梯形钢屋架钢33米课程设计计算书

1、图 1 屋架形式及几何尺寸钢结构课程设计、设计资料1、已知条件：梯形钢屋架跨度 33m，长度 120m，柱距 6m。屋架铰接于混凝 土柱上，屋面采用单层彩色钢板波形瓦，屋面坡度 i 1/10 。屋面活荷载标准值 为 0.7 kN/m 2，屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400 mm× 400 mm，混凝 土标号为 C20。钢材采用 Q345B级，焊条采用 E50 型。2、屋架计算跨度：Lo=332×0.15=32.7m，3、跨中及端部高度：端部高度： h=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。屋架的中间高度 h=3400mm，屋架跨中起拱按 Lo/5

2、00 考虑，取 60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图 1 所示，支撑布置见图 2 所示。符号说明： GWJ（- 钢屋架）； SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）图 2 屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值钢屋架和支撑自重0.12+0.011× 30=0.45kN/0.12kN/单层彩色钢板波形瓦总计 0.57kN/ 可变荷载标准值屋面活荷载0.70 kN/总计 0.7kN/ 永久荷载设计值1.2×0.57=0.684kN/

3、可变荷载设计值1.4×0.7=0.98kN/2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载 +全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载： 全跨永久荷载 +半跨可变荷载 全跨节点永久荷载： 半跨节点可变荷载：F=(0.684+0.98) ×1.5×6=14.97kNF1=0.684×1.5×6=6.156kNF2=0.98× 1.5× 6=8.82 kN 全跨屋架及支撑自重 +屋面板重 + 半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.45× 1.2×1.5×6=4.86kN半跨

4、大型屋面板重及活荷载：F4=（1.4×0.12+0.7×1.4） ×1.5×6= 10.33kN3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。杆件名称内力系数（ F=1）第一种组合 F*第二种组合第三种组合计算杆内力（K全跨左半跨右半跨F1*+F2*F1*+F2*F3*+F4*F3*+F4*上弦AB00-0.010.000.00-0.160.00-0.26-0.BCCD-11.35-8.49-3.45-631.39-584.54-501.99-281.38-151.20-631.DEEF-18.19-13.08-6.25

5、-1011.89-928.19-816.31-437.36-260.94-1011.FGGH-21.53-14.62-8.46-1197.69-1084.51-983.61-495.40-336.29-1197.HJ-22.36-13.98-10.25-1243.86-1106.60-1045.50-483.41-387.07-1243.IJJK-22.73-14.3910.2-1264.45-1127.84-725.05-496.03139.13-1264.下弦ab6.334.941.83352.13329.36278.42162.2381.89352.bc15.3611.34.98854.

6、46787.96684.44375.90212.65854.cd20.2114.147.431124.261024.84914.93475.78302.471124.de22.1214.449.391230.511104.721022.00493.98363.541230.ef21.2311.6811.681181.001024.571024.57417.82417.821181.斜腹 杆aB-11.34-8.66-3.27-630.83-586.93-498.65-285.72-146.49-630.Bb8.816.472.87490.09451.76392.79215.31122.3249

7、0.bD-7.55-5.23-2.84-420.00-382.00-342.85-176.39-114.66-420.Dc5.393.392.44299.84267.08251.52117.0592.51299.cF-4.23-2.25-2.43-235.31-202.88-205.83-81.26-85.91-235.Fd2.620.882.13145.75117.25137.7237.0669.35145.dH-1.510.22-2.12-84.00-55.66-93.99-2.58-63.02-93.He0.29-1.251.8916.13-9.0942.34-30.7050.4150.

8、-27.eg1.533.4-2.2885.11115.7422.7096.19-50.25115.-50.gK2.164.07-2.32120.16151.4446.78116.94-48.11151.-48.gI0.490.54-0.0627.2628.0818.2516.631.1328.竖杆Aa-0.55-0.540-30.60-30.43-21.59-16.96-3.01-30.CbEc-1-0.990-55.63-55.47-39.25-31.04-5.47-55.Gd-0.98-0.980-54.52-54.52-38.46-30.67-5.36-54.Jg-0.85-0.90-4

9、7.28-48.10-33.36-27.90-4.65-48.Ie-1.42-1.430-78.99-79.16-55.73-44.70-7.77-79.Kf0.02001.110.780.780.110.111四、杆件截面设计腹杆最大内力， N=-630.83KN ，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚 度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取 12mm。1.上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算， N=-1264.45KN计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 lOx =1507mm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取 上弦横向水平支撑的节间长度： lOy

10、=4521mm 根据屋架平面外上弦杆的计算长度， 故截面宜选用两个不等肢角钢， 且短肢相并， 见图 3图 3 上弦截面设 =60，查轴心受力稳定系数表， =0.807需要截面积 A* =N2=1246.45*10=7287.7mm需要截面积 =.f需要回转半径 ix*lox1.50725.1mmiy lox 4.524y = 75.4mm6060根据需要的 A* 、* ix* 、*iy 查角钢型钢表，初选2 L 180 110 14，2A=7793 mm ， ix =308mm ， i y =88mm。按所选角钢进行验算：lox=1507i x 30848.96<=150loy4524i

