课程设计说明书将完成图

梯形钢屋架课程设计摘 要：本次主要设计一跨度 24m 的梯形屋架，主要是计算各个杆件的内力和选择截面尺寸以及通过使用 CAD 来做出屋架的施工图。内力的计算解决的在选择截面的标准和之后的验算，CAD 的使用解决了表现图形表达的困难，以达到理论知识和实际运用的结合。关键词：梯形钢屋架 支撑 弦杆 目 录1 设计背景 11.1 设计资料 11.2 屋架形式 12 设计方案 23 方案实施 43.1 荷载与内力计算 43.2 杆件截面设计 53.3 节点设计 144 结果与结论 205 收获与致谢 215.1 收获 215.2 致谢 216 参考文献 227 附件 23- 0 -1 设计背景1.1 设计资料某地区一金加工车间。厂房总长度为 72m，柱距 6m，跨度为 24m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为-20。屋面采用 1.5m 6.0m 预应力大型屋面板,屋面坡度为 i=1:10，上铺 80mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面可变荷载标准值为 ，雪荷载标准值为2/7.0mkN, 积灰荷载标准值为 。 屋架采用梯形钢屋架, 其两端铰支于钢2/5.0mkN2/75.0mkN筋混凝土柱上。 柱头截面为 , 所用混凝土强度等级为 C25。4根据该地区的温度及荷载性质, 钢材采用 , 其设计强度 , 35QD2/15mNf焊条采用 E43 型, 手工焊接。构件采用钢板及热轧型钢, 构件与支撑的连接用 M20 普通螺栓。屋架的计算跨度: , 端部高度: (轴线处), mL237015240 h190(计算跨度处), 屋架跨中起拱 。mh205 )5/(L1.2 屋架形式图 1 屋架形式及几何2 设计方案- 1 -屋架支撑 50 603206032050320606024桁 架 及 桁 架 上 悬 支 撑 布 置 1： 0桁 架 下 悬 支 撑 布 置 1:0C1LGC2C2LG1SS1LG1LGLG1LG130303024S SC12 SC12SC1SC2 SC2C2SC2SSC1C2S2 LG1LG1LG1LGLGLG 22G21G1G L1LLL L1GC1C2C2C1C2C1C2C1 C2C2C1 C1S2S2S1S1S1S1S2S2GGGGGGGG3333333333LL1LLL LLL1LLL L332 WJ WJWJ2WJWJ1 WJ1- 2 -垂 直 支 撑 布 置 1- :0垂 直 支 撑 2- 1:0 符 号 说 明 ： GWJ钢 屋 架 ;SC(上 弦 支 撑 )； XC-下 弦 支 撑 ；C-垂 直 支 撑 ； 刚 性 系 杆 ； LG柔 性 系 杆 ； 图 2屋 架 支 撑 布 置 图 LG1LG1C2CC2C1 LG1LG1LG LG13333 33G2G2G2G2CCC1 C1G2G23333 3320320- 3 -3 方案实施3.1 荷载与内力计算1.荷载计算屋面可变荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的可变荷载计算。永久荷载标准值 防水层(三毡四油上铺小石子) 2/35.0mkN找平层( 厚水泥砂浆 ) m20 42.保温层( 厚泡沫混凝土 ) 4 k预应力混凝土大型屋面板 1.40 2/mN钢屋架和支撑自重 384.0210k总计 2.784 2/可变荷载标准值屋面可变荷载 0.50 2/mkN积灰荷载 0.5总计 1.0 2/k2.荷载组合设计屋架时,应考虑以下两种组合：组合一:全跨永久荷载+全跨可变荷载21 69.4305.1)9.415.074.18.235( mkNF 组合二:全跨永久荷载+半跨可变荷载 23 22 03.15.6.1)509.7.0(41.3.6. kNFm3.内力计算本设计采用图解法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表 1。- 4 -3.2 杆件截设计腹杆最大内力，N=386.66kN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度取 12mm；其余节点板与垫板厚度取 10mm。表 1 屋架杆件内力组合表内力系数（F=1） 组合一 组合二杆件名称 全跨左半跨右半跨1F12 + 13F计算内力（kN）AB 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0BCD -8.64 -6.19 -2.45 -377.48 -352.91 -315.40 -377.48DEF -13.41 -8.96 -4.45 -585.88 -541.25 -511.96 -585.88FGH -15.13 -9.09 -6.04 -668.89 -600.45 -569.86 -668.89上弦杆HJ -14.64 -7.33 -7.32 -639.62 -566.20 -566.20 -639.63ab 4.70 3.46 1.24 205.34 192.90 170.64 205.34bc 11.48 7.96 3.52 501.56 466.26 421.72 501.56cd 14.59 9.30 5.29 673.44 584.38 544.16 673.44下弦杆de 