钢结构课程设计梯形钢屋架计算书

1、-、设计资料1、 某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5mX 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平 层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为 0. 5kN/m2,雪荷载 标准值0. 5kN/m2,积灰荷载标准值为0. 6kN/m2,轴线处屋架端高为1.90m, 屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm X400mm,混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：Lo=27m 2X 0. 15m=26. 7m3、跨中及端部高度：端部高度：h =1900

2、mm （端部轴线处），h=1915mm （端部计算处）。 屋架中间高度h=3025mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图一所示：2、荷载组合设计桁架时，应考虑以下三种组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）:全跨节点荷载设计值：F=（1.35X 3. 12+1.4X 0. 7X 0.5+1. 4X 0. 9X 0.6） X 1. 5X 6=49. 122kN图三桁架计算简图本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表杆件名称内力系数（F=1）1第一种组 合FX第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨F1X +F2X F1 X+F2X

3、 F3X +F4X F3X +F4X 上 AB00000000C弦 BC, CD-10. 82-8. 15-2. 67-531. 50-551. 36-456. 42-227. 16-109. 78-551. 36弦DE, EF-17. 85-12. 87-4. 98：-876. 83-899. 63-762. 94-362. 43-193. 42-899. 63FG, GH-21. 55-14. 66-6. 89-1058. 58-1070. 90-936. 29-418. 75-252. 32-1070. 90HJ-22. 72-14. 23-8.49-1116.05-1107. 80-1

4、008. 36-415. 23-292. 28-111605IJ，JK-23.2-14. 72-8.48-1139.63-1134. 49-1026. 38-428. 05-294. 39-1139.63下 弦ab5.994. 591.4294. 24306. 59251. 32127. 4359. 10306. 59be14. 7710.893. 88：725. 53 748. 57627. 12305. 05154. 89748. 57cd19. 9914.035. 96981.951000. 85861. 04397. 67224. 811000. 85de22. 3414.647. 7

5、1097. 391100. 50980. 27422. 16273. 511100 50ef21. 8612.049. 82 11073. 81 11037. 26998. 80364. 14316. 581073. 81斜 腹 杆aB-11.23-8. 6-2.63-551. 64-574. 70-471.27-238. 79-110. 91-574. 7Bb8.996. 622. 37441. 61455. 48381. 85185. 4994.46455. 48bD-7. 71-5.37-2. 34：-378. 73 -385. 31-332.81-152. 50-87. 59-385.

6、 31De5.853. 742. 11：287. 361286. 56258. 32108. 5473. 63287. 36eF-4. 59-2.52-2. 07-225. 47-217. 66-209. 86-76. 29-66. 65-225. 47Fd3. 11. 211.89152. 28138. 48150. 2640. 9855. 55152. 28dH-1.92-0.07-1.85-94. 31-74.00-104. 83-10. 83-48. 96-104.83He0.67-1.021.6932.917. 7354. 68-18. 5939.4654. 68-18. 59eg1

7、. 183. 22-2. 0457.96100. 529.3974. 71-37. 96100. 52-37. 96gK1.913. 95-2. 0493.82140. 8437. 0693. 89-34. 41140. 84-34. 41gI0.670. 67032.9137. 0125. 4017.613. 2637.01竖 杆Aa-0. 5-0. 50 :-24. 56 1-27.62-18. 95-13. 14-2.43-27. 62Cb Ee-1-10-49. 121-55.23-37. 91-26. 28-4. 86-55. 23Gd-1-10-49. 12-55.23-37. 9

8、1-26. 28-4. 86-55. 23Jg le-1-10 1-49. 12 -55.23-37. 91-26. 28-4. 86-55. 23-1.5-1. 50-73. 681-82.85-56. 86-39. 42-7. 29-82. 85Kf000000000四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力J、JK计算，根据表得：N= -1139. 63KN，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：lx=1355mm,本屋 架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度loy为支撑点间的距离，即：l y

9、=3l ox =4065mm。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不 等肢角钢，且短肢相并，如图四所示：图四 上弦杆腹杆最大内力N=-574.7KN，查表可知，中间节点板厚度取12mm,支座节点板 厚度取14mm。设=60，根据规范由双边角钢组成的 T行和十字形截面均 属于b类，查Q235钢轴心受力稳定系数表，=0.807,3则需要截面积：A N 1139.63 106568.3mm2f 0.807 215需要回转半径ix匕135.5cm2.26cm，iy竺 4芟 6.78cm60 60根据A、ix、iy查角钢规格表，初选用2L180X 110X12，肢背间距a=12mm， 该截