11、y8851.41<=150由于，只需求出 y ，查轴心受力稳定系数表，0.847N 1264.65 103 y A 0.847 7793191.59MPa<215MPa 所选截面合适。2 . 下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算， N=1230.51KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lOx =3000mm屋架平面外根据支撑布置取 lOy =29700/2=14850mm* N 1230510 2计算需要净截面面积 A*=Nf 1232015510 =5723.30mm2，选用 2 L180 110 12，因为 lOy >lOx ,故用不等肢角钢，短肢相并，见图

12、 4下弦截面A=6742图4mm2 ，ix =31mm，iy =87.4mm。x=loxx=ix30003196.77 <=350y =loyy=iy1485087.4169.91<=350 所选截面满足要求。已知 N-630.83kN，lOy2456mm。因为 lOx lOy ，故采用不等肢lOx 角钢，长肢相并，使 ixiy ，选用角钢 2 L 140 90 102iA 4452.2 mm ，ix 44.7mm， y 87.4mm 截面刚度和稳定验算：lox2456ix44.754.94 <=150因为y x 只需求N yA630.83 1030.764 4452.2lo

13、yiy2456 65.66 < =15037.4查表得 y =0.764185.46MPa<215 MPa 所选截面满足要求。4. 再分腹杆 eg-gKeg此杆在 g 节点处不断开，采用通长杆件。 拉力： Ngk 151.44 KN ， Neg 115.74 kN压力：Neg50.52kN，Ngk48.11KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lOx =0.8×2250=0.8×2250=1800mm屋架平面外根据支撑布置取：lOy = 1 (0.75+0.25 N1 )=450×N20.75+0.25 48.11 )=4446.3mm50.52选用

14、 2 L 63 5，见图 5。图 5 再分腹杆 egK图 6 中竖杆 KfA=1228.6 mm2 ， ix =19.4mm，iy =30.4mm。loxix180019.492.78 =53.9<=150y loyiy4446.330.4146.25< =150因为 y x 只需求 y ，查表得 y =0.32，则NyA50.52 1030.32 1228.6128.5 MPa<215 MPa3N 151.44 103 拉应力：A1228.6123.26MPa215MPa 所选截面满足要求5. 竖杆 IeN-79.16KN ， l0x0.8l 0.830522442mm，l

15、 0yl 3052mm由于杆件内力较小，按 =150选择，需要的回转i x lox 244.2 1.63cmx 150iyloy305.21502.03cm查型钢表，选用 2 L 63×5,其几何特性为因为2A=1228.6 mml oxixl oyiyix244.21.94305.23.0419.4mm125.88cm100.39cm150150iy 30.4mmx y 只需求查表得x =0.406，79.16 103x A 0.406 1228.6158.7MPa 215MPa其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 2屋架杆件截面选择表名称杆件编 号内力（KN）计算长度（

16、 cm）截面规格截面面 积（ cm2）回转半径（ cm）长细比容许长细稳定系数计算应 力 Mpal 0xl0yixiyxy容许长细比 xy上弦IJ JK-1264.45150.8452.42L180×110×1477.933.088.848.9651.411500.847191.59下弦de1230.5130014852L180×110×1267.423.18.7496.77169.91350182.51腹杆Aa-30.61991992L63× 512.2861.943.04102.665.51500.53846.29aB-630.83253.

17、4253.42L140×90×1044.5224.473.7456.7167.781500.764185.46Bb490.09208.6260.82L100×623.8643.14.5167.2957.83350205.37Cb-55.63183.22292L50× 59.6061.532.53119.790.51500.493131.92bD-420229.52872L100×727.5923.094.5374.363.31500.724210.25Dc299.84228.7285.82L70× 616.322.153.33106.

18、3785.83350183.73Ec-55.63207.22592L50× 59.6061.532.53135.4102.41500.363159.54cF-235.31250.8312.62L90× 621.2742.794.1389.8975.693500.621178.12Fd145.75249.5311.82L50× 59.6061.532.53167123.3350151.73Gd-54.52231.22892L50× 59.6061.532.53151.1114.21500.304186.67dH-93.99271.6339.52L70

19、15; 616.322.153.33151.1101.951500.304189.45He50.41-27.55270.8338.42L63× 512.2861.943.04139.59111.321500.34764.62Ie-79.16255.2319.12L63× 512.2861.943.04131.5104.91500.381169.11eg115.74-44.78230.1453.732L63× 512.2861.943.04118.6149.251500.31117.54gk151.44-42.26230.1453.732L63× 512.

