钢结构梯形屋架课程设计算书

1、黄淮学院建筑工程学院黄淮学院建筑工程学院钢结构原理与设计钢结构原理与设计课程设计课程设计所选题号：所选题号：3131（跨度为（跨度为 21m，材料为：，材料为：Q235. 雪荷载为：雪荷载为：0.75 保温荷载为保温荷载为 0.35）系（院）：系（院）： 建筑工程学院建筑工程学院姓姓 名：名： 王东亮王东亮学学 号：号： 1137110236专专 业：业： 土木工程土木工程年年 级：级： 2011 级级完成日期：完成日期： 2013.12.15第 2 页 共 20 页目 录1 设计资料 41.1 结构形式 41.2 屋架形式及荷载 41.3 屋盖结构及荷载 42 屋架尺寸及支撑布置 52.1

2、屋架几何尺寸及内力图 5 2.2 支撑布置图 5 3 荷载计算 63.1 永久荷载 63.2 可变荷载 63.3 荷载组合 64 内力计算 75 杆件设计 75.1 上弦杆 75.2 下弦杆 85.3 端斜杆 85.4 斜腹杆 95.4.1 BC杆 95.4.2 CD 杆 95.4.3 DE 杆 95.4.4 EF 杆 105.4.5 FG 杆 105.4.6 GH 杆 11第 3 页 共 20 页5.5 竖杆 116 节点设计 126.1 下弦节点 E 126.2 下弦中央节点 G 136.3 上弦节点 E 146.4 屋脊节点 H 156.5 支座节点 A 166.5.1 底板计算 166

3、.5.2 加劲肋与节点板连接焊缝的计算 176.5.3 节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算 177 参考文献 198 致谢 199 附录 19第 4 页 共 20 页1 设计资料某厂房总长 90，跨度 21m，屋盖体系采用 1.56.0 预应力混凝土屋板1.1 结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为 C30，屋面坡度为 i=1:10；L 为屋架跨度。地区计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为 7 度,设计基本地震加速度为 0.1g，二类场地。屋架下弦标高为 18m；厂房内桥式吊车为 2 台 150/30t（中级工作制） ，锻锤为 2 台 5t。1.2 屋架形式及荷载：

4、屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0 作用下杆件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材为 Q235 钢，焊条为 E43 型。 1.3 屋盖结构及荷载：无檩体系：采用 1.56.0m 预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：屋架及支撑自重：按经验公式 q=0.12+0.011L，L 为屋架跨度，以 m 为单位，q 为屋架及支撑自重，以 KN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值值根据不同学号按附表取。施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载取 0.6 KN/m2。屋面各构造层的荷载标准值：见下表荷载类型荷载名称荷

5、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0.35一毡二油隔气层0.05水泥砂浆找平层0.3预应力混凝土屋面板1.45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0.6可变荷载雪荷载0.75第 5 页 共 20 页2 屋架尺寸及支撑布置2.1 屋架几何尺寸及内力图2.2 支撑布置图第 6 页 共 20 页3 荷载计算3.1 永久荷载各项标准值为三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.4 KN/m2水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2保温层 0.35 KN/m2一毡二油隔气层 0.05 KN/m2水泥砂浆找平层 0.3 KN/

6、m2预应力混凝土屋面板 1.45 KN/m2屋架自重 0.12+0.11x21=0.351 KN/m 2则永久荷载标准值为： 3.301 KN/m23.2 可变荷载各项标准值为屋面活荷载（或雪荷载）标准值： 0.75 KN/m2积灰荷载： 0.6 KN/m2则可变荷载标准值为： 0.75+0.6=1.35 KN/m23.3 荷载组合：设计时，考虑三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+左半跨可变荷载 （2）全跨永久荷载+右半跨可变荷载 （3）全跨永久荷载+全跨可变荷载 在本题设计时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。节点荷载设计值：

