算书

1、梯形钢屋架计计算算书书学生姓名 袁孝扬学院名称 土木工程 学院专业名称土木工程（建筑工程方向）指导教师张雷阳2012 年 月 日徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）目录1 设计资料.11.1 基本资料.11.2 荷载标准值.12 结构形式与布置.12.1 屋架形式.12.2 屋架尺寸的确定.12.3 钢材和焊条的选用.32.4 屋盖支撑布置.33 荷载计算.33.1 恒活荷载计算.33.2 荷载组合.44 内力计算.45 杆件截面设计.55.1 上弦杆截面计算.55.2 下弦杆截面计算.65.3 斜杆截面计算.75.3.1 斜杆 aB.75.3.2 斜杆 Bc .75.

2、3.3 斜杆 cD.85.3.4 斜杆 De.85.3.5 斜杆 eF .85.3.6 斜杆 Fg.95.4 竖杆截面计算.95.4.1 竖杆 Aa.105.4.2 竖杆 Cc.105.4.3 竖杆 Ee .105.4.4 竖杆 Gg.116 节点设计.126.1 下弦 c 节点.126.2 上弦 B 节点.146.3 屋脊 G 节点.156.4 支座 a 节点.16徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）11 设计资料1.1 基本资料某厂房总长度 90m，跨度L18m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距 6m。结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为 C25，屋

3、面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦标高为 18m；屋盖结构为无檩体系：采用 1.56.0m 预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.8kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.5kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载 0.8 kN/m21.2 荷载标准值屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2水泥砂浆找平层 0.4kN/m2保温层 0.5 kN/m2(按选题) 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3kN/m

4、2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m22 结构形式与布置2.1 屋架形式屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架，屋面坡度i=L/10 ，L为屋架跨度。2.2 屋架尺寸的确定屋架计算跨度屋架端部高度取： 。mmll17700300180003000HO=2000mm徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）2屋架高跨比：。屋架跨中起拱。16. 01770028850lH,36500/mmlf为了使屋架节点受荷,配合屋面板 1.5m 宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为 3.0m 的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，屋架几何尺寸及内力值如图所

5、示。1 9 9 013502 2 9 02 5 9 02 8 9 02613286431242530286431241507.51507.51507.51507.51507.51507.5150AacegBCDFG图图 1 18m 跨屋架几何尺寸跨屋架几何尺寸Aa+ 3. 4700.000-6.221-8. 993-9.102-9. 102-6.502-3.382-0.690-0.462+4.739+1.884-0.462-1 .0-1 .0+ 0 .8 1 2-0 .5+ 7. 962+ 9.279+ 9. 279cegBCDEFG0. 51. 01. 01. 01. 01.01. 0图图

6、2 18m 跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 Aacegeca+ 2. 5370.000 -4.371-5. 636-4. 551-3. 357-1. 8500.00-4.754-1.862+0.615+1.170+1.344+1.581+3.158+0.540-1.632-1.305-1.520-1.748- 1 .0- 1 .0+ 0 .4 0 60 .0 00 .0 0- 0 .5+ 5.325+ 5.312+ 3. 967+ 2. 637+ 0. 933BCDEFGFED C BA0.51. 01. 01. 01. 01. 01. 0图图 3

7、 18m 跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）3 2.3钢材和焊条的选用根据计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用 Q235 沸腾钢，要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率 和冷弯实验四项机械性能及硫（S） 、磷（P） 、碳（C）三项化学成分的合格含量。焊条采用 E43 型，手工焊。2.4 屋盖支撑布置根据厂房长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设

8、置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。3 荷载计算3.1 恒活荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.8kN/进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重2m（包括支撑）按经验公式计算，跨度 L 单位为 m,荷2L)kN/m 0.011(0.12g载计算结果见表 1。表 1 荷载计算表荷载计算表荷载名称标准值（kN/）2m设计值（kN/）2m预应力混凝土大型屋面板1.451.451.21.74三毡四油上铺绿豆砂防水层0

9、.40.41.20.48水泥砂浆找平层0.40.41.20.48保温层0.50.51.20.6找平层0.30.31.20.36屋架和支撑自重0.12+0.01118=0.3180.3181.20.382三毡二油隔气层0.050.051.20.06永久荷载总和永久荷载总和3.4183.4184.1024.102屋面活荷载0.80.81.41.12积灰荷载0.80.81.41.12徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）4可变荷载总和可变荷载总和1.61.62.242.243.2 荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变