20、2861.943.04118.6149.251500.31110.96Kf1.12314.1314.12L63× 512.2862.452.45128.2128.22000gI28.08165.9207.42L50× 59.6061.532.53108.782.235029.23Jg-48.1127.6158.92L50× 59.6061.532.5383.4631500.66575.3五、节点设计用 E50焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f fw 160MPa各杆件内力由表 1 查得1. 下弦节点 b（1）斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算： 设肢背与肢

21、尖的焊角尺寸分别为 8mm和 6mm。所需焊缝长度为：肢背：lw0.7N2hef fw0.7 4900902 0.7 8 160182.33 16 198.33 mm，取 l w 200mm肢尖：lw0.3N2he ffw0.3 4900902 0.7 6 160109.4 12 121.4mm，取 l w120mm2） 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算： 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm和 6mm。所需焊缝长度为：肢背：0.7 420000lw164.06 16 180.06mm，取 l w180mmw 2 0.7 8 160 w肢尖：0.3 420000lw=93.75+12=105.

22、75mm，取l w 110mmw 2 0.7 6 160w3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 h f =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 457mm×340mm。 （4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 N=854.16-352.13=502.33KN，设肢尖与 肢背的焊脚尺寸为 6mm，所需焊缝长度为 457mm,受力较大的肢背处的焊缝应力3 为： f 0.75 502.33 10 100.79MPa <160MPaf 2

23、 0.7 6 （457 12）（5）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 7 所示图 7 节点板 b 尺寸2 . 上弦节点 B（1）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。（2）斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm和 6mm。所需焊缝长度为肢背：0.7N 0.7 630830lww 183 20 203mm，取 l w 210mmw 2he f fw 2 0.7 10 160 w肢尖： 0.3N 0.3 630830 l ww 164.28 12 1

24、76.48mm，取 l w 180mmw 2he f fw 2 0.7 6 160 w（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算： 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 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。 槽焊缝可按两条焊缝计算， 计算 时可略去屋架上弦坡度的影响， 而假定集中荷载 P与上弦垂直。 上弦肢背槽焊缝 内的应力由下面计算得11hf节点板厚度 12 6mm，hf 10mm22上弦与节点板间焊缝长度为 470mm，则P2 0.7 hf lw1556292 0.7 6 47014 MPa<0.8 f ffw 156 MPa上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内

25、力差 N=631.39-0.26=631.13KN 偏心距 e =110-25.9 84.1mm设需焊缝长度为 470mm，则2helw6311302 0.7 10 (470 20)100.18MPa6M22 0.7hf lw226 631130 84.122 0.7 10 (470 20) 2112.33MPa1.22)( f )2(112.33)2( 1.22 )2100.182140.62MPa 160MPa4）节点板尺寸：方法同前，如图 8 所示P2 0.7 h f lw上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为 10mm0.15N2helw

26、1264450 0.152 0.7 10 22061.58MPa6M2helw* 26 0.15 1264450 84.12 0.7 10 2202141.24MPa(1.22)( f )2141.24 2( 1.22 )261.582131.13MPa 160MPa图 8 节点板 B 尺寸3 . 屋脊节点 K( 1) 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算： 弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密 合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠 节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm，则需焊缝长度为4 0.7

27、hf f fw282.24 20 302.24mm ，取 l w =300mm4 0.7 10 160 w拼接角钢长度取 2 (300+20)+24 664mm( 2 ) 斜杆与节点板连接焊缝的计算： 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm和 5mm，所需焊缝长度为：肢背：0.7 151440lw12 90.88mm，取 l w =100 mmw 2 0.7 6 160 w肢尖：0.3 151440l w0.3 151440 10 50mm，取焊缝长度 lw =60mmw 2 0.7 5 160 w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

28、节点板尺寸为 500mm×240mm。 ( 3 ) 弦杆与节点板的连接焊缝计算：取节 点 板的 长度 为 500mm，则 节点 一 侧弦 杆焊 缝的 计 算长 度为500/2 10 20 220 mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载4)中竖杆与节点板的连接焊缝计算此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸h f =5mm5)节点板尺寸：方法同前，如图 9 所示图 9 节点板 K 尺寸4 . 下弦跨中节点 f（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为lw4 0.7 hf f fw67.42 100 2154

29、 0.7 8 160404mm，取 l w =404+16=420mm拼接角钢长度 2 420+20=860mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算 按下弦杆内力的 15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊 缝长度为0.7 1181000 0.15肢背： lw 12 104.27mm，取 l w =110mmw 2 0.7 6 160 w 0.3 1181000 0.15肢尖 lw12 51.54mm ，取 lw =60mmw2 0.7 6 160w（3）节点板尺寸：方法同前，如图 10 所示图 10 节点板 f 尺寸5 . 端部支座节点 a图 11 支座节点 a 为便于施焊，下弦角

30、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 180mm。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，厚度同端部节点板为 14mm。( 1) 支座底板计算支座反力 R 55629 10 556290N取加劲肋的宽度为 110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取 d=25mm，锚栓孔直 径 为 60mm ， 则 所 需 底 板 面 积 ：RR 锚栓孔缺口面积fc551622.590 3.14 602 /4 47329.2mm2按构造要求取底板尺寸为 280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则 承压面积： Ac 280 (2 110 14) 65520mm2R 556290验算柱顶混凝土的抗压强度：ARn 56556522900 8.49MPa fc 12.5MPa 满足 底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算 ,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为式中 底板下的平均应力， =8.49MPa2 两边支承对角线长， 2 = (140 1