某梯形钢屋架设计

1、淮 阴 工 学 院课程设计计算说明书课程名称： 钢结构设计原理 设计题目： 某梯形钢屋架设计 专业层次： 土木工程（本科）班 级： 土木 10x 姓 名： 学 号： 指导老师： 孙文彬、胡志军 2 0 0 7年 1 2 月开 始 设 计1、设计资料1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上45柱截面400×400，混凝土强度等级为c30。3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。（屋面板不考虑作为支撑用）。4）该车间所属地区为北京市5）采用梯形钢屋架考虑静载：预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）、二毡三油加

2、绿豆沙、找平层2cm厚、 支撑重量考虑活载：活载（雪荷载）积灰荷载6）钢材选用q345钢，焊条为e50型。2、屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=（30401990）/10500=1/10；屋架计算跨度l02400030023700mm；端部高度取h=1990mm，中部高度取h=3190mm（约1/7。4）。屋架几何尺寸如图1所示：图1：24米跨屋架几何尺寸 3、支撑布置由于房屋长度有90米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三

3、道为柔性系杆。（如图2所示）4、屋架节点荷载屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算：荷载计算表荷载名称标准值(kn/m2)预应力钢筋混泥土屋面板1.4二毡三油加绿豆沙0.4找平层cm厚0.4屋架及支撑重量0.12+0.011×24=0.384永久荷载总和2.58屋面活载（大于雪荷载）0.7可变荷载总和0.7计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况1) 满载（全跨静荷载加全跨活荷载）节点荷载 由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载g1.2，屋面活荷载q11.4，屋面集灰荷载q21.4，20.9，则节点荷载设计值为f（1.2×2.584+1.4×0.70+1.4&#

4、215;0.9×0.80）×1.5×645.7992kn 由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载g1.35，屋面活荷载q11.4、 10.7，屋面集灰荷载q21.4，20.9，则节点荷载设计值为f（1.35×2.584+1.4×0.7×0.70+1.4×0.9×0.80）×1.5×6046.593 kn2) 全跨静荷载和（左）半跨活荷 由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载g1.2，屋面活荷载q11.4，屋面集灰荷载q21.4，20.9 全垮节点永久荷载f1=（1.2×2.584）

5、×1.5×627.9072kn半垮节点可变荷载f2（1.4×0.70+1.4×0.9×0.80）×1.5×617.892kn 由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载g1.35，屋面活荷载q11.4、 10.7，屋面集灰荷载q21.4，20.9全垮节点永久荷载f1=（1.35×2.55）×1.5×631.347 kn半垮节点可变荷载f2（1.4×0.7×0.70+1.4×0.9×0.80）×1.5×631.347kn故应取p46.23k

6、n3) 全跨屋架和支撑自重、（左）半跨屋面板荷载、（左）半跨活荷载+集灰荷载 由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载g1.2，屋面活荷载q11.4，屋面集灰荷载q21.4，20.9全跨屋架和支撑自重f3=1.2×0.384×1.5×64.4172kn半跨屋面板自重及半跨活荷载f4（1.2×1.4+0.7×1.4）×1.5×623.94kn 由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载g1.35，屋面活荷载q11.4、 10.7，屋面集灰荷载q21.4，20.9 全跨屋架和支撑自重f31.35×0.384×1

7、.5×64.617kn半跨屋面板自重及半跨活荷载f4（1.35×1.4+1.4×0.7×0.7）×1.5×623.184kn5屋架杆件内力计算见附表16选择杆件截面按腹杆最大内力n=-413.28kn,查表7.6，选中间节点板厚度为8mm，支座节点板厚度10mm。1） 上弦杆整个上弦杆采用等截面，按最大内力n=-711.01kn计算在屋架平面内：为节间轴线长度，即 l=l。=150.8cm, l=301.6cm 0.659an/f711010/(0.659×310×100)=34.803cm假定70i=l/150.

8、8/702.54cm il/301.6/705.08cm由附表9选2 125×80×10，短肢相并，如下图所示，a2×19.7139.42 cm 、i=2.26cm、i=6.04cm截面验算：l/ i150.8/2.26=66.7<150(满足) l/ i=301.6/6.04=49.9<150(满足)双角钢t形截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比b/t=12.5/1.0=12.5>0.56 l/ b=0.56×301.6/12.5=13.51,则：3.7 *b/t（1+ l/52.7 b1）=3.7×14（1+301.

