梯形钢屋架设计钢结构课程设计

1、梯形钢屋架课程设计钢结构课程设计课 题：梯形钢屋架设计专业班级：学 号：指导老师：学生姓名：2010.07.1137目 录第一篇 设计资料1第二篇 设计计算3一、屋架支撑系统的设置3二、荷载与内力计算42.1 荷载计算52.2 荷载组合52.3 内力计算6三、杆件截面计算113.1 节点板厚选择113.2 上弦杆123.3 下弦杆（轴心受拉构件）133.4 腹杆（轴心受力构件）143.5 杆件截面选择列表16四、节点设计174.1 下弦节点c174.2 上弦节点f204.3 屋脊节点i214.4 跨中下弦拼接点i224.5 支座节点a23附录：电算结果27第一篇 设计资料一、设计题目：焊接梯形

2、钢屋架设计二、设计规范: 钢结构设计规范(gb50017-2003)三、目的：通过课程设计掌握屋盖系统结构布置方法。运用有关力学和本课程所学的知识，对钢屋架进行内力分析、杆件截面设计和节点设计。培养学生解决实际问题的能力。四、设计资料1. 某单层单跨工业厂房，跨度l=24 m，长度102 m。2. 厂房柱距6 m，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级c20，上柱截面尺寸400400mm，钢屋架支承在柱顶。3. 吊车一台50 t，一台20 t，中级工作制桥式吊车（软钩），吊车平台标高12.000 m。4. 荷载标准值（1）永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kn/m2水泥砂浆找平层 0.3k

3、n/m2保温层 0.6kn/m2一毡二油隔气层 0.05kn/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 kn/m2屋架（包括支撑）自重 0.12+0.011l=0.384kn/m2 （2）可变荷载屋面活荷载标准值 0.7 kn/m2雪荷载标准值 0.35 kn/m2积灰荷载标准值 0.3 kn/m25. 屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1（屋面坡度为1:10）图1 梯形屋架示意图（单位：mm）6. 钢材选用q235钢，角钢，钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和c级螺栓可供选用。7. 钢屋架的制造、运输荷安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16 m，运输高度3.85 m，工地有足

4、够的起重安装设备。第二篇 设计计算一、屋盖支撑系统的设置屋架支撑的种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。在本设计中，屋架支撑系统设计如下：1、 在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支 撑。另因房屋跨度较大，两端横向支撑间距大于60m，为增加屋盖的刚性，在长度方向正中间的柱间再加设一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支 撑。2、 厂房内有吊车，高度较高，为满足对房屋整体刚度的要求设置纵向支撑，设置在屋架下弦平面。3、 在屋架跨中和两端各布置一道垂直支撑。垂直支撑的形式根据高度与柱距的比值确定。4、 在屋架上弦平面，屋架跨中和两端各布置一道通长的刚性系杆，其他结 点设通长

5、的柔性系杆；下弦平面，仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。具体支撑布置如图2所示：17×6=102(a)上弦平面横向支撑1211324(b)下弦平面纵横向支撑111435(c)屋脊处垂直支撑(d)柱顶处屋架垂直支撑124412531垂直支撑；2刚性系杆；3柔性系杆；4屋架；5柱顶连续梁图2 梯形屋架支撑布置二、荷载与内力计算首先定出屋架所有杆件的尺寸，画出屋架左半跨示意图，标明尺寸，如图3。图3 屋架杆件长度（单位：mm）2.1 荷载计算 恒载设计值=恒载标准值x 1.2 活在设计值=活载标准值x 1.4 荷载设计值计算表（单位：kn/ m2） 序号标准值设计值备注1三毡四油防水层 （

6、上铺绿豆沙） 0.40.482水泥砂浆找平层 0.30.363保温层 0.60.724一毡二油隔气层 0.050.065预应力混凝土大型屋面板 1.41.686屋架（包括支撑）自重0.3840.4608永久荷载总计3.1343.76087屋面活荷载0.70.98取7、8中较大的数值8雪荷载0.350.499积灰荷载0.30.42可变荷载总计1.01.42.2 荷载组合荷载组合应考虑使用阶段和施工阶段两种情况：使用阶段a、全跨永久荷载+全跨可变荷载 b、全跨永久荷载+半跨可变荷载施工阶段全跨屋架自重+半跨屋面板+半跨可变荷载组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载图4 组合一屋架受力图节点荷载设计值