7、按照可变荷载效应控制的组合： Fd=(1.23.301+1.40.75+1.40.90.6)1.56=51.9KN其中，永久荷载，荷载分项系数；2 . 1G 屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数；4 . 11Q 组合系数；7 . 01积灰荷载，;9 . 0, 4 . 122Qr按照永久荷载效应控制的组合：Fd=(1.353.301+1.40.750.7+1.40.90.6)1.56=54 KN第 7 页 共 20 页其中，永久荷载，荷载分项系数；35. 1G 屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数； 4 . 11Q 组合系数；7 . 01积灰荷载，; 4 . 12Q9 . 02故节点荷载取 54 KN，

8、支座反力为 7x54=378 KN。4 内力计算用图解法或数乘法皆可解出在全跨荷载作用下屋架杆件的内力，屋架杆件内力表如下：屋架杆件内力表：（注：表中加粗、倾斜的为该类杆件中所受荷载最大的杆件）杆件轴线长度（mm）单位荷载内力（KN）荷载作用内力（KN）杆件轴线长度（mm）单位荷载内力（KN）荷载作用内力(KN)AB1507.500ac28504.1221.4BD3015-7.472-403.5ce30009.744526.2DF3015-11.262-608.1egeg300011.96211.962645.9645.9上弦杆FHFH3015-12.18-12.18-657.7-657.7下

9、弦杆gg300011.768635.5BcBc26135.8085.808313.6313.6Aa1990-0.5-27cD2864-4.409-238.1Cc2290-1.0-54De28642.792150.8Ee2590-1.0-54eF3124-1.572-84.9竖杆GgGg2890-1.0-1.0-54-54Fg31240.32817.7斜腹杆gH33900.71338.5端斜杆aBaB2530-7.684-7.684-414.9-414.95 杆件设计腹杆的最大内力值为 414.9KN,查课本表 7.4，得出中间节点板厚度为 10mm，支座节点板厚度为 12mm。5.1 上弦杆整

10、个上弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大的是 FH 杆，N=-657.7 KN =150.75cm =300cmoxloyl第 8 页 共 20 页选用：选用：2L140 x90 x122L140 x90 x12 ( (短肢相并短肢相并) ) A=52.8cm cm cm254. 2i x81. 6i y两角钢之间加 10mm 厚填板。=150 4.59.54.275.150ixloxx=150 , (b 类)1.4481.6300iyloyy814. 0y双角钢 T 型截面绕对称轴（y 轴）应按弯扭屈曲计算长细比, yz 121430056.06.112.114tbyo

11、yyzbtlt7 .45)147 .522 . 1300(111.67 . 3)7 .521 (b7 . 3422422故由，按 b 类查附表 4.2 得: 7 .45maxyz875. 0N/ mm 215N/ mm 满足要求5 .1684460875. 0657700AN22填板每个节间放一块（满足 l 范围内不少于两块）l=75.4cm40i=40 2.26=90.4cm。5.2 下弦杆整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大的是 eg 杆，N=645.9KN =300cm =1050cm oxloyl连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为 100mm，可不考

12、虑螺栓孔削弱。选用：2L125x80 x8 (短肢相并) A=32 cm cm cm 229. 2i x07. 6i y 35013129. 2300ixloxx35017307. 61050iyloyy 满足要求22/215/8 .2013200645900mmNmmNAN填板每个节间放一块（满足 l 范围内不少于两块）l=150cm80i=80 2.37=189.6cm。5.3 端斜杆第 9 页 共 20 页整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中设计内力最大的是 aB 杆，杆长 L=253cm ，N=-414.9KN =L=253cm =L=253 cmoxloyl选用：选用

13、：2L2L 140 x90 x10140 x90 x10 ( (长肢相并长肢相并) ) A=44.6 cm cm cm 256. 2i x66. 3i y 1508 .9856. 2253ixloxx1501 .6966. 3253iyloyy由于大于，热轧不等边角钢长肢组合将绕 x 轴失稳，故由查表 4.2 得：xyx 566. 0N/ mm 215 N/ mm 满足要求4 .1644460566. 0414900AN22填板放两块，cmicmla8 .9437. 240403 .845.4 斜腹杆5.4.1 Bc 杆整个 Bc 杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力N=313.6

