m梯形钢屋架课程设计.doc

键入文字 键入文字课程设计成果 院（系）: _ _ _班 级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位）：_ _设计题目:_ _ _完成日期： 年月 日 指导教师评语: _ _ _ 成绩(五级记分制):_ _ 教师签名:_目 录 钢结构课程设计计算书钢屋架设计 一、设计资料3二、结构形式与布置3 1、屋架形式与几何尺寸3 2、梯形钢屋架支撑布置4三、荷载计算5四、内力计算7五、杆件设计8 1、上弦杆8 2、下弦杆9 3、斜腹杆9 4、竖杆15六、结点设计20 1、下弦结点20 2、上弦结点26 3、屋脊结点32 4、支座结点33七、参考资料36钢结构课程设计计算书钢屋架设计一、 设计资料某地一机械加工车间，长96m，跨度27m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形钢屋架，封闭结合1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400400mm，钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载标准值0.6KN/m2,风荷载标准值0.55KN/m2。1、 屋架计算跨度： 2、 跨中及端部高度：屋架在27m轴线处的端部高度为则屋架在26.7m处两端的高度为屋架中间的高度为，屋架跨中起拱高度按考虑，取60mm。二、 结构形式与布置1、屋架形式及几何尺寸如图1所示。图 1 梯形屋架形式和几何尺寸2、梯形钢屋架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，在设置水平支撑的柱间，于屋架跨中喝两端各设置一道垂直支撑。梯形钢屋架的支撑布置图如下（图2）。 图2 梯形钢屋架支撑布置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、 荷载计算屋面荷载与活荷载不会同时出现，计算时取较大的荷载标准值进行计算，故取屋面荷载0.7KN/m进行计算，由于本题属于无檩缓坡，可不计算风荷载。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为米（m）。确定最不利荷载效应控制组合：（1.2或1.35；1.4；屋面荷载的组合系数取0.7；积灰荷载的组合系数取0.9）可变荷载效应控制组合：永久荷载效应控制组合：故按永久荷载效应控制组合计算取值，永久荷载分项系数取1.35，可变荷载分项系数取1.4，屋面荷载的组合系数取=0.7，积灰荷载的组合系数取=0.9。荷载计算结果见下表。荷载计算表荷载名称标准值（kNm2）设计值（kNm2）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.35=1.89三毡四油防水层0.40.41.35=0.54找平层（厚20mm）0.30.31.35=0.405100mm厚泡沫混凝土保温层0.11=0.10.11.35=0.135屋架和支撑自重0.117+0.01127=0.4140.4141.35=0.599永久荷载总和2.6143.529屋面荷载0.70.70.71.4=0.686积灰荷载0.60.90.41.4=0.756可变荷载总和1.31.442设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合1、 全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(3.5291.442)1.56=44.739KN2、 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： F1=3.5291.56=31.761KN半跨节点可变荷载： F2=1.4421.56=12.978KN3、 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： F3=0.5591.56=5.031KN半跨节点屋面板自重及活荷载： F4=（1.89+0.686）1.56=23.184KN1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。四、 内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3。图 3 屋架计算简图由图解法或数解法解的F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1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，计算结果如附表一所示。附表一屋架构件内力组合表。五、 杆件设计 （见附表二 屋架杆件截面选用表）1、 上弦杆 HI、IJ整个上弦采用等截面，按HI、IJ杆件的最大设计内力设计，即：N-865.71KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度，即 在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取为侧向支撑点间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图3。图 3 短肢相并腹杆最大内力N = -458.81kN,查表中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形截面属于b类），则所需要的截面积为：需要的回转半径为 ； 根据需要的 A、查角钢规格表，选用216010010，肢背间距a=12 mm，则：A=225.350.60cm 2，=2.85cm，=7.78cm 按所选角钢进行验算：由于所以可近似取由查b类截面得故所选截面合适。2下弦杆de 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。 N = 871.25kN，（因跨中有通长系杆）。所需的截面积为：因，故用不等肢角钢，短肢相并，采用21409010，如图3。则：A=44.60cm 2，=2.56cm，=6.85cm拉应力：故所选截面适合。3斜腹杆（1）、端斜杆aB 杆件轴力： N = -458.81KN，计算长度： 因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 ，如图4。图 4 长肢相并选用21258010，则：A=219.739.4cm 2，=3.98cm，=3.39cm 由，所以故由按b类查表得，满足要求。填板放两块（2）、杆件Bb （以下杆件都采用等边双角钢相并，如图5）杆件轴力： N = ，计算长度： 图 5 等边角钢相并选用2906，则：A=210.6421.28cm 2，=2.79cm，=4.12cm拉应力：填板放两块（3）、杆件bD 杆件轴力：N = ，计算长度：选用2906，则：A=210.6421.28cm 2，=2.79cm，=4.12cm 由，所以故由按b类查表得，满足要求。