10、面特性如下：2A =67.42cm ， ix=3. 10cm ， iy=8. 75cm。b1/t 180/12 15按所选角钢进行验算:lox 135.5ix3.1043.71 v =1500.56 4065/18012.65 b/t 180/1215 0.56loy/b1yz3.7*1l 2t2 oy l52.7b/)3.7 型(11240652 122)52.7 1804)57. 89v150截面在x和y平面皆属b类，由于 系数表得y = 0. 819,则有：N 1139630 yA 0.819 6740 所需截面合适。yzx，只需求出206.45 v 215 N . mm2y，查轴心受压

11、杆稳定de内力最大2、下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，根据表得杆N=1100. 50KN。计算长度又有:lox =2700mm, loy=2670C/2=13350mm。需要截面面积 A 11005005118.60mm251.19cm2，选用f 2152L 160 100 12,采用短肢相并，如图五所示：图五 下弦杆 2 2该截面特性如下：A= 6011 mm 5118 60mm， ix=28. 2mm，iy=78. 2mm长细比计算：l oxx300106.38350ix2.82l oy1335 小 c170.72350yIy7.82N1100500A6011a 215M

12、Pa满足要求。3、端斜杆aB:已知杆件轴力N = -574. 70kN , lx ly = 2390mm。因为lx ly，故采用不等肢 角钢，长肢相并，使ixiy，选用角钢2 L 125 80 10，如图六所示：图六 端斜杆则其截面特性如下：A = 3942 mm2ix = 39. 8mm, iy =33. 9mm对该截面验算如下:又因为：b2/t所以：取yz因为:yz丨oxx ix80/10 8 0.48 2390/80 14.34441.09b2y 1 亍loyt，只需求 y ,574.70 100.692 3942239060.05 , y39.8yl oyiy2390 70.5033.

13、91.09 90470.5012223901079.33150查轴心受压杆稳定系数表得yz =0. 692,于是有:NyA所需截面合适。4、腹杆 eg-gK:此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：NgK 140.84kN , Neg 100.52kN ;最大压力：NgK 34.41kN , Neg 37.96kN ;再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节间中心间距:l ox =2027mm2 2210.68N/ mm f 215 N/ mm在桁架平面外的计算长度：N34 41loy l1(0.750.252)4055 (0.75 0.25)3960mmN137.96选用2 L

14、100 10,如图七所示。2查角钢规格表得：A=3852mm对此截面验算如下：图七 腹杆eg-gKix=30. 5mm，iy =46. 0mm。又因为:所以取:因为:压应力:拉应力:lx丨0xixb/tyzyz2027 66.4630.5彗 86.0946.0oyI y100/1010 0.58loy/b 0.58 3960/10022.9744d 0.475b0.475 100y 1 厂 86.0912 r 88.70l；yt239602 102只需求yz，查表得yz =0.630，于是有：N_貞NA150，y150150yz，379600 156MPa 215MPa，满足要求。 0.630

15、 3852140840385236.56MPa 215MPa，满足要求。5.竖杆Ie: 该杆件 N = -82.85KN ,由于杆件内力较小，lx按1 oxl0x 0.8l = 0. 8 =150 选择,224114.9mm，1502801= 2241mm， loy l 需要的回转半径为：l oy2801mmly280118.67mm150查型钢表，选用2L 63X 8,如图八所示:其截面特性为：iy=31. 0mm对此截面验算如下：lox 2241xix19.4图八 中竖杆2A=1902mm ， ix =19.0mm115.2150，yf 签 92.1150名 称杆 件 编 号内力 （KN）

16、计算长度（cm）截面规格截面面积（cm2）容许长 细比计算应 力N/mm 2l 0xl0y上 弦IJ JK-1139.63135. 50406. 502L180 X 110X 1267.42150. 00206. 45下 弦de1100. 50270. 001335. 002L160X 100X 1260. 10350. 00183. 08因为: b/t =63 /8=7. 8750. 58loy/b=0. 582801/63=25. 787所以：4 ,0.475b yz y 1- 2 t2I oyt因 为x yz只 需求x，查表得 x =0.463,于是有：N 82850 94.1MPa 2