14、KN =0.8261.3=209cm =261.3cm oxloyl连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为 100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：选用：2L70 x62L70 x6 A=16.32 cm cm cm 215. 2i x26. 3i y 3502 .9715. 2209ixloxx3502 .8026. 33 .261iyloyy 满足要求 mmN/ 215/2 .192163231360022mmNAN填板每个节间放两块（满足 l 范围内不少于两块）l=87.1cm80i=80 1.94=155.2cm。5.4.2 cD 杆整个 cD 杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设

15、计内力N=-238.1KN =286.40.8=229.12cm =L=286.4cmoxloyl选用：选用：2L90 x62L90 x6 A=21.28 cm cm cm 279. 2i x05. 4i y第 10 页 共 20 页 1501 .8279. 212.229ixloxx1507 .7005. 44 .286iyloyy由于大于，热轧等边角钢组合将绕 x 轴失稳，故由查表 4.2 得： xyx674. 0 N/mm 215 N/mm 满足要求1662128674. 0238100AN22填板每个节间放两块（满足 l 范围内不少于两块）l=95.4cm80i=802.47=197.

16、6cm。5.4.3 De 杆整个 De 杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力N=150.8KN =0.8286.4=229.12cm =286.4cm oxloyl连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为 100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：选用：2L50 x42L50 x4 A=7.8 cm cm cm 254. 1i x43. 2i y 3508 .14854. 112.229ixloxx3509 .11743. 24 .286iyloyy 满足要求22/215/3 .193780150800mmNmmNAN填板每个节间放两块 l=95.4cm80i=80 1.22=97.

17、6cm。5.4.4 eF 杆整个 eF 杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力N=-84.9KN =312.40.8=249.92cm =L=312.4cmoxloyl选用：选用：2L2L 63x663x6 A=14.58 cm cm cm 293. 1i x98. 2i y 1505 .12993. 192.249ixloxx1508 .10498. 24 .312iyloyy 由于大于，热轧等边角钢组合将绕 x 轴失稳，故由查表 4.2 得： xyx39. 0N/ mm 215 N/ mm 满足要求3 .149145839. 084900AN22填板每个节间放三块 l=62.48cm

18、80i=801.93=154.4cm。5.4.5 Fg 杆第 11 页 共 20 页整个 Fg 杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力N=17.7KN =0.8312.4=249.9cm =312.4cm oxloyl连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为 100mm，可不考虑螺栓孔削弱。选用：选用：2L50 x42L50 x4 A=7.8 cm cm cm 254. 1i x43. 2iy 3503 .16254. 19 .249ixloxx3506 .12843. 24 .312iyloyy 满足要求22/215/7 .2278017700mmNmmNAN填板每个节间放三块

19、l=78.1cm80i=80 1.22=97.6cm。5.4.6 gH 杆杆件 gH 为跨中央两侧的斜腹杆，由于在荷载组合时未考虑半跨荷载作用的情况，故gH 杆应按压杆控制其长细比。整个 gH 杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力 N=38.5KN =33900.8=271.2cm =L=339cmoxloyl选用：选用：2L63x62L63x6 A=14.58 cm cm cm 293. 1i x98. 2iy 1505 .14093. 12 .271ixloxx1508 .11398. 2339iyloyy由于大于，热轧等边角钢组合将绕 x 轴失稳，故由查表 4.2 得： xyx3

20、43. 0 N/ mm 215 N/ mm 满足要求771458343. 038500AN22填板每个节间放三块 l=84.75cm80i=80 1.93=154.4cm。5.5 竖杆整个竖杆不改变截面，采用热轧等边角钢，设计内力最大的是 Gg 杆N=-54KN =2890.8=231.2cm =L=289cmoxloyl选用：选用：2L2L 63x663x6 A=14.58 cm cm cm293. 1i x98. 2iy第 12 页 共 20 页 1508 .11993. 12 .231ixloxx1509798. 2289iyloyy 由于大于，热轧等边角钢组合将绕 x 轴失稳，故由查表

21、 4.2 xyx44. 0 N/ mm 215 N/ mm 满足要求2 .84145844. 054000AN22填板每个节间放两块 l=96.3cm80i=801.93=154.4cm。其余竖杆截面选择见下表屋架杆件截面选用表6 节点设计6.1 下弦节点 e先算腹杆与节点板的连接焊缝：De 杆肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均取 4mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）计算长度（m）杆件名称杆件号内力设计值N（KN）L0 xL0y所用截面截面面积（cm2）计算应力容许长细比填板数上弦杆FH-657.71.5073.002L140901252.8168.51501下弦杆eg645.93.001.052