7、p=（3.7608+1.4）×1.5×6=46.4472 kn组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载图5 组合二屋架受力图节点荷载设计值 p1=46.4472 knp2=3.7608×1.5×6=33.8472 kn 组合三：全跨屋盖+半跨屋面板+半跨可变活荷载节点荷载设计值 p1=（0.4608+1.68+1.4）×1.5×6=31.8672 knp2=0.4608×1.5×6=4.1472 kn2.3 内力计算 各种荷载组合下，屋架杆件内力计算采用电算（pf程序）。以全跨上每个节点作用单位1的力为例来具体说明：1、

8、杆件及节点编号图6 杆件及节点编号2、输入数据标题title*2010.7.8 *唐斯 屋架结构的内力计算 *土木0708 *弹性模型及控制数据enmnjnsnlc2.06e8492631杆件数据 m. ist ien a i11411.00e-0924711.00e-09371011.00e-094101311.00e-095131611.00e-096161911.00e-097192211.00e-098222511.00e-0991211.00e-09101311.00e-09113411.00e-09124511.00e-09134611.00e-09146711.00e-09157

9、811.00e-09167911.00e-091791011.00e-0918101111.00e-0919101211.00e-0920121311.00e-0921131411.00e-0922131511.00e-0923151611.00e-0924161711.00e-0925161811.00e-0926181911.00e-0927192011.00e-0928192111.00e-0929212211.00e-0930222311.00e-0931222411.00e-0932242511.00e-0933252611.00e-09342311.00e-09353511.00e

10、-09365611.00e-09376811.00e-09388911.00e-093991111.00e-0940111211.00e-0941121411.00e-0942141511.00e-0943151711.00e-0944171811.00e-094518 2011.00e-0946202111.00e-0947212311.00e-0948232411.00e-09 49242611.00e-09结点坐标 jointxyjointxy1001411.853.085201.91513.352.93531.352.0351614.85042.8501714.852.78552.85

11、2.1851816.352.63564.352.3351917.85075.8502017.852.48585.852.4852119.352.33597.352.6352220.850108.8502220.852.185118.852.7852422.352.0351210.352.9352523.701311.8502623.71.9支撑条件isvs1101202520节点荷载iljfxfypfmiljfxfypfm200.50150103010170105010180106010200108010210109010230101101024010120102600.5014010非节点荷

12、载3、输出数据标题：全跨内力the terminal forces-member n(st) q(st) m(st) n(en) q(en) m(en) - 1 -4.975 .000 .000 4.975 .000 .000 2 -12.045 .000 .000 12.045 .000 .000 3 -15.228 .000 .000 15.228 .000 .000 4 -15.716 .000 .000 15.716 .000 .000 5 -15.716 .000 .000 15.716 .000 .000 6 -15.228 .000 .000 15.228 .000 .000 7

13、 -12.045 .000 .000 12.045 .000 .000 8 -4.975 .000 .000 4.975 .000 .000 9 .500 .000 .000 -.500 .000 .000 10 9.000 .000 .000 -9.000 .000 .000 11 -6.945 .000 .000 6.945 .000 .000 12 1.000 .000 .000 -1.000 .000 .000 13 5.456 .000 .000 -5.456 .000 .000 14 -3.680 .000 .000 3.680 .000 .000 15 1.000 .000 .0

14、00 -1.000 .000 .000 16 2.412 .000 .000 -2.412 .000 .000 17 -1.064 .000 .000 1.064 .000 .000 18 1.000 .000 .000 -1.000 .000 .000 19 -.085 .000 .000 .085 .000 .000 20 1.145 .000 .000 -1.145 .000 .000 21 -2.039 .000 .000 2.039 .000 .000 22 1.145 .000 .000 -1.145 .000 .000 23 -.085 .000 .000 .085 .000 .