10、荷载：kNF078.5765 . 1)24. 2102. 4(全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kNF918.3665 . 1102. 41半跨节点可变荷载：kNF16.2065 . 124. 22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：kNF438. 365 . 1382. 03半跨节点屋面板自重及活荷载：kNF74.2565 . 1)12. 174. 1 (4、为使用节点荷载情况，为施工阶段荷载情况。 4 内力计算由图解法或数解法解得 F1 的屋架各杆件的内力系数（F1 作用于全跨、左半跨和右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，

11、计算结果见表2。 徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）5表 2 屋架杆件内力组合表屋架杆件内力组合表内力系数（F=1）内力组合值第二种组合第三种组合杆件名称全跨左半跨右半跨第一种组合FF1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4计算杆内力(kN) AB 000000000 BC -6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08 CD -6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08 DE -8.993-5.636-3.357-513.3

12、-445.63-399.68-176-117.3-513.3 EF-8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3上弦 FG-9.102-4.551-4.551-519.52-427.78-427.78-148.4-148.4-519.52 ac3.472.5370.933198.06179.25146.9177.2335.95198.06 ce7.9625.3252.637454.46401.29347.1164.4495.25454.46下弦 eg9.2795.3123.967529.63449.65422.54168.63134

13、.01529.63斜 aB-6.502-4.754-1.748-371.12-335.88-275.28-144.7-67.35-371.12腹杆 Bc4.7393.1581.581270.49238.62206.8397.5856.99270.49 cD-3.382-1.862-1.52-193.04-162.39-155.5-59.56-50.75-193.04 De1.8840.541.344107.5380.4496.6520.3841.07107.53 eF-0.690.615-1.305-39.38-13.08-51.7813.46-35.96-39.38 Fg-0.462-1.6

14、321.17-26.37-49.966.53-43.628.53-26.37 Aa-0.5-0.50-28.54-28.54-18.46-14.59-1.72-28.54 Cc-1-10-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08 Ee-1-10-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08竖杆 Gg0.8120.4060.40646.3538.1638.1613.2413.2446.355 杆件截面设计5.1 上弦杆截面计算徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）6整个上弦采用等截面，按 FG 杆件的最大设计内力设计，即

15、N=519.52KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：， 0 x0ll1.508m0yl2 1.5083.016m上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力 N=371.12 KN，中间节点板厚度选用 10mm，支座节点板厚度选用 12mm设 60，0.807，截面积为232994215807. 01052.519mmfNA需要回转半径：0 xx0yyl1.508im25.1mm60l3.016im50.3mm60根据需要的A 、 ix 、iy ，查角钢型钢表，选用 2，A = 50.6 10100160c , ix = 2.85 cm , iy = 7.78cm。按所选角钢进行验算：，5

16、385. 28 .1500 xxxil3978. 76 .3010yyyil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin842. 0 x223/215/1215060842. 01052.519mmNfmmNANx所选截面合适。5.2 下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=529.63kN （拉力）计算长度：屋架平面内取节间轴线长度cmlx3000屋架平面外根据支撑布置取cmly6000计算需要净截面面积 234 .24632151063.529mmfNAn选用 216010010（短肢相并） ，A =50.60 c , ix = 2.85

17、 cm , iy =7.78cm 按所选角钢进行截面验算，取。AAn徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）7 35010585. 23000 xxil3507778. 76000yyil 223/215/10550601063529.mmNfmmNAN所选截面满足要求。5.3 斜杆截面计算5.3.1 斜杆 aBN = -371.12kN (压力)，l0 x = l0y = l =251.6 cm因为l0 x = l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix = iy 选用 21409010， A = 44.6 c , ix = 2.56 cm , iy = 6.84cm 属

18、于b类截面1509856. 26 .2510 xxxil 属于b类截面1503784. 66 .2510yyyil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin568. 0 x223/215/5 .1464460568. 01012.371mmNfmmNANx所选截面合适。5.3.2 斜杆 BcN = 270.49kN（拉力） ，l0 x = 0.8l = 208.1cm, l0y = l =260.1 cm计算需要净截面面积 2312582151049.270mmfNAn选用 2638， A = 19.02 c , ix = 1.90 cm , iy = 3

