梯形钢屋架课程设计(2017年度)

1、WORD格式*理工大学继续教育学院梯形钢屋架课程设计年级：专业：姓名：学号：指导教师：专业资料整理WORD格式时间：2021年月日专业资料整理WORD格式目录课 程 设 计 任 务 书1一、设计资料：1二、屋架几何尺寸及檩条布置2三、支撑布置3四、荷载与内力计算4五、杆件截面设计6六、节点设计10七、填板设计23专业资料整理WORD格式*理工大学继续教育学院课程设计任务书专业土木工程层次专升本指导教师课程设计名称梯形钢屋架课程设计课程代码课程设计题目梯形钢屋架课程设计课程设计依据和设计要求：1、确定屋架型式与尺寸；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证工程的要求；2、进展屋盖支撑布置，按比例绘出

2、屋架构造及支撑的布置图；3、进展荷载聚集、杆件内力计算、内力组合，内力图，选择各杆件截面；4、设计下弦节点、上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。荷载组合选其一， 1 全跨永久 +全跨不变， 2 全跨永久 +半跨不变， 3 全架屋架及支撑自重 + 半跨屋面板自重 +半跨屋面活载课程设计内容：1、设计资料2、屋架几何尺寸及檩条布置3、支撑布置4、荷载与内力计算5、杆件截面设计6、节点设计7、填板设计参考文献：1 陈绍蕃主编 . "钢构造" . 第二版 . : ，2002年 7月2 陈绍蕃主编 . "钢构造设计原理" . : 科学， 20023 赵根

3、田、孙德发 . "钢构造" . : 机械工业， 20054 X耀春 . "钢构造设计原理" . : 高等教育， 20055 "钢构造设计标准" GB50017 20036 "建筑构造荷载标准" (GB50017-2002)专业资料整理WORD格式一、设计资料：1、某车间跨度为 18m,厂房总长度 90m，柱距 6m。专业资料整理WORD格式2、采用 1.5m× 6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面桁架，板厚 100mm，檩距不大于 1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢C220

4、15;75×20×2.5，屋面坡度 i=l/10 。3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上， 柱顶标高 18.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为 450mm× 450mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值 fc 14.3N/mm2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4、钢材用Q235，焊条用E43 系列型。5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸取一半如图1 所示。图1二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸屋面采用 1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；屋架上弦节点用大写字母 A, B,

5、 C 连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母 a, b, c连续编号。由于梯形屋架跨度L30m24m ，为防止影响使用和外观，制造时应起拱f L / 500 60mm 。屋架计算跨度 l0L2 0.1530 2 0.15 29.7m 。跨中高度 H0 =h0+i0。l/2=3585mm为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取 1.5m, 起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架。图 2运输单元的最大尺寸为长度15m，高度 4m。此屋架跨度30m，高度 3.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为15m，高为

6、专业资料整理WORD格式3.3m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进展拼接。2、檩条布置采用长尺复合屋面板， 单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为 1.5m。檩条跨度 l 6 ，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。檩条、拉条和撑杆的设置如图3 所示。三、支撑布置1、上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。本车间长度为 96m, 因此需要布置四道横向水平支撑，如图4所示。图 42、下弦横向和纵向水平支撑屋架跨度L

7、30m16m ，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图5所示专业资料整理WORD格式图 53、垂直支撑垂直支撑必须设置。对于本屋架构造，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。 垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。图 64、系杆没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆， 其它支撑点处设置柔性系杆。 本屋盖构造中，檩条长细比 194.6 200 ，故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。下弦平面设置两道柔性系杆图 5，可采用455 的单角钢。

8、四、荷载与内力计算1、荷载计算1永久荷载1永久荷载预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m22檩条自重0.07kN/m2屋架及支撑自重0.45kN/m2永久荷载总和：1,92kN/m2可变荷载0.5kN/m 2活荷载计算信息 : 考虑活荷载不利布置 a活荷载：屋面活荷载风荷载计算信息 : 不计算风荷载2、荷载组合设计屋架时，应考虑以下四种组合：专业资料整理WORD格式（ 1组合一 ：全跨永久荷载全跨活荷载永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为q 1.22 1.4 0.53.0kN/m 2屋架上弦节点荷载为P qA3.0 1.5 6kN（ 2组合二 ：全跨永久荷载半跨活荷载全跨永久

