梯型钢屋架设计计算书

1、梯形钢屋架课程设计计算书专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成日期： 深 圳 大 学 土 木 工 程 学 院钢结构课程设计评分表考查项目得分参考分计算书计算正确性20书面质量15图纸表达准确性20图面质量15学习态度和认真程度10答辩成绩20总成绩100评语一. 设计资料1. 车间平面尺寸为150m×30m，柱距6m，跨度为30m，柱网采用封闭结合。车间内有两台15t/3t中级工作制软钩桥式吊车。2. 屋面采用长尺复合屋面板，檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边Z形钢Z250×75×20×2.5，屋面坡度i=l/20。3. 钢屋架简支在

2、钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高9.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc14.3N/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-B，焊条用 E43系列型。5. 屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如下图所示。 Ho=1950mm 6. 该车间建于深圳近郊。7. 屋盖荷载标准值：(l) 屋面活荷载0.50 kN/m2 (2) 基本风压 w0 0.75 kN/m2 (3) 复合屋面板自重 0.3kN/m2 (4) 檩条自重 0.084kN/m(5) 屋架及支撑自重 0.45

3、 kN/m2 8. 运输单元最大尺寸长度为15m，高度为4.0m。 l=6m, 图5下弦横向和纵向水平支撑图6 垂直支撑 4.系杆 没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的横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。本屋盖结构中，檩条长细比，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），可采用的单角钢。 表1 屋架杆件内力组合表5 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弦杆端节间内力 (kN)中间节点板厚 (mm)68101214支座节点板厚(

4、mm)810121416 2.杆件计算长度系数及截面形式 （1）上弦杆 面内计算长度系数 。根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4），面外计算长度系数 。 ，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 形截面。 (2）下弦杆 与上弦杆类似，面内计算长度系数 ，由图 5 可知，面外计算长度l0y= 6m。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） 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（If、fg） 面内计算长度系数，面外计算长度系数 采用两不等边角钢短肢相并组成的T型截面 （5）跨

5、中竖腹杆（Kg） 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 ，面外计算长度系数 ，根据等稳定原则，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。 3.上弦杆 上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按IJ、JK杆的最大内力设计，即。计算长度，。截面选用，短肢相并，肢背间距，所提供的截面几何特性为：， ， 。 （1）刚度验算 满足 （2）整体稳定验算 ，因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算长细比，上弦杆绕 y 轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数，则。选用，肢背间距，所提供的截面几何特性为： ， ， 。 (1)刚度验算 ，满足。 (2)强度验算 , 满足。 5.再

6、分式腹杆If-fg 再分式腹杆在f点处不断开，采用通长杆件。最大拉力为，最大压力为，可见，该杆由由fg杆的最大压力确定，即。计算长度，截面选用，短肢相并，肢背间距，所提供的截面几何特性为 （1）刚度验算 ，满足。 （2）整体稳定验算，因此绕y轴屈曲的换算长细比，上弦杆绕 x轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数，则。 5.竖腹杆 Kg 杆件轴力为， 计算长度。 截面选用，十字形截面，肢背间距，所提供的截面几何特性为： ，。（1） 刚度验算 ，满足 。 （2） 强度验算， 满足。 其余杆件的截面设计过程不再一一列出，详见表 2 所示。表2 杆件截面验算表注：带*号的截面为断肢相并不等边双角钢截面

7、，不带*号的为长肢相并不等边双角钢截面或等边双角钢截。6 节点设计 1.下弦节点“b” （1）腹杆与节点板的连接焊缝 （a）“Bb”杆 杆件轴力，截面为，节点板厚 8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。 肢背焊缝焊脚尺寸取:所需焊缝长度取 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度取 （b）“bD”杆 杆件轴力，截面为，节点板厚 8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。 肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 取 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 取 （3）“Cb”杆 杆件轴力，截面为，节点板厚 8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。 肢背焊缝焊

8、脚尺寸取 所需焊缝长度 取 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 取 （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320x260mm。 图7 下弦节点“b” （3）下弦与节点板的连接焊缝 下弦与节点板的连接焊缝长度，所受的力为左右两下弦杆的内力差。下弦杆截面2100×7，节点板厚8mm，肢尖与肢背的焊脚尺寸都取焊缝计算长度，取=300mm。受力较大的肢背处的焊缝应力为，满足 2.上弦节点“B” （1）腹杆与节点板的连接焊缝 （a）“Bb”杆“Bb”杆与节点板连接的焊缝尺寸和节点“b”相同

