梯形钢屋架课程设计.doc

1 目录目录 一、设计资料 .2 2 二、屋架尺寸及结构形式与选型 .2 2 三、 荷载计算 .3 3 1.永久荷载 .3 3 2.可变荷载 .3 3 3.荷载组合 .4 4 四、内力计算 .4 4 五、杆件设计 .6 6 1.上弦杆 .6 6 2.下弦杆 .7 7 3.斜腹杆 .8 8 4.竖杆 .9 9 六、节点设计 .1010 1.下弦节点 C.1010 2.上弦节点 B.1111 3.屋脊节点 G.1212 4.支座节点 A.1313 附录：钢屋架施工图 2 梯形钢屋架课程设计计算书梯形钢屋架课程设计计算书 一、设计资料： 1、 车间柱网布置：长度 90m ；柱距 6m ；跨度 21m 2、 屋面坡度：1：10 3、 屋面材料：预应力大型屋面板 4、 荷载 1） 静载：屋架及支撑自重 0.35KN/m;屋面防水层 0.4KN/m；找平层 0.4KN/m;大型 屋面板自重（包括灌缝）1.4KN/m。 2) 活载：屋面雪荷载 0.35KN/m；积灰荷载标准值 1.2 KN/m2 屋面活荷载标准值： 2 /7 . 0mkN 5、 材质 Q345B 钢，焊条 E50XX 系列，手工焊。 荷载类型荷载名称荷载标准值（KN/m2） 三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.4 水泥砂浆找平层 0.4 保温层 0.7 一毡二油隔气层 0.05 水泥砂浆找平层 0.3 预应力混凝土屋面板 1.4 永久荷载 屋架自重 0.12+0.11x21=0.351 屋面活荷载标准值 0.7 积灰荷载 1.20 可变荷载 雪荷载 0.35 6、 二、 结构形式与选型 屋架形式及几何尺寸如图所示 1 9 9 0 1350 2 2 9 0 2 5 9 0 2 8 9 0 3 0 4 0 26 13 28 64 31 24 25 30 28 64 31 24 33 90 1507.5 1507.5 1507.5 1507.51507.51507.5 1507.5 150 A ac eg h B C D F G H 15007=10500 3 上弦横向水平支撑一般设置在房屋两端且间距不宜大于 60m，根据厂房长度(90m60m)、跨 度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑 3 道。 下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑对应的布置在同一柱间距内，以形成稳定空间 体系。 下弦纵向水平支撑不进行布置。 垂直支撑设置在上、下弦横向支撑的柱间内，在屋架两端及跨中的竖直面内。 系杆沿房屋纵向通长设置，以保证屋架的侧向稳定。 三、 荷载计算 屋面雪荷载与检修荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取 屋面活荷载 0.7KN/m进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计 2 g(0.120.011 )/ k l kN m 算，跨度单位为米（m）. 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计 2 g(0.120.011 )/ k l kN m 算，跨度单位为米（m） 荷载计算表荷载计算表 荷载名称标准值（KN/m）设计值（KN/m） 预应力混凝土大型屋面板自重 1.4 1.41.351.89 屋架及支撑自重 0.35 0.2641.350.3564 屋面防水层 0.4 0.41.350.54 4 找平层 0.4 0.41.350.54 永久荷载总和 2.4643.3264 屋面活荷载 0.7 0.71.40.98 积灰荷载 1.21.21.4=1.68 可变荷载总和 1.92.66 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 1 F 2 F 全跨节点永久荷载及可变荷载： F=(3.3264+2.66) 1.56=53.8776kN 2、 全跨永久荷载半跨可变荷载 1 F 2 F 全跨节点永久荷载： F1=3.32641.56=29.9376kN 半跨节点可变荷载： F2=2.661.56=23.94kN 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 3 F 4 F 2 F 全跨节点屋架自重： F3=0.35641.56=3.2076kN 半跨节点屋面板自重及活荷载： F4=(1.89+0.7) 1.56=23.31kN 1、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下： 5 (c) (b) (a) 2 F2 F2 F2 F2 F2 F/ 2 2 F3/ / 3 F2 2 /F F3 F3 F3 F3 F3 F3 4 F F3 4 F F3 4 F F3 4 F F3 4F F3 4 2 1 F F2 F2 F2 F2 F2 F/2 2 F1 / 2 F/ 2 2 F1/ 1 F2 2 /F 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 F F1 2 C G F E D B A d cba 1 F1 F 1 F1 F 1 F 1 