17、15MPa xA 0.463 1902其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表二：Aa-27. 62191. 50191.502L63 x 819.02150. 0094. 10aB-574. 70239. 00239. 002L125 x 80X 1039.42150. 00210. 68Bb455. 48239. 00298. 752L100X 1038.52350. 00118. 25Cb-55. 23212. 70265. 882L63 X 819.02150. 0059. 63bD:-385. 31261. 50326. 88P 2L100X 1038.52150. 00153

18、. 89Dc287. 36261. 50326. 882L100X 1038.52350. 0074. 60Ec-55. 23235. 20294. 002L63 X 819.02150. 0069. 64cF:-225. 47280. 90351. 132L100X 1038.52150. 0096. 431Fd152.28280. 90351. 132L63 X 819.02350. 0080. 06Gd-55. 23257. 60322. 002L63 X 819.02150. 0079. 99dH-104.83300. 80376. 002L63X819.02150. 00196.14

19、He54. 68-18. 59300. 80376. 002L63 X 819.02150. 00102. 31le:-82. 85280. 10350. 132L63X819.02150. 00137. 41：eg100. 52-37. 96202. 70253. 382L100X 1038.52150. 0033. 80gk140. 84 -34.41202. 70253. 382L100X 1038.52150. 0047. 36Kf0.00302. 50302. 502L63 X 819.02200. 000. 00gIr 37.01186. 60233. 252L63X819.023

20、50. 0019.46：Jg-55. 23140. 00175. 002L63 X 819.02150. 0039. 89条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值腹 杆w f160 N/mm 2。、节占八、设计用E43焊1、下弦节点“ b”:设“ Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf 8mm和6mm，各杆件内力由表1查得，则所需的焊缝长度为:肢背：lw肢尖：lwKiN2 0.7hf1f1w2hf30.7 455.48 102 0.7 8 1602 8 193.92mm，取 lw = 210mm；113.67mm，取 lw = 130mm；K1N2hf0.7385.31102 8w2 0.7hnff20

21、.7 8160K2N2hf0.3385.311032 62 0.7hf2ffw20.7 6160QN2 0.7hf2ffW2hf0.3 455.48 1032 0.7 6 1602 6设“Db”杆的肢背与肢尖焊缝分别为 8mm和6mm，肢背：lw肢尖：lw则所需的焊缝长度为：166.51mm，取 lw = 180mm；98.01mm，取 lw = 110mm；竖杆“ Cb”，因其内力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定，取焊脚尺寸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，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为390mm x 500mm。下弦杆与节点板连接的焊缝长

22、度为 500mm， hf6mm。焊缝所受的力在左右两下弦杆的内力差厶N =748. 57-306. 59=441. 98KN，受力较大的肢背处的焊缝应力 为：2 299.57N/mm160mmKi N0.7 441.98 1032 0.7hflw 2 0.7 5500 2 6焊缝强度满足要求。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，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图九所示图九 节点板b尺寸2、上弦节点“ B ”：斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b中Bb杆计算相同。斜杆aB与节点板连接焊缝计算。设“ aB”杆肢背与与肢尖的焊缝分别为10m

23、m和8mm。又N=574. 70KN，则所需焊缝长度为：肢背：IwK1N2 0.7hf1 ffw2hf30.65 574.70 1032 0.7 10 160210186.77mm，取lw =200mm；肢尖：lwK2N2 0.7hf2ffw2hf0.35 574.70 1032 0.7 8 16028128.25mm ，取lw =140mm；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 8mm264. 37 X 2=528. 74。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 hf 10mm，节点板长度为600mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw (600/2 10 20)270mm，则焊缝应力为：0.15 11396302 0.7 10 27045.22MPa6 0.15 1139630 8022 0.7 10 27080.40MPa 160MPaM f故满足要求.(80.4)245.22279.92MPa 160MPa.1.22节点板尺寸如图一所示:图一 节点板K尺寸4、端部支座节点“ a “：如图十二所示：图十二 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的距离一般不小于下弦伸出 肢的宽度，故可取为160m m。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