9、（b）“aB”杆 杆件轴力N=-242.49kN，截面为270×8，节点板厚8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度取肢尖焊缝焊角尺寸取所需焊缝长度取 （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8所示，从而确定节点板尺寸。 图8 上弦节点“B” （3）上弦与节点板的连接焊缝上弦与节点板的连接焊缝焊缝长度，所受的力为左右两上弦杆的内力差，以及节点荷载。上弦杆截面2140×90×10，节点板厚8mm。 (a)上弦肢背的节点板的槽焊缝上弦肢背与节点板的槽

10、焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条的角焊缝计算。屋面倾角，节点荷载P的偏心距。 槽焊缝所受的应力为，满足。 （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，偏心距，取焊脚尺寸肢尖焊缝所受的应力为，满足 3.有工地拼接的下弦节点“g”“g”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行拼接。 (1)拼接角钢的截面和长度 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，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9mm（角钢内圆弧半径），且将垂直肢截去（t为角钢厚度），见图9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

11、4条角焊缝，都位于角钢肢尖，承担节点两侧弦杆中较小的内力设计值N2，对于下弦杆，可偏安全地取。下弦杆截面2100×7，。焊脚尺寸取为所需的拼接角钢总长度为 取。 (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和两者中的较大值，“g”节点处，下弦杆截面2100×7，节点板厚8mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度取肢尖焊缝焊角尺寸取所需焊缝长度取 (3)腹杆与节点板的连接角焊缝 焊缝尺寸列表计算如表3所示。“Kg”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背，；肢尖，。“fg”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背，；肢尖，。

12、 (4)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9所示。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，以工地焊缝代号标明。 图9 下弦节点“g” 4.屋脊节点“K”“K”节点与一般上弦节点的区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。 （1）拼接角钢的截面和长度 与“g”节点类似，拼接角钢采用上弦杆同号角钢，顶部截去棱角，宽度为12mm，且将垂直肢截去（t为角钢厚度），见图10所示。 拼接角钢与上弦杆共有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。上弦杆截面为2140×90&

13、#215;10，焊脚尺寸取为所需的拼接角钢总长度为取。 （2）腹杆与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算，如表3所示。“Kf”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背，；肢尖，。 （3）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10所示。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，以工地焊缝代号标明。 图10 屋脊节点“K” （4）上弦杆与节点板的连接焊缝 上弦肢背与节点板的槽焊缝长度，承受节点荷载；肢尖焊缝长度，承受偏心荷载。上弦杆截面2140×90×10，节点板厚8mm。 （a）上弦肢背与节点板

14、的槽焊缝 槽焊缝按两条的角焊缝计算。屋面倾角，且偏于安全考虑，节点荷载P的偏心距取 槽焊缝所受的应力为，忽略不计 ，满足 （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，同样，偏于安全，偏心距取。取焊脚尺寸肢尖焊缝所受的应力为，满足 5.支座节点“a”为便于施焊，下弦杆角钢水平肢的地面与支座底板的净距不小于水平肢的边长，且不小于130mm，取130mm。在节点中心线上设置加劲勒，加劲肋的高度与节点板相同，厚度都为10mm。 （1）支座底板尺寸 （a）底板的平面尺寸支座反力，锚栓直径，锚栓孔直径，底板的平面尺寸按构造采用240mm×240mm。验算柱顶混凝土的抗压强度：，满足 （b）底板的厚度节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，所受应力，两支撑边之间的对角线长度以及支承边交点到对角线的距离分别为，查得，则单位宽度的最大弯矩为底板厚度为，根据构造要求，取，；肢尖，。，；肢尖，。 （b）下弦与节点板的连接焊缝 “ab”杆在支座节点板处断开，其焊缝尺寸的计算与腹杆相同，详见表3所示。肢背，；肢尖，。 图11 支座节点“a”，满足 加劲肋的平面尺寸详见图11所示。 （4）加劲肋与节点板的连接焊缝 一个加劲肋受力 焊缝受力 节点板和加劲肋厚度都为10mm，焊脚尺寸取为 焊缝计算