钢结构课程设计梯形钢屋架计算书

1、、设计资料1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距 6m。采用 1.5m× 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为 1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为 0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为 0.6kN/m2，轴线处屋架端高为 1.90m，屋面坡度为i=1/12 ，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面号为 C25。钢材采用 Q235B级，焊条采用 E43 型。400mm× 400mm，混凝土标2、屋架计算跨度：Lo=27m2×0.15m=26.7m3、跨中及端部高度

2、：端部高度： h=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。屋架中间高度h=3025mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图一所示:2、荷载组合设计桁架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载 +全跨可变荷载 ( 按永久荷载为主控制的组合 )：全跨节点荷载设计值： F=(1.35 ×3.12+1.4 × 0.7 × 0.5+1.4 × 0.9 ×0.6)×1.5 ×6=49.122kN图三桁架计算简图本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。内力系数（ F=1）第二种组合第三种组

3、合计算杆件杆件名称左半跨 右半跨第一种组F1×F1×F3×F3×全跨合 F×内力（ KN)+F2×+F2×+F4×+F4×AB000000000上弦 BC， CD -10.82-8.15-2.67-531.50-551.36-456.42-227.16-109.78-551.36DE， EF -17.85-12.87-4.98-876.83-899.63-762.94-362.43-193.42-899.63FG， GH-21.55-14.66-6.89-1058.58-1070.90-936.29-41

4、8.75-252.32-1070.90HJ-22.72-14.23-8.49-1116.05-1107.80-1008.36-415.23-292.28-1116.05IJ ，JK-23.2-14.72-8.48-1139.63-1134.49-1026.38-428.05 -294.39 -1139.63ab5.994.591.4294.24306.59251.32127.4359.10306.59下bc14.7710.893.88725.53748.57627.12305.05154.89748.57cd19.9914.035.96981.951000.85861.04397.67224.

5、811000.85弦de22.3414.647.71097.391100.50980.27422.16273.511100.50ef21.8612.049.821073.811037.26998.80364.14316.581073.81aB-11.23-8.6-2.63-551.64-574.70-471.27-238.79-110.91-574.7Bb8.996.622.37441.61455.48381.85185.4994.46455.48bD-7.71-5.37-2.34-378.73-385.31-332.81-152.50-87.59-385.31Dc5.853.742.1128

6、7.36286.56258.32108.5473.63287.36cF-4.59-2.52-2.07-225.47-217.66-209.86-76.29-66.65-225.47Fd3.11.211.89152.28138.48150.2640.9855.55152.28斜dH-1.92-0.07-1.85-94.31-74.00-104.83-10.83-48.96-104.83腹He0.67-1.021.6932.917.7354.68-18.5939.4654.68杆-18.59eg1.183.22-2.0457.96100.529.3974.71-37.96100.52-37.96g

7、K1.913.95-2.0493.82140.8437.0693.89-34.41140.84-34.41gI0.670.67032.9137.0125.4017.613.2637.01Aa-0.5-0.50-24.56-27.62-18.95-13.14-2.43-27.62Cb Ec-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23竖Gd-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23杆Jg-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Ie-1.5-1.50-73.68-82.85-56.86-

8、39.42-7.29-82.85Kf000000000四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得：N= -1139.63KN，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：l本屋架ox =1355mm,为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用， 根据支撑布置和 内力变化 情况，取屋架 平面外计 算长 度 l oy 为 支撑点间 的距 离，即：l oy =3l ox =4065mm。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图四所示：图四上弦杆腹杆最大内力N=-574.7KN，查表可知，中间节点板厚度取

9、12mm，支座节点板厚度取 14mm。设=60，根据规范由双边角钢组成的T 行和十字形截面均属于b 类，查 Q235钢轴心受力稳定系数表，=0.807 ，3则需要截面积：A N 1139.63 10 6568.3mm2 f 0.807 215需要回转半径 i xl ox135.5cm2.26cm， i yloy406.56.78cm6060×，肢背间距，根据 A、 i x 、 i y 查角钢规格表，初选用2×180 110 12a=12mm该截面特性如下：A=67.42cm2 ， i x =3.10cm ， i y=8.75cm 。 b1 / t180 /12 15按所选角