9、6×0.8/52.7×12.5）=54.1故由66.7查附表1.2得0.686由n/a=711.01×1000/(0.686×39.42×100)262.93n/ <f(满足)故上弦杆采用2 125×80×10截面形式2） 下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力n=706.82kn计算l300cm l=2370/2=1185cm,a=n/f=706.82×1000/(310×100)=22.80 cm由附表9选2 125×80×7短肢相并a2×14.128.2 cm，i

10、 2.3cm ，i5.97cm=706.82×103/(28.2×102)= 250.65n/ < f(满足)l/ i300/2.3=130.43<350(满足)l/ i=1185/5.97=198.49<350(满足)故下弦杆采用2 125×80×7短肢相并3）腹杆、ab杆n413.28kn，l= ll=253.5cm选用2 110×70×8长肢相并查附表9得：a2×13.94=27.88 cm, i 3.51cm ，i2.85cml/ i253.5/3.51=72.2<150(满足)l/ i=25

11、3.5/2.85=88.9<150(满足)因为b/t=7/0.8=8.75<0.48 l/ b=0.48*253.5/7=17.38按式1（1.09 b）/（l） 88.9×11.09×7/(253.5×0.8) =94>,由查附表1.2得0.472则413.28×1000/(0.472*27.88*100)= 314.058n/ < f(满足)故ab杆采用2 110×70×8长肢相并、bc杆n320.56kn, l=0.8l0.8*260.8=208.6cm, l=l=260.8cm选用2 75×8

12、a2×11.523 cm，i 2.28cm ，i3.42cml/ i208.6/2.28=91.51<350(满足)l/ i=260.8/3.42=76.26<350(满足)=320.56×1000/(23×100)= 139.37 n/ <f(满足)、cd杆n253.47kn,l=0.8l0.8×285.9=228.72cm, l=l=285.9cm选用2 75×8a2×11.523 cm，i 2.28cm ，i3.42cml/ i228.72/2.28=100.32<150(满足)l/ i=285.9/3.

13、42=83.60<150(满足)因为b/t=75/8=9.375<0.58 l/b=0.58×285.9/7.5=22.11,则=（1+0.475b/ l）=83.6×(1+0.475×7.5/285.9×0.8)=86由于> ,则由查附表1.2得=0.430=253.47×1000/(0.411*23×100)= 268.14 n/ <f(满足)、de杆n172.39kn, l=0.8l0.8*285.9=228.72cm, l=l=285.9cm选用2 56*5a2×5.4210.84 cm，i

14、1.72cm ，i2.62cml/ i228.7/1.72=132.98<350(满足)l/ i=285.9/2.62=109.12<350(满足)=172.39×1000/(10.84×100)=159.03 n/ <f(满足)、ef杆 -114.62 n 按压杆进行计算： 5.1l=0.8l0.8×312.9=250.3cm, l=l=312.9cm选用2 75×8a2×11.523 cm，i 2.28cm ，i3.42cml/ i250.3/2.28=109.79<150(满足)l/ i=312.9/3.42=91

15、.49<150(满足)因为b/t=75/8=9.375<0.58 l/b=0.58×285.9/7.5=22.11,则=（1+0.475b/ l）=91.49×(1+0.475×7.5/312.9×0.8)= 93.68由于> ,则由查附表1.2得=0.375=114.62×103/(0.375×23×102)=132.89 n/ <f(满足)=5.1×103/(23×102)=2.22 n/ <f(满足)、fg杆 + 58.58kn 按压杆进行计算： n l=0.8l0.8

16、×311.9=249.5cm, l=l=311.9cm-5.31kn 选用2 56×5a2×5.4210.84 cm，i 1.72cm ，i2.62cml/ i249.5/1.72=145.1<150(满足)l/ i=311.9/2.62=119.05<150(满足)因为b/t=5.6/0.5=11.2<0.58 l/b=0.58×311.9/5.6=32.3,则=（1+0.475b/ l）=119.05×(1+0.475×5.6/311.9×0.5)=121.34由于由于> ,则由查附表1.2得=0

17、.235=58.58×1000/(10.84×100)=54.04n/ <f(满足)=5.31×1000/(0.235*10.84×100)=20.84n/ <f(满足)、gh杆 +36.03kn 按压杆进行计算： n l=0.8l0.8×339.6=271.7cm, l=l=339.6cm-35.38kn 选用2 63×5a2×6.1412.28 cm，i 1.94cm ，i2.89cml/ i271.7/1.94=140.1<150(满足)l/ i=339.6/2.89=117.51<150(满足

18、)因为b/t=6.3/0.5=12.6<0.58 l/b=0.58×339.6/6.3=31.26,则=（1+0.475b/ l）=117.51×(1+0.475×6.3/339.6×0.5)=120.56由于由于> ,则由查附表1.2得=0.250=36.03×1000/(12.28×100)=29.34 n/ <f(满足)=35.38×1000/(0.25×12.28×100)=115.24n/ <f(满足)由于n上的力都不大，选用的2 63×5可以满足力的要求、hi

19、杆 -71.51kn 按压杆进行计算： n l=0.8l0.8×337=269.6cm, l=l=337cm27.24kn 选用2 63×5a2×6.1412.28 cm，i 1.94cm ，i2.89cml/ i269.6/1.94=138.97<150(满足)l/ i=337/2.89=116.61<150(满足)因为b/t=6.3/0.5=12.6<0.58 l/b=0.58×337/6.3=31.03,则=（1+0.475b/ l）=116.61×(1+0.475×6.3/337×0.5)=119.