22、L12580832201.83501端斜杆aB-414.92.532.532L140901044.6164.41502Bc313.62.092.6132L70616.32192.23502cD-238.12.2912.8642L90621.281661502De150.82.2912.8642L5047.80193.33502eF-84.92.4993.1242L63614.58149.31503Fg17.72.4993.1242L5047.8022.73503斜腹杆gH38.52.7123.392L63614.58771503Aa-271.5921.992L63614.5827.61502C

23、c-541.8322.292L63614.58631502Ee-542.0722.592L63614.5872.51502竖杆Gg-542.3122.892L63614.5884.21502第 13 页 共 20 页=mm 取 130mmlw8 .125816047 . 021508007 . 0827 . 0mmmmhefNwf=mm 取 60mmlw5 .58816047 . 021508003 . 0823 . 0mmmmhefNwf对 Ee 和 eF 杆件，取肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均为 6mm则 Ee 杆：=mm 取 50mmlw1 .401216067 . 02540007 . 0

24、1227 . 0mmmmhefNwf=mm 取 30mmlw1 .241216067 . 02540003 . 01223 . 0mmmmhefNwfeF 杆：=mm 取 60mmlw2 .561216067 . 02849007 . 01227 . 0mmmmhefNwf=mm 取 40mmlw311216067 . 02849003 . 01223 . 0mmmmhefNwf其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差645.9-526.2=119.7KN。由斜腹杆焊N缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为 45cm，角焊缝计算长度 lw=45-1.2=43.8cm，采用焊缝 4mm，则肢背焊

25、缝应力为160 N/ mm2/2.3443847.021197007.0mmNf2下弦节点下弦节点 e e 详图如下：详图如下：第 14 页 共 20 页6.2 下弦中央节点 g先算腹杆与节点板的连接焊缝：Fg 杆肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均取 4mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）=mm 取 30mmlw8 .21816047 . 02177007 . 0827 . 0mmmmhefNwf=mm 取 15mmlw9 .13816047 . 02177003 . 0823 . 0mmmmhefNwf对 Gg 和 gH 杆件，取肢背及肢尖焊缝的焊角尺寸均为 6mm则 Gg 杆：=mm 取 50m

26、mlw1 .401216067 . 02540007 . 01227 . 0mmmmhefNwf=mm 取 40mmlw361216067 . 02540003 . 01223 . 0mmmmhefNwfgH 杆：=mm 取 40mmlw1 .321216067 . 02385007 . 01227 . 0mmmmhefNwf=mm 取 22mmlw6 .201216067 . 02385003 . 01223 . 0mmmmhefNwf其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差645.9-635.5=10.4KN。由于该处受N力较小，所以不需考虑验算，取焊缝尺寸为 4mm 即可满足设计需求。下弦

27、中央节点下弦中央节点 g g 详图如下：详图如下：第 15 页 共 20 页6.3 上弦节点 E由于 Ee 杆受力较小，所以不需考虑验算，取焊缝尺寸为 6mm 即可满足设计需求。这里验算上弦与节点板连接焊缝：节点板缩进 10mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=54KN，=t/2=5mm，=400-10=390mm。fhlwlw 8 .1939057 . 02540002/mmN2/2 .19516022. 1mmNfwff肢尖焊缝承担弦杆内力差N=657.7-608.1=49.6KN，偏心距 e=125-18.1=106.9，偏心力矩 M=Ne=5.3KN*m,采用焊缝 10mm，则对N2/4 .15230107 . 0249600mmNf对 M 由课本式（3.22）有2262/9 .4223067 . 02103 . 567 . 026mmNMlhwff则焊缝强度为：323.9cm2，垫板采用-10010018，孔径 26mm。实际底板净面积:224 .72441514. 3542784cmAn底板实际应力：22mm/22.5104.724378000Nq cma9 .1824 . 11422 . 11421cmb43.99.184.133.131 ，查表得则：5 . 09 .1843. 911ab,056. 0mmNqaM/1044218922. 50