F 1 F 1 F 1 F 1 F F/2 F2 1990 2590 4 F 4 F 4 F 4 F 4 F 4 F F2 2 /F4 由图解法或数解法解得 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，计算结果如下表： 屋架构件内力组合表屋架构件内力组合表 内力系数（F=1）第二种组合第三种组合杆件名 称全跨 1 左半 跨 2 右半 跨 3 第一种 组合 F1 F1 1+F2 2 F1 1+F2 3 F3 1+F4 2 F3 1+F4 3 计算杆 件内力 （kN） 6 AB000000000 BC、 CD - 7.47 2 - 5.31 0 - 2.16 2 - 402.56 9 - 350.83 85 - 275.47 54 - 147.74 63 - 74.366 4 - 402.56 9 DE、 EF - 11.2 62 - 7.33 9 - 3.92 3 - 606.76 3 - 512.64 06 - 431.26 85 - 207.20 06 - 127.57 36 - 606.76 3 上 弦 杆 FG、 GH - 12.1 8 - 6.86 1 - 5.31 9 - 656.22 2 - 528.92 15 - 492.00 61 - 199.00 34 - 163.05 93 - 656.22 2 Ac4.10 0 3.01 0 1.09 0 220.89 57 194.81 34 148.84 86 83.315 9 38.560 7 220.89 57 ce9.74 4 6.66 3 3.08 1 524.97 7 451.24 76 365.49 45 186.57 33 103.07 69 524.97 7 eg11.9 62 7.32 6 4.63 6 644.47 7 533.52 67 469.12 81 209.14 32 146.43 93 644.47 7 下 弦 杆 gh11.7 68 5.88 4 5.88 4 634.02 45 493.19 7 493.19 7 174.90 77 174.90 77 634.02 45 aB- 7.68 4 - 5.54 1 - 2.04 3 - 413.99 1 - 362.71 04 - 278.96 83 - 153.81 1 72.272 6 - 413.99 1 Bc5.80 8 3.96 0 1.84 8 312.91 8 268.69 39 218.13 26 110.93 97 61.709 -55.54 312.91 8 cD- 4.40 9 - 2.53 3 - 1.77 6 - 237.54 37 - 192.64 55 - 174.52 29 - 73.188 3 27 45.553 - 237.54 37 De2.79 2 1.22 2 1.57 0 150.42 46 112.84 72 121.17 83 37.441 5 4 -40.59 150.42 46 eF- 1.57 2 - 0.04 7 - 1.52 5 - 84.694 6 - 48.190 9 - 83.574 2 - 6.1379 01 32.917 - 84.694 6 Fg0.32 8 - 1.03 9 1.36 7 17.671 7 - 15.053 4 42.546 3 - 23.166 9 -25.68 42.546 3 斜 腹 杆 gH0.71 3 1.91 3 - 1.20 0 38.414 3 67.144 4 - 7.3808 46.879 3 4767.144 4 坚 杆 Aa-0.5-0.50- 26.935 8 -26.94 -53.87 -14.97 -29.93 - 13.258 8 - 3.2076 - 26.935 8 Cc-1.0-1.00-7676- 7 53.877-53.87-29.9326.517 6 3.207653.877 Ee-1.0-1.00- 53.877 76 -53.87 76 -29.93 - 26.517 6 - 3.2076 - 53.877 Gg-1.0-1.00- 53.877 7676- 26.517 6 - 3.2076 - 53.877 五、 杆件设计 （1）上弦杆 整个上弦采用等截面，按 FG 杆件的最大设计内力设计，即 N=-656.222KN 上弦杆计算长度： 在屋架平面内：为节点轴线长度： l0 x= l0=1.508m 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，取为支撑点间的距离，即： 0y l =31.508=4.524m 0y l 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。如右 图： 腹杆最大内力 N=-413.991KN，中间节点板厚度选用 10mm，支座节点板厚度选用 12mm 设 60，查 Q345 钢的稳定系数表，可得 0.732（由双角钢组成的 T 形和十字 形截面均属于 b 类） ，则需要截面积为 3 2 N656.222 10 A2891.865mm f0.732 310 需要回转半径： 0 x x 0y y l1.508 im25.1mm 60 l 4.524 im75.4mm 60 查表选用 21006310 a=10mm 验算 8 0 x x x 0y y y l1508 m65.6mm i23.0 l 3016 m40mm i75.4 满足长细比的要求，查表，则 150 x 0.714 3 y N656.222 10 297.11MPa300MPa A0.714 3093.4 故所选截面合适。 （2）下弦杆 整个下弦采用等截面，按 cd 杆件的最大设计内力设计，即 N=644.477KN 下弦杆计算长度： oxoy l =3000mm, l =20700/2=10350mm 下弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 所需截面面积： 2 N644477 A= =2078.95mm f310 查表选用 2 100806，a=10mm 即，且 22 xy A=21.274cm20.785cm ,i2.40cm,i4.69cm ox x x l300 =125 =350 i2.40 满足要求。 oy y y l 1035 =220.68 =350 i4.65 （3）腹杆 aB 杆: 计算长度： oxoy l =l =2530mm 杆件轴力：N=-413.991KN 因为，选 21409010 oxoy l =l 9 所需面积： 2 N413991 A=3469.441mm f0.555 310 则 2 xy A=36.078cm , i =2.59 ,i =6.73 xyx =97.838 ,=37.652 ,=0.675 x N252570 =137.2Mpa310Mpa A0.675 2460 （4）竖杆 竖杆 Gg : 杆件轴力：N=-53.877KN 计算长度： oxoy l =0.8l=231.2cm l =l=289cm 内力较小 按=150 选择 需回转半径：cm =1.93cm ox x l231.2 i1.54 150 y i 2 A=10830mm 查表选用 2 454 a=8mm 即 2 xy A=10.83cm i =1.72cm i =2.69cm， 且 xoxx =l /i =231.2/1.72=134.42 =150 ，查表得 yoyy =l /i =289/2.69=107.43 =150 x 0.267 22 x N/A=53877/(0.267 1083)=186.32N/ mm 310 N/ mm 屋架杆件截面选择表屋架杆件截面选择表 计算长度 cm 回转半径 （cm） 长细比稳定系数 杆件名 称 杆 件 编 号 内力 （KN ） 0 x l 0y l 截面规格 截面 面积 （cm ） x i y i x y 容许 长细 比 X y 计算 应力 y N A 或 N/A （N/c m） 10 上弦 FG GH - 656.2 22 150 .8 452 .4 21601 1014 58.23 2.8 2 7.7 5 53.48 58.3 7 150.0 0 0.745 15.12 7 下弦 eg 644.4 77 300 103 5 21008 06 20.79 0 2.8 5 7.7 0 105.2 6 134. 42 350.0 0 _31.00 Aa - 26.93 6 199199256510.83 1.7 2 2.6 9 115.7 73.9 8 150.0 0 0.3457.209 aB - 413.9 91 253253 21409 010 44.52 2 4.4 7 3.6 6 56.60 69.1 3 150.0 0 0.661 14.06 7 Bc 312.9 18 209 261 .3 2 1006 23.863.1 4.4 4 67.42 58.8 5 350.0 0 - 13.11 5 Cc - 53.87 7 183 .2 2292 56510.83 1.7 2 2.6 9 106.5 1 85.3 150.0 0 0.392 12.69 1 cD - 237.5 44 229 .1 286 .4 2100623.863.1 4.4 4 73.964.5 150.0 0 0.621 16.03 2 斜腹 De 150.4 25 229 .1 286 .4 2100623.863.1 4.4 4 79.364.5 350.0 0 6.304 Ee - 53.87 7 207 .2 259256510.83 1.7 2 2.6 9 120.4 7 96.2 8 150.0 0 0.32215.45 eF - 84.69 5 249 .9 312 .4 2 1006 23.863.1 4.4 4 80.61 70.3 6 150.0 0 0.5686.249 Fg 42.54 6 249 .9 312 .4 256510.83 1.7 2 2.6 9 145.2 9 116. 13 350.0 0 - 39.29 3 Gg - 53.87 7 231 .2 289256510.83 1.7 2 2.6 9 134.4 2 107. 43 150.0 0 0.267 18.6 48 竖杆 gH 67.14 4 271 .2 3392100623.863.1 4.4 4 87.84 76.3 5 150.0 0 0.517 5.44 3 六、节点设计 （1）下弦节点 用 E50 型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值200MPa。 w f f 下弦节点“c” 设“Bc”杆的肢背8mm 和肢尖焊缝为6mm.所需的焊缝长度为 f h f h 11 肢背：，取 140mm。 