15、000 24 1.000 .000 .000 -1.000 .000 .000 25 -1.064 .000 .000 1.064 .000 .000 26 2.412 .000 .000 -2.412 .000 .000 27 1.000 .000 .000 -1.000 .000 .000 28 -3.680 .000 .000 3.680 .000 .000 29 5.456 .000 .000 -5.456 .000 .000 30 1.000 .000 .000 -1.000 .000 .000 31 -6.945 .000 .000 6.945 .000 .000 32 9.000

16、 .000 .000 -9.000 .000 .000 33 .500 .000 .000 -.500 .000 .000 34 .000 .000 .000 .000 .000 .000 35 9.141 .000 .000 -9.141 .000 .000 36 9.141 .000 .000 -9.141 .000 .000 37 14.104 .000 .000 -14.104 .000 .000 38 14.104 .000 .000 -14.104 .000 .000 39 15.833 .000 .000 -15.833 .000 .000 40 15.833 .000 .000

17、 -15.833 .000 .000 41 15.270 .000 .000 -15.270 .000 .000 42 15.270 .000 .000 -15.270 .000 .000 43 15.833 .000 .000 -15.833 .000 .000 44 15.833 .000 .000 -15.833 .000 .000 45 14.104 .000 .000 -14.104 .000 .000 46 14.104 .000 .000 -14.104 .000 .000 47 9.141 .000 .000 -9.141 .000 .000 48 9.141 .000 .00

18、0 -9.141 .000 .000 49 .000 .000 .000 .000 .000 .000-用同样的方法可以得到左半跨及右半跨上弦各节点作用单位1力时各杆的内力。将屋架节点编号，如下图所示。图7 节点编号图示根据电算所得各荷载组合下杆件内力系数，即可求得其对应控制内力，结果见下表：屋架杆件内力组合表（单位：kn）杆件名称内力系数（p=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算内力全跨左半跨右半跨p=46.4472knp1=46.4472knp1=31.8672knp2=33.8472knp2=4.1472knp×p1×p2×p1×p2×

19、p1×p2×p1×p2×knknknknknkn上弦杆ab00000.000 0.000 0.000 0.000 0bc-9.141-6.549-2.593-424.574-391.949 -342.103 -219.452 -109.792 -424.574cd-9.141-6.549-2.593-424.574-391.949 -342.103 -219.452 -109.792 -424.574de-14.104-9.425-4.679-655.091-596.136 -536.336 -319.753 -188.194 -655.091ef-14

20、.104-9.425-4.679-655.091-596.136 -536.336 -319.753 -188.194 -655.091fg-15.833-9.516-6.316-735.399-655.770 -615.450 -329.442 -240.738 -735.399gh-15.833-9.516-6.316-735.399-655.770 -615.450 -329.442 -240.738 -735.399hi-15.270-7.635-7.635-709.249-613.048 -613.048 -274.970 -274.970 -709.249下弦杆ac4.9753.6

21、631.312231.075214.544 184.921 122.171 57.001 231.075ce12.0458.3603.685559.456513.026 454.121 281.692 152.101 559.456eg15.2289.7115.517707.298637.784 584.939 332.342 216.085 707.298gi15.7168.7416.975729.964642.079 619.828 307.478 258.524 729.964斜腹杆ab-9.000-6.627-2.373-418.025-388.125 -334.525 -221.02

22、5 -103.104 -418.025bc6.9454.8082.137322.576295.650 261.995 162.080 88.040 322.576cd-5.456-3.412-2.044-253.416-227.662 -210.425 -117.208 -79.287 -253.416de3.6801.8831.797170.926148.283 147.200 67.458 65.075 170.926ef-2.412-0.672-1.740-112.031-90.107 -103.563 -28.631 -58.236 -112.031fg1.064-0.4891.553

23、49.42029.852 55.581 -9.142 47.462 55.581gh0.0851.6-1.5153.94823.037 -16.212 44.705 -41.643 44.705hi-1.145-2.5131.368-53.182-70.419 -21.518 -74.409 33.172 -74.409竖腹杆aa-0.5-0.50-23.224-23.224 -16.924 -15.934 -2.074 -23.224cc-1-10-46.447-46.447 -33.847 -31.867 -4.147 -46.447ee-1-10-46.447-46.447 -33.84