9、荷载：q11.222.304kN/m2P q1 A 2.3041.5620.74kN半跨活荷载：0.5 0.7kN/m 2q21.4P2q2A0.71.566.3kN 3组合三 ：全跨屋架及支撑自重半跨屋面板重半跨施工荷载全跨屋架及支撑自重：q31.00.450.45kN/m 2P3 3A0.451.564.05kNq半跨屋面板重半跨屋面活荷载：0.5 1.144kN/m2q4 1.20.300.071.4P4q4 A1.14441.5610.30kN上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、内力计算本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数单位节点力分别作用于全跨

10、、左半跨和右半跨，内力计算结果如表1 所示杆件内力系数 P=1组合一组合二组合三计 算 内力P×P1×名称 全跨左半跨 右半跨133×+(kN)P2×+P× +P× +P2×4×4×PPPA000000000BB-10.7-7.7-3-288.9-270.42-240.8-122.6-74.2-288.9C8C-10.7-7.7-3-288.9-270.42-240.8-122.6-74.2-288.9D8D-17.3-11.9-5.4-467.1-433.78-392.8-192.6-125.7-467

11、.1E上EF-17.3-11.9-5.4-467.1-433.78-392.8-192.6-125.7-467.1弦F-20.6-13.3-7.3-556.2-511.0.-473.2-220.4-158.6-556.2G杆G-20.6-13.3-7.3-556.2-511.0-473.2-220.4-158.6-556.2HHI-21.5-12.5-8.9-580.5-524.66-502-215.8-178.7-580.5IJ-21.9-13-8.9-591.3-536.1-510.3-222.6-180.4-591.3JK-21.9-13-8.9-591.3-536.1-510.31-2

12、22.6 -180.4 -591.3ac5.74.21.5153.9144.68127.6766.338.5153.9专业资料整理WORD格式下ce14.410.24.2388.8362.9325.1163.4101.6388.8弦eg19.212.86.4518.4478.8438.5209.6143.7518.4杆gi21.213.18.1572.4522.22490.7220.8169.3572.4ik20.410.210.2550.8487.36487.36187.7187.7550.8aB-11.1-8.2-2.9-299.7 -281.9 -248.5 -129.4-74.8-29

13、9.7Bc8.96.32.6240.3224.3201100.962.8240.3cD-7.5-4.9-2.5-202.5-186.42-171.3-80.8-56.1-202.5斜De5.53.32.3148.5134.86128.5656.346.0148.5腹eF-4.3-2.1-2.2-116.1-102.4-103-39.0-40.1-116.1杆Fg2.80.8275.663.170.7619.631.975.6gH-1.60.3-1.9-43.2-31.3-45.2-3.4-26.0-43.2Hi0.4-0.41.810.85.819.64-2.520.210.8/-2.5ij1

14、.53.5-2.1-40.553.217.8842.1-15.642.1/-40.5jk2.24.3-2.1-59.472.732.453.2-12.772.7/-59.4Ij0.60.6016.216.216.28.62.416.2Aa-1-0.50-27-23.89-20.74-9.2-4.05-27Cc-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27竖Ee-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27杆G-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27gIi-1.5-1.50-40.5-50.01-31.1-21.525-6.

15、075-40.5Kk000000000Ij-1-10-27-27-20.74-14.35-4.05-27表1五、杆件截面设计1、节点板厚度对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力一般在支座处按下表取用：梯形桁架腹杆内力或三角形屋架<=180181300301500501700701905弦杆端节间内力(kN)中间节点板厚68101214(mm)支座节点板厚810121416(mm)本屋架中腹杆最大内力 N299.7kN ，因此中间节点板厚取8mm，支座节点板厚取 10mm。2、杆件计算长度系数及截面形式专业资料整理WORD格式 1上弦杆专业资料整理WORD格式面内计算长度系数面外计算长度系