填板放两块（4）、杆件Dc杆件轴力：N = ，计算长度：选用2635，则：A=26.1412.28cm 2，=1.94cm，=3.04cm拉应力：填板放两块（5）、杆件cF 杆件轴力：N = ，计算长度：选用2755，则：A=27.4114.82cm 2，=2.32cm，=3.50cm 由，所以故由按b类查表得，满足要求。填板放三块（6）、杆件Fd杆件轴力：N = ，计算长度：选用2635，则：A=26.1412.28cm 2，=1.94cm，=3.04cm拉应力：填板放两块（7）、杆件dH在不同荷载组合下可能受拉也可能受压。拉力：N = ，压力：N = 计算长度：选用2635，则：A=26.1412.28cm 2，=1.94cm，=3.04cm 由，所以故由按b类查表得拉应力：，满足要求。填板放四块（8）、杆件He在不同荷载组合下可能受拉也可能受压。拉力：N = ，压力：N = 计算长度：选用2635，则：A=26.1412.28cm 2，=1.94cm，=3.04cm由，所以故由按b类查表得拉应力：，满足要求。填板放四块（9）、杆件eJ在不同荷载组合下可能受拉也可能受压。拉力： ， 压力： ， 计算长度：选用2755，则：A=27.4114.82cm 2，=2.32cm，=3.50cm由，所以故由按b类查表得拉应力：，满足要求。填板各放三块4、竖杆(1)、端竖杆Aa杆件轴力：N = ，计算长度：由于内力较小，可按长细比选择截面。 选用2505，则：A=24.89.6cm 2，=1.53cm，=2.53cm 由于所以由查b类截面的，满足要求。填板放三块（2）、杆件Cb 杆件轴力：N = ，计算长度：由于内力较小，可按长细比选择截面。 选用2505，则：A=24.89.6cm 2，=1.53cm，=2.53cm 由于所以由查b类截面的，满足要求。填板放三块（3）、杆件Ec 杆件轴力：N = ，计算长度：由于内力较小，可按长细比选择截面。 选用2505，则：A=24.89.6cm 2，=1.53cm，=2.53cm 由于所以由查b类截面的，满足要求。填板放三块（4）、杆件Gd 杆件轴力：N = ，计算长度：由于内力较小，可按长细比选择截面。 选用2505，则：A=24.89.6cm 2，=1.53cm，=2.53cm 由于所以由查b类截面的，满足要求。填板放四块（5）、杆件Ie 杆件轴力：N = ，计算长度：由于内力较小，可按长细比选择截面。 选用2635，则：A=26.1412.28cm 2，=1.94cm，=3.04cm 由于所以由查b类截面的，满足要求。填板放三块（6）杆件Jf杆件轴力：N = ，计算长度：由于内力为0，可按长细比选择截面，截面采用十字形截面，如图6。图 6 十字形截面 ， 选用2635，则：A=26.1412.28cm 2，=2.45cm，=2.45cm 由于所以，满足要求。填板放五块所有杆件截面选择见附表二。六、 结点设计1、下弦节点（1）、结点b先计算腹板与节点板的连接焊缝：Bb杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm，hf2=6mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取160mm肢尖： 取100mmDb杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm，hf2=6mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取140mm肢尖： 取80mm由于Cb杆件内力较小，焊缝按构造采用，取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝：内力差：由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板尺寸为430330mm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=430-12=418mm。受力较大的肢背焊缝应力为：（2）、结点c先计算腹板与节点板的连接焊缝：D-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=5mm，hf2=5mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取140mm肢尖： 取70mmF-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=5mm，hf2=5mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取110mm肢尖： 取60mm由于Ec杆件内力较小，焊缝按构造采用，取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝：内力差：由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板尺寸为330290mm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=330-12=318mm。受力较大的肢背焊缝应力为：（3）、结点d先计算腹板与节点板的连接焊缝：F-d杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=5mm，hf2=5mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取70mm肢尖： 取50mm由于Hd和Gd杆件内力较小，焊缝按构造采用，取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝：内力差：由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板尺寸为270220mm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=270-12=258mm。受力较大的肢背焊缝应力为：（4）、结点e先计算腹板与节点板的连接焊缝：J-e杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=5mm，hf2=5mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取70mm肢尖： 取50mm由于He和Ie杆件内力较小，焊缝按构造采用，取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝：内力差：由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板尺寸为260250mm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=260-12=248mm。