24、7 -31.867 -4.147 -46.447gg-1-10-46.447-46.447 -33.847 -31.867 -4.147 -46.447ii2.0391.0191.01994.70681.820 81.820 36.699 36.699 94.706三、杆件截面选择 3.1 节点板厚选择 支座斜杆最大内力设计值n=-418.025kn，经查表：选取中间节点板厚t=10mm，支座结点板厚t=12mm。 3.2 上弦杆整个上弦杆采用同一截面，免去不同截面杆件间的拼接。截面按受力最大的部位f-g-h节间选用，最大内力为：由屋面坡度1：10得屋面倾角：计算长度： 屋架平面内取节间轴线长

25、度 屋架平面外（侧向无支撑），考虑到大型屋面能起到一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度 设，查附表1.20得，则需要截面特性为： 因为f-g-h节间不是端部，故节点板厚度为10mm,由此查附表2.1得：选用2125×10等边角钢（如图7）图7 上弦杆fg截面(单位：mm) 截面特性为： 则： 由cm查附表1.20得，故 3.3 下弦杆（轴心受拉构件）整榀屋架下弦杆采用等截面。截面按受力最大的部位g-i节间选用，最大内力为：n=729.964 kn计算长度：，（因下弦有纵向支撑和系杆）截面选择：根据所需截面特性，查附表2.1选用2100×80×10不等边角钢

26、，且短肢相连。截面特性为:截面验算： 故下弦杆满足要求。 3.4 腹杆（轴心受力构件）(1) 端斜杆ab计算内力：n=-418.025kn计算长度：截面选择：选取等边角钢2100×8（端部节点板厚度为12mm）截面特性：截面验算：查附表1.20得：，故端斜杆ab符合要求。(2) 斜腹杆bc计算内力：n=322.576kn计算长度： 截面选择：需要截面积选取280×5，截面特性：截面验算： (3) 斜腹杆cd计算内力：n=-253.416kn计算长度： 截面选择：选取275×8，截面特性：截面验算： 由查附表1.20得：，(4) 竖腹杆ii计算内力：n=94.706

27、kn计算长度： 截面选择：需要截面积选取245×3截面特性：截面验算： 3.5 杆件截面选择列表上弦杆和下弦杆采用等截面通长杆，腹杆截面形式有多种截面形式。各杆件截面选择汇总如下表：屋架各杆件截面选择表杆件计算内力(kn)截面规格截面面积(cm2)计算长度(cm)回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数应力名称编号l0xl0yixiyxyn/mm2上弦杆fg-gh-735.399125×1048.746150.7301.53.855.5239.254.61500.833181.1下弦杆gi729.964100×80×1034.3343003002.354

28、.78127.6662.76350212.6腹杆aa-23.22445×35.3181901901.402.30135.782.61500.362120.6ab-418.025100×831.276244.2244.23.084.5679.353.61500.692193.1bc322.57680×515.824202.25252.82.483.6381.569.6350203.9cc-46.44745×46.972174.8218.51.382.24126.797.51500.403165.3cd-253.41675×823.01222.02

29、77.52.283.5097.3779.291500.572192.4de170.92645×58.584222.0277.51.372.26162.0122.8350199.1ee-46.44745×46.972198.8248.51.382.24144.1110.91500.329121.8ef-112.03175×617.594242.56303.22.313.4610587.631500.523121.8fg55.58145×46.972242.56303.21.382.24175.77135.3635079.7gg-46.44756×

30、48.78222.80278.51.732.67128.79104.311500.393134.6gh44.70545×46.972263.68329.61.382.24191.07147.1435064.1hi-74.40975×617.594263.68329.62.313.46114.1595.261500.46990.2ii94.70645×35.318246.8308.51.402.22176.3139.0350178.1四、节点设计 选取下弦端节点及其下弦相邻节点、跨中上弦与下弦节点、上弦典型受力位置节点（屋脊节点）5个节点(a、c、f、i、i)作为主