15.12 8.40 6.72 660.59 593.19 576.34 660.59Ba -8.85 -6.51 -2.34 -386.66 -363.52 -321.36 -386.66Bb -6.87 4.76 2.11 300.15 278.99 252.41 300.15Db -5.45 -3.40 -2.05 -238.11 -217.55 -204.00 -238.11Dc 3.70 1.91 1.79 162.65 143.70 142.50 162.56Fc -2.5 -0.71 -1.75 -107.48 -89.92 -100.36 -107.48Fd 1.03 -0.44 1.47 45.00 30.26 49.41 49.41Hd 0.02 1.56 -1.54 0.87 16.32 -14.7716.32 -14.77斜腹杆He -1.07 -2.45 1.38 -46.75 -60.59 -22.17 -60.59Aa -0.5 -0.5 0.0 -21.84 -21.84 -16.83 -21.84竖杆 Cb -1.0 -1.0 0.0 -43.69 -43.69 -33.66 -43.69- 5 -注：表内负值表示压力；正值表示拉力。Ec -1.0 -1.0 0.0 -43.69 -43.69 -33.66 -43.69Gd -1.0 -1.0 0.0 -43.69 -43.69 -33.66 -43.69Je 1.93 0.96 0.96 84.32 84.32 84.32- 84.32- 6 -1.上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=668.89kN（压）计算长度 屋架平面内取节间轴线长度 150.8oxlcm屋架平面外根据支撑和内力变化取 2.301.6ylc因为 ，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，上弦杆截面见图 3。2oxyl图 3 上弦截面设 ，查轴心受力稳定系数表，600.87需要截面积 33268.91.60725NAmf需要回转半径 *.oxlic316.0y根据 查角钢型钢表，选用 2 ， ， ,*xyAi、 、 125802197.Am.6xic。6.1yicm按所选角钢进行验算：50.8672150136.512oxoylilbtb因 为 故 按 下 式 计 算 长 细 比 ：3048.96150.oyli满足刚度要求。由于 ，只需求出 ，查轴心受力稳定系数表，xyminx0.74x- 7 -所选截面合适。32268.910.5/1/742.xNNmA2.下弦杆整个下弦杆采用用同一截面，按最大内力计算，N=660.59kN(拉)计算长度：屋架平面内取节间轴线长度 ，屋架平面外根据支撑布置取lox30mloy60计算需要净截面面积3* 260.591702nNAmf选用 2 （短肢相并） ，A=3198 ， 。12582.85,6.07xyicmi下弦杆截面见图 4。图 4 下弦截面按所选角钢进行截面验算，取 An32260.591206.5/15/8nNNmA.3.1562026.8,815ox yzlibt因 故 9.3.7oyli所选截面满足要求。- 8 -3.端斜杆 aB已知 N=386.66kN（压） ， ，因为 ，故采用不等肢角钢，长肢相并；254.3oxylcmoyxl32=60,8.15438.,2.872560oxlNAi mf 假 设 查 表 得选用角钢 2 ， 。0,29Am.1,.9xyici端斜杆截面见图 5。截面验算：图 5 端斜杆截面254.3809112438.67oxoylilbtb因 为 故 按 下 式 计 算 长 细 比 ：4422.09535()()0.715.yzylt min0.681x，23 286.1.8/7xNNmA所选截面满足要求。- 9 -4腹杆 Bb已知 N=300.15kN, 3* 20.15962nNAmf244220.8 1458,.93,2.829.108.3536361.508()()969.1oxy xyoxyyzyl Aicmililbtblt 因 为截 面 验 算 ：因 为 ， 故 采 用 等 肢 角 钢 ,选 用 角 钢 故 ， 350满 足 要 求 。 0图 6 腹 杆- 10 -5.(1)竖杆 Gb 320.8=150,4.69302905.715.,1.382 51,. .,68036.oxoy oyoxyxoxll llNAmimimfAciclik ， 采 用 等 肢 角 钢 ，假 设 查 表 得截 面已 知 （ 压 ） ，选 用 角 钢 验 ： 算 4 42 2min8.56757.9680.0.(1)(1)8.150.33. 68yyzyx xbtblt 因 为故按 查 表 得 23 2469074./15/.521xNNmA满 足 截 面 要 求 。- 11 -10图 7 竖 杆（2）中竖杆 Je 3* 224284.210950.8 85,1.37,2.4 564018.30083.13.7432,.5(1)noxoy xyoxyzyNAmfll AmicicmlbNki tbblt 因 为截已 知 ， 故 采 用 等 肢 角 钢 选 用 角 钢面 验 算 为 ，： ， 因故 4205()1.935. ， 满 足 要 求 。