19、.10 cm徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）8xxyy12图 4 斜杆Bc截面验算： 35011090. 11 .2080 xxxil3508410. 31 .2600yyyil223/215270mmNfmmNAN所选截面满足要求。5.3.3 斜杆 cDN =-193.04kN (压力)，l0 x =2247mm l0y = l =2809mm选用 2807， ，A =21.72mm2 , ix =2.46cm , iy = 3.75cm 属于b类截面1509146. 27 .2240 xxxil 属于b类截面1507575. 39 .2

20、800yyyil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin614. 0 x223/215/1452172614. 01004.193mmNfmmNANx所选截面合适。5.3.4 斜杆 De N =107.53kN（拉力） ，l0 x = 0.8l = 224.7cm, l0y = l =280.9 cm计算需要净截面面积 235002151053107.mmfNAn选用 2565，A =10.82 c , ix =1.72 cm , iy =2.77 cm徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）9验算： 35013172. 17 .22

21、40 xxxil35010177. 29 .2800yyyil223/215/9910821053.107mmNfmmNAN所选截面满足要求。5.3.5 斜杆 eFN =-39.38kN (压力)，l0 x =259.5cm l0y = l =324.3cm 选用 2636，见图 5 所示，A =14.58c , ix = 1.93cm , iy = 3.06cmxxyy12图 5 斜杆eF截面验算 15013593. 15 .2590 xxxil 15010606. 33 .3240yyyil由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin365. 0 x223/215/7414583

22、65. 01038.39mmNfmmNANx所选截面合适。5.3.6 斜杆 FgN =-26.37kN (压力)，l0 x =241.8cm l0y = l =302.3cm选用 2807，A =21.72c , ix = 2.46cm , iy = 3.75cm 属于b类截面1509846. 28 .2410 xxxil徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）10 属于b类截面1508175. 33 .3020yyyil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin568. 0 x223/215/212172568. 01037.26mm

23、NfmmNANx所选截面合适。5.4 竖杆截面计算5.4.1 竖杆 AaN =-28.54kN (压力)，,l0 x = l0y =l=201.25cm 选用 26310， ，A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面15010688. 125.2010 xxxil 属于b类截面1506607. 325.2010yyyil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin517. 0 x223/215/67.232332517. 01054.28mmNfmmNANx所选截面合适。5.4.2 竖杆 CcN =-57.0

24、8kN (压力)，,l0 x =1800mm l0y =2250mm 选用 26310， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面1509688. 11800 xxxil 属于b类截面1507307. 32250yyyil满足长细比：的要求。150徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）11由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin581. 0 x223/215/422332581. 01008.57mmNfmmNANx所选截面合适。5.4.3 竖杆 EeN =-57.08kN (压力)， l0 x =2000m

25、m l0y =2500mm 选用 26310， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面15010688. 12000 xxxil 属于b类截面1508107. 32500yyyil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin517. 0 x223/215/472332517. 01008.57mmNfmmNANx所选截面合适。5.4.4 竖杆 GgN =46.35kN (拉力)， l0 x =2400mm l0y =3000mm 232192151003.47mmfNAn选用 26310， A =23.32

26、 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 35012888. 12400 xxxil 3509807. 33000yyyil满足长细比：的要求。350223/215/87.1923321035.46mmNfmmNAN所选截面合适。徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）12表 3 屋架杆件截面选择表计算长度回转半径长细比系数min(N/m)杆件杆内力kNloxloy截面形式及角钢规格截面积（m）ix(mm) iy(mm)max容许长细比上弦-519.5215053010短肢相并2L16010010506028.577.8531500.842121下弦52

27、9.6330006000短肢相并2L16010010506028.577.8105350105aB-371.1225162516长肢相并2L1409010446025.668.4981500.568146.5Bc270.49208126012L638190219.031.0110350142cD-193.04224728092L807217224.637.5911500.614145De107.53224728092L565108217.227.713135099eF-39.38259532432L636145819.330.61351500.36574斜腹杆Fg-26.37241830232

28、L807217224.637.5981500.56821Aa-28.542012.52012.5十字形2L6310233218.830.71061500.51724Cc-57.0818002250十字形2L6310233218.830.7961500.58142Ee-57.0820002500十字形2L6310233218.830.71061500.51747竖杆Gg46.3524003000十字形2L6310233218.830.712835020徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）136 节点设计6.1 下弦 c 节点先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即