31、要节点进行设计，其余节点类同。其5个节点位置见下图：4.1 下弦节点c213.075kn559.456kn322.576kn-253.416kn-46.447kn66662l80×52l45×42l75×82l100×80×10先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。(1) bc 杆焊缝计算n=322.576kn，角焊缝强度设计值，查表4.3，等边角钢内力分配系数：背面=0.70，趾部=0.30。规范规定正面和侧面角焊缝计算长度不应小于8和40mm，侧面角焊缝也不应大于60。设焊缝 ，则焊缝所需长度

32、：角钢背：计算长度： 可实际长度：168+6×2=180，取角钢趾：计算长度： 可实际长度：72+6×2=84，取(2) cc 杆焊缝计算n=-46.447kn， 角焊缝强度设计值，设焊缝，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：48+6×2=60，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：48+6×2=60，取(3) cd 杆焊缝计算n=-253.416kn， 角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度： 可实际长度：132+6×2=144，取角钢趾：计算长度： 可实际长度：57+6&

33、#215;2=69，取 (4) 下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻内力之差： n=559.456-231.075=328.381kn 查表4.3，不等边角钢内力分配系数：背面=0.75，趾部=0.25。根据节点放样，得节点板尺寸为400×300mm。肢背焊缝验算，设，4.2 上弦节点f(1) fe杆焊缝计算n=-112.031kn， 角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度： 可实际长度：58.35+6×2=70.35，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：48+6×2=60，取(2) fg 杆焊缝计算n=55.58

34、1， 角焊缝强度设计值，设焊缝 ，则焊缝所需长度：角钢背：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：48+6×2=60，取角钢趾：计算长度： 据构造要求取为48mm实际长度：48+6×2=60，取(3) 上弦杆焊缝验算上弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻内力之差：n=735.399-655.091=80.308kn根据节点放样，得节点板尺寸为260×230mm。考虑搁置屋面板的需要，节点板缩进上弦肢背10mm，用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算，取。考虑到槽焊缝的质量部以保证，肢背焊缝验算时焊缝设计强度应乘以折减系数0.8。假定集中荷载p与上弦杆垂直，忽略屋架上弦

35、坡度的影响。肢背焊缝验算：肢尖焊缝验算：4.3 屋脊节点i(1) 拼接角钢与弦杆的连接计算及拼接角钢总长度的确定拼接件采用与弦杆相同的角钢截面，同时需将拼接角钢的棱角截去并切去竖直边宽的一部分宽度：=t+hf+5mm=10+6+5=21mm 。拼接接头一侧的连接焊缝长度按上弦杆内力计算。 拼接角钢与受压弦杆的连接可按弦杆中的实际压力设计值n进行计算，每边共有4条焊缝平均承受此力，因而得焊缝长度为 由此可得拼接角钢总长度为： 取 (2) 弦杆与节点板的连接焊缝计算 由于屋脊节点的节点板宽度相对较大且焊缝连接需抵抗的力一般不大，故上弦杆与节点板之间槽焊强度足够，不需计算。 考虑焊缝必须有一必要的最

36、小承载力，需对此进行补充验算。上弦杆角钢趾部与节点板之间连接焊逢，按上弦杆内力15%计算，即 设，节点板尺寸取为400×200mm，节点一侧焊缝：焊缝应力验算： 4.4 跨中下弦拼接点i(1) 下弦杆拼接及长度计算下弦杆双角钢截面选用同样大小的角钢作为拼接件，为使拼接角钢与原来的角钢相紧贴，对拼接角钢顶部截去棱角，宽度为r，设焊缝hf=8mm，对其竖直边应割去： 拼接接头一侧的连接焊缝长度按下弦杆强度计算，每条焊缝所需长度为： 由连接焊缝的强度条件可求出拼接拼接角钢的总长度为： 取拼接角钢长度l600mm，节点板尺寸为450×350mm。(2) 下弦节点与节点板连接角焊缝节点一侧的连接焊缝按