20、68由于由于> ,则由查附表1.2得=0.253=27.24×1000/(12.28×100)=22.18n/ <f(满足)=71.51×1000/(0.253*12.28×100)=243.04n/ <f(满足)4）竖杆、aa杆naa=-23.3kn ，l=l=l=200.5cm选用2 63×5a2×6.1412.28 cm，i 1.94cm ，i2.89cml/ i200.5/1.94=103.35<150(满足)l/ i=200.5/2.89=69.38<150(满足)因为b/t=6.3/0.5=1

21、2.6<0.58 l/b=0.58×200.5/6.3=18.46,则=（1+0.475b/ l）=69.38×(1+0.475×6.3/200.5×0.5)=74.55由于由于> ,则由查附表1.2得=0.411，则：=23.3×103/(0.411×12.28×102)=46.17n/ <f(满足)cc.ee.ggn= n= n=-46.59kn内力大小相同，选用长细比较大的竖杆gg进行设计，可保证其他竖杆的安全。则：l=0.8l0.8×289=231.2cm, l=l=289cm选用2 63

22、×5a2×6.1412.28 cm，i 1.94cm ，i2.89cml/ i231.2/1.94=119.18<150(满足)l/ i=289/2.89=100<150(满足)因为b/t=6.3/0.5=12.6<0.58 l/b=0.58×289/6.3=26.61,则=（1+0.475b/ l）=100×(1+0.475×6.3/289×0.5)=103.58由于由于> ,则由查附表1.2得=0.328，则：=46.59×103/(0.328×12.28×102)=115.6

23、7 n/ <f(满足)ii杆n136.52kn，l=0.9l=0.9×319=287.1cm选用2 63×5如图所示十字相连，查附表8得：a12.28 cm，=2.45=287.1/2.45=117.2<350(满足)=136.52×103/(12.28×102)=111.17 n/ <f(满足)7、节点设计在确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度：角钢肢尖所需焊缝长度：如腹杆ab，设计杆力n-413.28 kn，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf18

24、mm，hf26mm。因ab杆系不等边，角钢与长肢相连，故k10.65，k20.35。则：l1(0.65×413.28×103)/(2×0.7×8×200)=119.9mm 取l1130mml2(0.35×413.28×103)/(2×0.7×6×200)=86.09,取l2100mm其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf16mm，hf25mm，l1l28hf+1060 mm腹杆焊缝尺寸：杆件 名称设计内力（kn）肢背焊缝肢尖焊缝

25、l1（mm）ht（mm）l2（mm）ht（mm）ab-413.281308100 6bc320.56120 8706cd-253.4790860 6de172.39906605表中1l、12为取整后数值、下弦节点“c” （见附图）先计算腹板与节点板的连接焊缝：b-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm，hf2=6mm，则所需焊缝长度：肢背：lw1=0.7×320560/(2×0.7×8×200)=100.175mm 用120mm肢尖：lw2=0.3×320560/(2×0.7×6×200)=57.243mm 用

26、100mm腹杆d-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取：hf1=8mm, lw1取90mm hf2=6mm, lw2取60mmc-c杆因内力很小，焊缝尺寸可按构造确定为5mm。其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差n=537.22-220.38=316.84kn。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为305cm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为8mm，则计算长度lw=305-16=289cm。肢背焊缝应力为：附图 下弦“c”节点、上弦“b”节点（见附图）同样先计算腹杆b-a、b-c的杆端焊缝，方法同上。“bc”杆的与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“ba”杆的肢背和肢尖焊缝和肢背：，取肢尖：，

27、取上弦肢背的槽焊缝内的应力由下面计算得到：上弦与节点板间焊缝长度为都满足要求。附图 上弦“b”节点、屋脊节点（见附图）上弦与节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅受屋面板传来的集中荷载，一般可不作验算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力n的15%进行计算，即其产生的偏心弯矩为。节点板尺寸如下图所示：设肢尖焊角尺寸，则焊缝的计算长度验算肢尖焊缝强度： （满足）拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成形。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受的内力计算。设角焊缝焊脚尺寸。则接头一侧需要的焊缝计算长度为：拼接角钢的总长度为： 取拼接角钢竖肢需切去的高度为：取，即竖肢余留高度为。、支座节点（见附图）根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用。为便于施焊，取底板上表面至下弦轴线的距离为。且在支座中线处设加劲肋，高度与节点板相同也为。底板计算支座反力根据构造需要，取底板尺寸为。锚栓采用，并用图示u形缺口。柱采用的c30混凝土。作用于底板的压应力为：（满足）底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支承板，故应计算底板单位宽度上的最大弯矩：查表得需要的底板厚度：取加劲肋计算设，取焊缝