受力较大的肢背焊缝应力为：（4）、结点f先计算腹板与节点板的连接焊缝：由于fJ杆轴力较小，所以其焊缝按构造要求设计，取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为400mm。弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，取21409010，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度：一般为。拼接角钢的这部分削弱，可以靠结点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受拉弦杆之间的角焊缝hf=8mm，则所需焊缝计算长度为：（一条焊缝）拼接角钢的总长度为：故拼接角钢的长度取700mm。下弦肢尖与结点板的连接焊缝，应按下弦内力的15计算。并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝hf=10mm，由图知结点板的长度为400mm，则结点一侧弦杆焊缝的计算长度为：，焊缝应力为：则焊缝强度为：因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊结点和跨中下弦结点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与结点板连接用工厂焊接，而右半边的上弦、斜杆与结点板的连接用工地焊接。2、 上弦节点（1）、结点A先计算腹杆Aa、AB的杆端焊缝。由于Aa杆和AB杆的轴力较小，故其焊缝按构造要求设计，都取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由于杆件轴力很小，此焊缝不必验算，满足要求，结点板尺寸如上图所示。（2）、结点B先计算腹杆Ba、Bb的杆端焊缝。B-a杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm，hf2=6mm，所需焊缝长度如下：肢背： 取190mm肢尖： 取140mmB-b杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=6mm，hf2=6mm，则所需焊缝长同下弦节点“b”。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为480mm。现在验算上弦结点板的连接焊缝：结点板缩进8mm，肢背采取塞焊。由于上弦坡度很小，集中力P对上弦杆与节点板间的焊缝的偏心一般很小，可认为该焊缝只承受集中力与杆力差作用。节点荷载P=44.739KN，肢背焊缝为hf=6mm，lw1= lw2=480-12=468cm。对P作用下的上弦与节点板间的四条焊缝的正应力：肢尖焊缝取hf=6mm。肢尖焊缝承担弦杆内力差：对N作用下的肢背与与节点板间所受的剪应力为：则焊缝强度为：（3）、结点C先计算腹杆Cb的杆端焊缝。Cb杆的焊缝长度按构造取值，取hf=5mm，。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得上弦节点板长度为180mm。现在验算上弦结点板的连接焊缝：结点板缩进8mm，肢背采取塞焊。由于上弦坡度很小，集中力P对上弦杆与节点板间的焊缝的偏心一般很小，可认为该焊缝只承受集中力与杆力差作用。节点荷载P=44.739KN，肢背焊缝为hf=6mm，lw1= lw2=160-12=168cm。对P作用下的上弦与节点板间的四条焊缝的正应力：肢尖焊缝承担弦杆内力差：，无偏心作用，肢尖焊缝也取hf=6mm，满足构造要求即可。上弦结点E、G、I的结点设计同结点C一样。（4）、结点D先计算腹杆bD、cD的杆端焊缝，同下弦结点b和c。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为360mm。现在验算上弦结点板的连接焊缝：结点板缩进8mm，肢背采取塞焊。由于上弦坡度很小，集中力P对上弦杆与节点板间的焊缝的偏心一般很小，可认为该焊缝只承受集中力与杆力差作用。节点荷载P=44.739KN，肢背焊缝为hf=6mm，lw1= lw2=360-12=348cm。对P作用下的上弦与节点板间的四条焊缝的正应力：肢尖焊缝取。肢尖焊缝承担弦杆内力差：对N作用下的肢背与与节点板间所受的剪应力为：则焊缝强度为：（5）、结点F先计算腹杆cF、dF的杆端焊缝，同下弦结点c和d。腹杆cF取hf=5mm， ， 腹杆dF取hf=5mm， ， 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为170mm。现在验算上弦结点板的连接焊缝：结点板缩进8mm，肢背采取塞焊。由于上弦坡度很小，集中力P对上弦杆与节点板间的焊缝的偏心一般很小，可认为该焊缝只承受集中力与杆力差作用。节点荷载P=44.739KN，肢背焊缝为hf=6mm，lw1= lw2=170-26=158cm。对P作用下的上弦与节点板间的四条焊缝的正应力：肢尖焊缝取。肢尖焊缝承担弦杆内力差：对N作用下的肢背与与节点板间所受的剪应力为：则焊缝强度为：（6）、结点H先计算腹杆dH、eH的杆端焊缝，同下弦结点d和e。由于腹杆dH、eH的内力较小，均按构造设计，取hf=5mm，。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为200mm。现在验算上弦结点板的连接焊缝：结点板缩进8mm，肢背采取塞焊。由于上弦坡度很小，集中力P对上弦杆与节点板间的焊缝的偏心一般很小，可认为该焊缝只承受集中力与杆力差作用。节点荷载P=44.739KN，肢背焊缝为hf=6mm，lw1= lw2=200-26=188cm。对P作用下的上弦与节点板间的四条焊缝的正应力：肢尖焊缝取。肢尖焊缝承担弦杆内力差：对N作用下的肢背与与节点板间所受的剪应力为：则焊缝强度为：3、屋脊“J”节点腹杆和节点板的焊缝计算。由于eJ杆对称，且杆eJ和fJ轴力较小，所以其焊缝按构造采用。取hf=5mm，lw=50mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。如下图。屋脊节点“J”由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为400mm。弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，取216010010，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度：一般为。拼接角钢的这部分削弱，可以靠结点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝hf=8mm，则所需焊缝计算长度为：（一条焊缝）拼接角钢的总长度为：故拼接角钢的长度取700mm。上弦与结点板之间的槽焊缝，假定承受