16、数yx1.0 。根据上弦横向水平支撑的布置方案图4，4.0 。4，根据等稳定原那么，采用两不等边角钢短yx专业资料整理WORD格式肢相并组成的 T形截面。 2下弦杆与上弦杆类似，面内计算长度系数x 1.0，由图 5 可知，面外计算长度 l0Y6m 。下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组成的 T 形截面。 3支座腹杆 Aa、 aB面内和面外计算长度系数都为1.0，采用两等肢角钢组成的T 形截面。 4再分式腹杆 ij 、jK 面内计算长度系数x1.0，面外计算长度l0Yl1 0.75 0.25 N246640.75 0.2522.73944 0.5 l12332N159.4采用

17、两不等边角钢短肢相并组成的T 形截面。 5跨中竖腹杆 Kk采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为0.9。 6其它腹杆面内计算长度系数x 0.8 ，面外计算长度系数y 1.0 ，根据等稳定原那么，采用两等肢角钢组成的T 形截面。3、上弦杆上弦杆需要贯穿，各杆截面一样，按、杆的最大内力设计，即 NkN 。计算长度 l0 X l 1507mm ， l0Y4lmm 。截面选用 21107010 ，短肢相并，肢背间距a=6mm，所提供的截面几何特性为：A39.4cm 2， ix2.26cm ， iy 6.11cm 。 1刚度验算l0 X150.71 5 0xi X2.2666.68yl

18、0 y30.1449.31 5 0i y6.11，满足 2整体稳定验算t/b =27,因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算长细比b /t=125/10=12.5<0.56×loyt y=49.3， max=66.7，上弦杆绕x 轴弯扭屈曲，按b类截面查得稳定系数0.77 ，那么N332 103102201.03N / mm2f215N / mm2，满足A0.481 34.3344、下弦杆giN下弦杆需要贯穿，各杆截面一样，按杆的最大内力设计，即572.4kN 。计算长度 l 0xl 3000mm ， l 0y6000mm 。截面选用 28010 ，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何

19、特性为：A 30.35cm 2， ixcm ，i ycm 。 1刚度验算专业资料整理WORD格式l0 X300.0350xiX123.972.42，满足l0 y600350yiy167.133.59 2强度验算N321.410322，满足A30.25102106.2 N / mmf215N / mm5、再分式腹杆 ij-jK再分式腹杆在 j 节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力N jkkN ，Nij 42.1kN ；最大压力 N jK59.4kN ， Nij40.5kN 。可见，该杆截面由 jK杆的最大拉力确定，即 NkN 。计算长度 l 0x l 2332mm ， l0y4290mm 。截面

20、选用2 45x4 ，肢背间距a=6mm，所提供的截面几何特性为：A6.972cm2，ix 1.38cm ， i ycm 。 1刚度验算xl0 X233.2166.57350iX1.38，满足l0 y429350yiy200.472.16 2强度验算N53.210376.30N / mm2f215N / mm2，满足A6.9721026、竖腹杆 Ii杆件轴力为 N40.5kN，计算长度 l 0ul0v 0.9l 0.9 35853226mm。截面选用 2563 ，十字形截面，肢背间距a=6mm，所提供的截面几何特性为：A 6.686cm 2， iu2.74cm ， i vcm 。 1刚度验算xl

21、 0u322.6117.74150i u2.74，满足l 0v322.6y147.98150i v2.18 2整体稳定验算b15618.70.56l0 y32.26，yzy (10.475b4) 155.36 y 147.36t3b1l 02y t2上弦杆绕 y轴弯扭屈曲，按b 类截面查得稳定系数0.317 ，那么N22.7 103107.10N / mm2f215N / mm2，满足A0.3176.686 102其余杆件的截面设计过程不再一一列出，详见表2 所示。专业资料整理WORD格式杆件名称截面特性A(cm2)杆件特性设计参数演算过程结论截面规格ix(cm)iy(cm)计算内力L(mm)

22、xyxyyz应力比上弦IJ、JK 2 110 701039.42.266.11-591.315071466.849.349.30.770.95满足下弦hi2801030.352.423.59321.4300012123.97167.190.89满足斜腹杆 aB2631023.3242.882.99-168.3265611141.2888.8389.770.3400.89满足Bc263512.2861.942.82134.926560.81109.5394.350.91满足cD256816.7341.682.60-113.729420.81140.10113.30117.120.3440.82满