10、钢进行验算：xlox135.543.71=150ix3.10 b1 / t180 / 1215 0.56loy / b1 0.564065 /18012.65b12218040652122(1loy t4 )3.7yz3.712(152.74 )t52.7b1180=57.89150截面在 x 和 y 平面皆属 b 类，由于yzx ，只需求出y ，查轴心受压杆稳定系数表得 y 0.819, 则有 :N1139630206.45 215 N mm2y A0.819 6740所需截面合适。2 、下弦杆 :整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，根据表得杆de 内力最大N=1100.50KN。计算

11、长度又有 :lox =2700mm,loy。=26700/2=13350mm需要截面面积 AN11005005118.60mm 251.19cm2，选用f2152160100 12，采用短肢相并，如图五所示：图五下弦杆该截面特性如下：A= 6011mm 2>5118.60 mm2，i x =28.2mm， i y =78.2mm。长细比计算：xl ox300106.38350i x2.82yl oy1335170.72350i y7.82N1100500183.08MP a215MP aA6011满足要求。3、端斜杆 aB：已知杆件轴力 N -574.70kN ，l oxl oy。因为l

12、 oy ，故采用不等肢角2390mml ox钢，长肢相并，使 ix i y ，选用角钢 2 1258010 ，如图六所示：图六端斜杆则其截面特性如下：A 3942 mm 2 ， i x 39.8mm， i y 33.9mm对该截面验算如下：l ox239060.05，l oy239070.50xi x39.8y33.9又因为： b / t80 /108i y0.48 2390 / 8014.342所以：取yzy 1 1.09b2470.50 11.0990 479.33150l 02yt 223902102因为： yzx ，只需求y ，查轴心受压杆稳定系数表得yz =0.692 ，于是有：N5

13、74.70 103210.68 N/ mm2215 N/ mm2yA0.6923942< f所需截面合适。4、腹杆 eg-gK：此杆在 g 节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：NgK140.84kN ， Neg100.52kN ；最大压力：NgK34.41kN ， Neg37.96kN ；再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节间中心间距：l ox =2027mm在桁架平面外的计算长度：l oyl1(0.75 0.25 N2)4055 (0.75 0.25 34.41) 3960mmN137.96选用 210010，如图七所示。查角钢规格表得 :A=3852 mm 2图七腹杆

14、eg-gK， i x =30.5mm， i y =46.0mm。对此截面验算如下：lox202766.46150l oy396086.09x， yi x30.5i y46.0又因为： b / t100 /1010 0.58loy / b0.58 3960 /100 22.97所以取： yz0.475b486.090.4751004y 1l oy2t 2188.7039602102因为： yzx 只需求yz ，查表得 yz =0.630 ，于是有：压应力：N379600156MP a 215MP a ，满足要求。yA 0.630 3852150150拉应力：N14084036.56MPaMPa

15、，满足要求。A38522155. 竖杆 Ie ：该杆件 N -82.85KN， l0 xl 0.82801 2241mm， loylmm0.82801由于杆件内力较小，按=150选择，需要的回转半径为：lox2241l oy280118.67mm ，ix14.9mm， iy 150 150查型钢表，选用2 L 63 ×8, 如图八所示：图八中竖杆其截面特性为：A=1902mm 2， i x =19.0mm， i y =31.0mm对此截面验算如下：xl ox2241115.2150 ， yl oy2801 92.1150i x19.4i y 30.4杆计算长度（ cm)容许长计算应名

16、件截面面内力（ KN）l 0 y截面规格细比力称编l 0 x积（cm2） N/mm 2号上 IJ-1139.63135.50406.502L180×110×1267.42150.00206.45弦JK下弦 de 1100.50270.001335.002L160×100×1260.10350.00183.08因为：b/t=63/8=7.875<0.58loy/b=0.582801/63=25.787所以：0.475b4yzy1l oy2t2因为xyz，只需求x ，查表得x=0.463，于是有：N8285094.1MP a215MPax A0.463

17、1902其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表二：架杆件截面选择表表二Aa-27.62191.50191.502L63×819.02150.0094.10aB-574.70239.00239.002L125×80×1039.42150.00210.68Bb455.48239.00298.752L100×1038.52350.00118.25Cb-55.23212.70265.882L63×819.02150.0059.63bD-385.31261.50326.882L100×1038.52150.00153.89Dc287.3