w w e f 0.7N0.7 312918 lmm 2h f2 0.7 8 200 122. 23 肢尖：，取 90mm。 w w e f 0.3N0.3 312918 lmm 2h f2 0.7 6 200 55. 878 “Cc”杆内力很小，杆的肢背6mm 和肢尖焊缝为6mm.按构造要求综合 f h f h 取节点板尺寸 360mm460mm 下弦与节点板连接的焊缝长度为 46cm，6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆 f h 的内力差 N304.08KN，受力较大处的肢背出的焊缝应力为: f 0.75 304080 103.58MPa200MPa 2 0.7 6 (460 12) 焊缝强度满足要求。 焊缝强度满足要求。 2）上弦节点“B” “Bc”杆与节点板的焊缝尺寸同上。NaB=-413.991kN 设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝10mm 和 6mm，所需焊缝长度为 f h 12 肢背： ,取 140mm. w w e f 0.65N0.65 413991 lmm 2h f2 0.7 10 200 96. 105 肢尖：，取 120mm w w e f 0.3N0.3 413991 lmm 2h f2 0.7 6 200 =86. 248 节点板上边缘缩进上弦肢背 8mm，按构造要求取节点板用槽焊缝把上弦角钢和节 点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以 0.8 的折减系数。假 定集中荷载 P 与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下： 等于二分之一节点板厚度，10mm, f h f 1 h10mm=5mm 2 f h 上弦与节点板焊缝长度为 460mm，则 222 112 f w w f P53877 k (NN )()(0.75 402569)() 2 1.222 1.22 2 0.7h l2 0.7 5 (460 12) 111.72MPa0.8f160MPa 满足要求。 上弦肢尖角焊缝的切应力为 222 112 f w w f P53877 k (NN )()(0.25 402569)() 2 1.222 1.22 2 0.7h l2 0.7 7 (460 12) 32.56MPa0.8f200MPa 满足要求。 3）.脊节点“G” 设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝10mm，则所需焊缝计算长度为（一条 f h 13 焊缝） w 656222 l117.835mm 4 0.7 10 200 = 拼接角钢长度+弦杆杆端空隙 20，拼接角钢长度取 400mm。f sw l2(l2h ) 上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下 节点板长度为 360mm，节点板的宽度为 150mm, 上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15计算， (360/2-10-20)150mm，焊缝应力为 w l N f f 2 N2222 f f 0.15656222 46.873MPa 2 0.7 10 150 6 0.15 656222 76.4 143.244MPa 2 0.7 10 150 143.244 ()()(46.873)()126.42MPa200MPa 1.221.22 M M 4）.支座节点“A” 为了便于施焊，下弦杆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，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度 12mm。 14 支座底板的计算。支座反力 R538228=431016N。 设支座地板的平面尺寸采用 280400mm，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座 反力，则承压面积为 An=280320=64960mm。验算柱顶混凝土强度： c n R431016 q6.63MPaf14.3MPa A64960 支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块， 块板为两相邻边自由板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 1 M=a2q 式中，q 为底板下的平均应力。a1为两支撑边之间的对角线 22 1 12 a(140)110173.4mm 2 为系数，由 b1/a1查表，b1为两支撑边的相交点到对角线 a1 的垂直距离。由相 似三角形的关系，得 b285.0mm，b2/a20.49 查表得 0.0586 2 1 M=a0.0586 8.11 173.4 =14289.49N m 2 q 底板厚度，取 t20mm 6M6 14289.49 t16.63mm f310 = 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反力的 1/4，即 431016/4=107