- 12 -10图 8 中 竖 杆 杆表 2 杆件截面选择表杆件 计算长度 （cm） 回转半径 （cm） 长细比名称 编号内力kN 截面规格面积（ 2cm）oxloylxiyimax min应力（N/mm ）上弦-668.89短边相并2125801039.42 150.8 301.6 2.26 6.16 66.72 150 0.7704 -220.25下弦660.59短边相并212580831.98 300 600 2.28 6.07 131.29 350 207.15斜腹杆Ba-386.66长肢相并210080827.89 254.3 3.14 3.49 80.99 150 0.6810 -203.58- 13 -Bb 300.15 等肢相并2636 14.58 209.2 261.6 1.93 2.98 108.40 350 205.86Db-238.11等肢相并2758 23.01230.2287.8 2.28 3.50 101.00 150 0.5490-188.49Dc 162.65 等肢相并2635 27.89 229.4 286.7 1.93 2.98 118.84 350 58.32Fc-107.48等肢相并2758 23.01251.0313.8 2.28 3.50 110.10 150 0.4924 -94.86Fd 49.41 等肢相并2636 27.89 250.2 312.7 1.93 2.98 129.62 350 17.72Hd16.32-14.77等肢相并2636 27.89272.4340.5 1.93 2.98 141.14 150 0.34005.85-15.58He -60.59 等肢相并2758 23.01 271.4 339.3 2.28 3.50 148.82 150 0.3117 -84.49Aa -21.84 等肢相并2568 16.73 201.5 1.68 2.75 119.94 150 0.4370 -29.87Cb -43.69 等肢相并2568 16.73 184.0 230.0 1.68 2.75 109.52 150 0.4959 -52.66Ec -43.69 等肢相并2568 16.73 208.0 260.0 1.68 2.75 123.81 150 0.4169 -62.64Gd -43.69 等肢相并2568 16.73 232.0 290.0 1.68 2.75 138.10 150 0.3526 -74.06竖杆Je 84.32 等肢相并2455 8.58 256.0 320.0 1.37 2.45 186.86 350 98.283.3 节点设计用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值 2/160mNfwt各杆内力由表 1 查得。最小焊缝长度不应小于 8 。fh1下弦节点 b（见图 8）- 14 -（1）斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算：N=300.15kN设肢背与肢尖的焊脚尺寸均为 6mm。所需焊缝长度为：肢背： +12=198170m68.3,12067.253017.0231 取wffwhNKl肢尖： 9,3取ffl（2）斜杆 Db 与节点板的连接焊缝的计算：N=238.11kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背 ： 10m9,61087.23017.0231 取wffwhNKl肢尖 mll w65383， 取(3) 竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：N=43.69kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸 ，hf6焊缝长度 。70mwl（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差，设肢背与肢尖的焊角尺寸为 6mm。kNN296.5.341.肢背 180m7.3,12607.290517.031 取wffwhKl- 15 -肢尖 70m6.1,21067.290517.023取wffwhNKl（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比例做出构造详图，从而定出节点板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。2. 上弦节点 D（见图 9）CEbc37.48kN2165图 9 下弦节点 D 示意图（1）斜杆 Db 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Db 杆计算相同。（2）斜杆 Dc 与节点板连接焊缝计算，N=162.65kN。设肢背与肢尖的焊角尺寸均取 6mm。所需焊缝长度肢背 10m96.7,12067.215037.0231 取wffwhNKl肢尖 5.,3取ffl（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 10mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。设焊角尺寸为 8mm。