18、6261.50326.882L100×1038.52350.0074.60Ec-55.23235.20294.002L63×819.02150.0069.64cF-225.47280.90351.132L100×1038.52150.0096.43Fd152.28280.90351.132L63×819.02350.0080.06腹 Gd-55.23257.60322.002L63×819.02150.0079.99杆 dH-104.83300.80376.002L63×819.02150.00196.14He54.68300.803

19、76.002L63×819.02150.00102.31-18.59Ie-82.85280.10350.132L63×819.02150.00137.41、节eg100.52202.70253.382L100×1038.52150.0033.80点设-37.96计gk140.84202.70253.382L100×1038.52150.0047.36用-34.41E43Kf0.00302.50302.502L63×819.02200.000.00焊条gI37.01186.60233.252L63×819.02350.0019.46时，

20、Jg-55.23140.00175.002L63×819.02150.0039.89角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f fw160 N/mm 2 。1、下弦节点“ b”：h和，各杆件内力由表查得 ，设“ Bb”杆的肢背和肢尖焊缝1f8mm6mm则所需的焊缝长度为：肢背：K1Nh0.7455.48103mm，取 l w 210mm；l Ww28193.9222 f20.780.7hf 1 f f160肢尖： lWK 2 N2hf0.3455.481036 130mm；20.7hf 2 f fw20.762113.67mm，取 l w160设“ Db”杆的肢背与肢尖焊缝分别为8mm和

21、6mm，则所需的焊缝长度为：肢背： lWK1N2hf0.7385.311038166.51mm，取 l w 180mm；20.7hf 1 f fw20.782160肢尖：K2 Nh0.3385.31103l Wf26mm，取 l w 110mm；20.7hf 2 f fw220.7698.01160竖杆“ Cb”，因其内力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定，取焊脚尺寸hf。=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390mm×500mm。下弦杆与节点板连接的焊缝长度为h。焊缝所受的力在左右两下500mm， f6mm

22、弦杆的内力差 N=748.57-306.59=441.98KN ，受力较大的肢背处的焊缝应力为：f2K1 N20.7441.98 10399.57N / mm2160mm20.7hf l w0.7550026焊缝强度满足要求。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。如图九所示图九节点板 b 尺寸2 、上弦节点“ B”：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。斜杆 aB 与节点板连接焊缝计算。设“ aB”杆肢背与与肢尖的焊缝分别为10mm和8mm。又 N=574.70KN，则所需焊缝长度

23、为：肢背 : lWK1 N2hf0.65574.70 10310186.77mm ，取 l w 200mm；0.7hf 1 f fw2 0.7 1022160肢尖 :K2 Nh0.35574.70103 140mm；lWf28mm，取 l w0.7hf 2 f fw22128.2520.7 8 160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， 焊缝强度设计值应乘以 0.8 的折减系数， 计算时可略去屋架上弦坡度的影响， 而假定集中荷载 F 与上弦垂直（节点荷载由槽焊缝承受， 上弦两相邻节间的内力差由角

24、钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝必然是安全的，因此可不必验算） 。上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差： N=574.70-0=574.70KN。设需焊缝长度为 530mm， h1mm hf 2mm。则肢尖：f 12126 ,10F22K1 N120.65249120N221.2257470021.2220.7h' f l ' w20.76 5301285.98 N20.8 f f w0.8160 N2128 N2mmmmmmF22K2 N120.35249120N221.2257470021.2220.7h''f l '' w20.710530202

25、8.31N20.8 f f wmm故焊缝强度满足要求。节点板尺寸如图十所示：图十节点板 B 尺寸3 、屋脊节点“ K”: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、肢背焊缝为10mm，则所需焊缝计算长度为： （一条焊缝）lw113963010264.38mm40.710160拼接角钢总长度取 700>264.37×2=528.74。h，上弦肢尖与节点板的连接焊缝， 应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝f10mm节点板长度为600mm， 则 节 点 一 侧 弦 杆 焊 缝 的 计 算 长 度 为l w(600 / 210 20) 270mm，则焊缝应力为：N022MPaf20.710270M60.15 11396308080.40 MPa 160 MPaf20.7102702（f2280 .4)245.22279.92MPa 160MPa）f(f1.22故满足要求。节点板尺寸如图十一所示：图十一节点板 K 尺寸4 、端部支座节点“ a“：如图十二所示：图十二支座节点 a为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座