23、足De250×47.7941.542.2883.429420.81152.83129.090.89满足eF26349.9561.962.80-65.232010.81130.65114.31119.530.3840.70满足Fg245×46.9721.382.0842.532010.81185.57153.690.51满足gH26349.9561.962.80-26.034660.81141.47123.770.40满足Hj245×46.9721.382.0860.634660.81200.93166.410.81满足jK/ij245×46.9721.3

24、82.0853.2233211168.99111.970.40满足Ij245×43.4861.382.089.1211311153.12101.450.12满足竖腹杆 Aa245×46.9722.231.78-15.1621001194.16118.24121.510.4290.21满足Cc245×46.9721.382.08-15.1623820.81138.09114.37116.820.3520.296满足Ee250×35.9421.552.26-15.1626790.81138.27118.72124.180.3520.30满足Gg256

25、5;36.6861.752.50-15.1629760.81136.05119.22126.210.3610.26满足Ii256×36.6862.742.18-22.7432730.8195.51149.93157.200.2840.49满足Kk245×46.9721.382.08035850.81207.83172.13173.760.1740.00满足Jj245×46.9722.231.78-15.1616440.90.966.3483.3187.940.6350.30满足专业资料整理WORD格式六、节点设计1、屋脊节点“ K1、下弦节点“c（ 1腹杆与节点板

26、的连接焊缝（ a“Bc杆杆件轴力 N=240.3kN，截面为 2L63×5，节点板厚 8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.7、0.3 ，角焊缝强度设计值f fw160N/mm 2。肢背焊缝焊脚尺寸取hf ,min1.5 tmax1.56 3.67mmhf ,14mmhf ,max1.2tmin1.25 6mmt=5mm所需焊缝长度l 1N2h f ,10.7134.910 32 4 113.4mm2 0.7 h f ,1 f fw20.7 4160取 l1120mm10 h f ,110440mm62 h f ,1624248mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf ,min1.5tmax1

27、.563.67mmh f ,24mm 1.2tmin1.256mmhf ,maxt5mm所需焊缝长度l 2N2h f0.3 134.910 30.7 h f ,2 f fw,220.742 4 53.2 mm2160取 l 210 hf,210440 mm60 mm624248 mm62 h f,2 c“cD杆杆件轴力 N=-202.5kN，截面为 2L56×8，节点板厚 8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.7 、0.3 ，角焊缝强度设计值ffw160N/mm 2。肢背焊缝焊脚尺寸取h f ,min1.5 tmax4.2mmh f ,1 5mmh f ,max1.2tmin7.

28、2mmt-2=6mm所需焊缝长度专业资料整理WORD格式l1N2h f ,10.7113.710 30.7 h f ,1 f fw20.7 52 5 81.1mm2160专业资料整理WORD格式取 l110 h90mm62 hf ,1 f ,110550mm625248mm专业资料整理WORD格式肢尖焊缝焊脚尺寸取hf ,min1.5tmax4.2mmh f ,25mmhf ,max1.2tmin7.2mmt-2=6mm所需焊缝长度l 2N2 h f ,20.3113.710 32 0.7 h f ,2 f fw20.7 52 5 30.4mm160取 l 250mm10 h f,250mm6

29、2 h f,2625310mm 2节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面， 并考虑杆件之间应有的间隙、 制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图 7 所示。从而确定节点板尺寸为 280mm× 300mm。图中，屋架右半边运输单元上的构件必须在工地装配后才能与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。专业资料整理WORD格式图 7 3下弦与节点板的连接焊缝专业资料整理WORD格式下弦与节点板的连接焊缝长度l300mm ，所受的力为左右两下弦杆的内力差 N=388.8-153.9=234.9KN。下弦杆截面为2 80 10，节点板厚 8mm，肢尖与肢背的焊脚尺寸都取h f5mmhf ,min1.