29、 hf和 lw 。然后根据 lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。选用 E43 焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/m，实际所fwt需的焊脚尺寸可由构造确定。 （1）Bc 杆的内力 N=270.49KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝 hf=6mm，所需要的焊缝长度为：mmlw633NflhNwffwf84.10329916022. 126367 . 07 . 033肢背，取mmfhNNlwffw1451216067 . 0292.516491049.2707 . 07 . 022/7 . 0331150mm肢尖，取mmfhNNlwffw68121

30、6067 . 0292.516491049.2703 . 07 . 022/3 . 03380mm（2）cD 杆的内力 N=193.04KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝 hf=6mm，所需要的焊缝长度为：mmlw803NflhNwffwf4 128067 . 07 . 033肢背，取mmfhNNlwffw841216067 . 022 .655871004.1937 . 07 . 022/7 . 033100mm肢尖，取 60mmmmfhNNlwffw151216067 . 022 .655871004.1933 . 07 . 022/3 . 033（1） 竖杆

31、 cC 杆的内力 N=-57.08KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取 hf=8mm。所需要的焊缝长度为：mmlw633NflhNwffwf12 126387 . 07 . 033因为，所以按两面侧焊缝计算。332342481008.573 . 022NNNk徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）14肢背，取 40mmmmfhNlwffw3 .381616087 . 021008.577 . 07 . 027 . 03肢尖，取 40mmmmlw621616087 . 021008.573 . 03（4）下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承

32、受两相邻下弦内力之差。N454.46198.06256.4kN肢背焊缝验算，hf8mm， f11N/mm2160N/mm2焊缝强度满足要求。1601087 . 02104 .25675. 03根据节点放样，得节点板尺寸为 310360，节点图如下图所示。图 6下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件hf（mm） 肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)Bc6147mm 取 150mm670mm 取 80 mm cD690mm 取 100mm618mm 取 60 mm De5114mm 取 120mm 555mm 取 70mmeF674mm 取 80mm638mm 取 60mm Fg553mm 取 60mm

33、 528mm 取 60mm6.2 上弦 B 节点aB 杆 N-371.12kN，采用三面围焊，设肢背和肢尖 hf = 8mm，NflhNwffwf62.30607316022. 1214087 . 07 . 033徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）15因为，所以按两面侧焊缝计算。3322597841012371.35. 022NNNk lw116142，取 lw1150mm16087 . 021012.37165. 03 lw21676，取 lw280m16087 . 021012.37135. 03上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf（mm）肢背 (mm)hf（mm）

34、肢尖 (mm)aB8144mm 取 150mm878mm 取 80mm Bc6174mm 取 180mm682mm 取 90 mm cD6139mm 取 150mm666mm 取 70 mm De5114mm 取 120mm 555mm 取 70mmeF674mm 取 80mm638mm 取 60mm Fg553mm 取 60mm 528mm 取 60mm考虑搁置檩条，节点板缩进上弦肢背 7mm，用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算，P47.92kN。mmthf52/102/节点板尺寸为 285 417 设肢尖焊缝=5mm，假定集中荷载 P 与上弦垂直，忽略fh屋架上弦坡度影响。肢背焊缝验算：

35、2222221/1281608 . 08 . 0/11540757 . 02)22. 12/92.47()5 .39375. 0(7 . 02)22. 12/()(mmNfmmNlhPNKwfwff肢尖焊缝验算：2222222/1281608 . 08 . 0/4040757 . 02)22. 12/92.47()5 .39325. 0(7 . 02)22. 12/()(mmNfmmNlhPNKwfwff6.3 屋脊 G 节点（1）弦杆一般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（一般为 t+hf+5mm） 。拼接角

36、钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设 gG 杆与节点板的焊缝尺寸为：肢背 hf=8mm，lw1=(0.6546.35103)/（20.78160）+16=32mm，取 lw1=40mm，徐州工程学院课程设计（计算书）徐州工程学院课程设计（计算书）16肢尖 hf=8mm，lw2=（0.3546.35103）/（20.78160）+16=24mm。取lw2=40mm。设焊缝高度 hf=8mm，则所需要焊缝计算长度为：lw=（519.52103）/（40.78160）+16=194mm。取 lw =210mm。拼接角钢长度600mm2210=420mm。（2）上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15%计算，设肢尖焊缝 h