假定集中荷载 P 由槽焊缝承受，P=43.69kN 验算焊角尺寸239.58167.0248mNlhNwef 满足上弦肢尖焊缝受力为左右上弦弦杆的内力差 kN08.437偏心距 e=80-19.2=60.8mm- 16 -设肢尖焊脚尺寸 8mm，需焊缝长度为 316mm ,则 2222f3216085.3791.754)(.1(6)-80 mNfmNwMlhNwffef ）（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。3.屋脊节点 JHeH图 10 屋脊节点“J”（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。 拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。 拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=639.62kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm。则需焊缝长度为20m196.7,087.263917.023取wffwhNl拼接角钢长度取 220020=420mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假设承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算。 N=639.6215%=95.94kN, 设焊脚尺寸为 8mm，弦杆一侧焊缝长度为 157mm。- 17 -满 足）（ 2222f232160139.5169)(.1()-780.5.4 mNfmNwMlhNwffef （3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=43.69kN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 hf焊缝长度 70mwl(4)节点板的尺寸按施工确定。4、下弦跨中节点 e（见图 11） e-84.3260.59dH60.59JH6059d60.59图 11 下弦节点“e”（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递弦杆内力N=660.59kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm。则需焊缝长度为 210m20.3,167.0265917.023取wffwhNl拼接角钢长度不小于 221020=440mm(2)弦杆与节点板连接焊缝计算:按下弦杆内力的 15%计算。N=660.5915%=99.1kN,- 18 -设肢背、肢尖焊脚尺寸为 8mm，弦杆一侧需焊缝长度为 300mm 验算焊角尺寸：满 足23160.16)-(087.297.02 mNflhNwwff (3)腹杆与节点板连接焊缝计算，计算过程省略（内力较小可按构造要求设计）(4)尺寸板的确定按施工。5.端部支座节点 a（见图 12） 88 1-图 12 支座节点“a”为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板间的距离一般不应小于下弦伸出肢的宽度，故可取为 130mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为 12mm。（1） 支座底板计算：支座反力 R=8F=843.69=349.52kN取加劲肋的宽度为 109mm，考虑底板上开孔，按构造要求去底板尺寸为280mm340mm。偏安全地取有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为 mAn640238验算柱顶混凝土的抗压强度：（满足）226.943.5602.9mNfNARcn 底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两边支承而另两边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 2Ma式中 底板下的平均应力， 2/5.43mN两支承边对角线长，2a 1730912- 19 -系数，由 决定。 为两支承边的交点到对角线 的垂直距离。2ab2b 2a由相似三角形的关系，得 m84.5617309查表得94.02ab故 NM.538.2底板厚度 取ft 2.16586t0（2）加劲肋于节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力 kNRV38.7452.9200mbM设焊脚尺寸为 8mm,焊缝长度为 428-20-16=392mm 则焊缝应力为 22222 1600.).13980.764()3980.72( mNfmNw满足。（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力 R=349.52kN节点板、加劲肋与底板的连接焊缝总长度 mlw 6741-28016-209）（）（设焊脚尺寸为 8mm，验算焊缝应力 221603.6748.023950.72 mNfNlhRwfw 4 结果与结论钢结构主要是通过计算内力和选择杆件截面，最后来确