30、5tmax 1.5 104.7mm焊缝计算长度lwl2hf30025290mm60hf60 5300mm，取l w 29受力较大的肢背处的焊缝应力为f2N0.7131.9 10345.5N/mm2f fw 160N/mm 2，满足0.7hf l w20.75 2902上弦节点“ D（ 1腹杆与节点板的连接焊缝（ a“cD杆“cD杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c一样。 b“De杆杆件轴力 N=148.5KN ，截面为2 504 ，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.7 、0.3 ，角焊缝强度设计值f fw160N/mm 2。肢背焊缝焊脚尺寸取hf ,min1.5 t max1.56

31、3.7mmh f ,14mmhf ,max1.2tmin1.2 44.8mmt=4mm所需焊缝长度l 1N2h f ,10.783.41034 73.2mm0.7 h f ,1 f fw20.7422160取 l180mm10 h f ,110440mm62 h f ,1624248mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf ,2hf ,1 4mm所需焊缝长度l2N2hf ,20.3 83.41032 436mm0.7hf ,2 f fw20.7 41602专业资料整理WORD格式62hf ,2624 248mm取 l2 50mm 10hf ,240mm40 2hf ,248mm 2节点详图根据上述焊缝长度以

32、及杆件截面， 并考虑杆件之间应有的间隙、 制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图 8 所示，从而确定节点板尺寸为 220mm× 190mm。图 8（ 3上弦与节点板的连接焊缝上弦与节点板的连接焊缝长度 l220mm ，所受的力为左右两上弦杆的内力差N=467.1-288.9=178.2KN ， 以 及 节 点 荷 载 P=27KN 。上 弦 杆 截 面 为2110 70 10 ，节点板厚12mm。 a上弦肢背与节点板的槽焊缝上弦肢背与节点板的槽焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条hf0.5 3mm 的t角焊缝计算。屋面倾角arctan 1 10，节点荷载 P 的偏心距 e=30mm。

33、槽焊缝所受的应力为f2P sin215.161030.09951.68N mm20.7hf l w0.73 (22023)fP cos6Pe20.7hf lw20.7hf l 2w215.161030.99526 15.16103203)226.19 N mm20.73(22023)0.73(2202226.192f21.68221.5 N mm20.8 f fw0.8 160 128N mm2 , 满足ff1.22专业资料整理WORD格式 b上弦肢尖与节点板的连接焊缝上弦肢尖的两条角焊缝承担偏心荷载N ，偏心距e=30mm。取焊脚尺寸h f ,min1.5tmax1.510 4.7mmh f

34、5mm h f ,max1028mm1.2t min7.2肢尖焊缝所受的应力为f2N2100.1 10325)68.1N mm20.7hf l w0.7 5(220f6 Ne26100.110352.8102.7 Nmm220.7hf l 20.7 5(22025)2w22f2102.768.12108.28 N mm2f fw160 N mm2 , 满足ff1.223有工地拼接的下弦节点“k “k节点与一般下弦节点的区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进展拼接。（ 1拼接角钢的截面和长度弦杆一般都采用同号角钢进展拼接，为了使拼接角钢与原来的角钢相紧贴，并便于施焊，需将拼接角钢顶部截去棱角，宽度为

35、9mm角钢内圆弧半径，且将垂直肢截去 hft5mm t 为角钢厚度，见图6所示。因切割而对拼接角钢截面的削弱考虑由节点板补偿而不计。拼接角钢与下弦杆共有4 条角焊缝，都位于角钢的肢尖， 承担节点两侧弦杆中较小的内力设计值N2，对于下弦杆，可偏平安地取N2A2 f 。下弦杆截面为 280 10 ， A30.25cm 2。焊脚尺寸取为hf5mmhf ,min1.5t max1.510 4.7mmhf ,max1028mm所需的拼接角钢总长度为Af30.252215ls 22hf20210w4 0.752 5 20 620.9mm40.7hf f f160取 ls630mm 。专业资料整理WORD格式（ 2下弦杆与节点板的连接角焊缝下弦杆与节点板连接焊缝的计算内力取NN1N2和 0.15N1两者中的较大专业资料整理WORD格式值，“ c节点处 N1 2=550.8KN，下弦杆截面为 280 10 ，节点板厚8mm，肢=N背和肢尖的内力分配系数分别为0. 7、0.3 ，角焊缝强度设计值w2 。f f