钢结构课程设计报告梯形钢屋架计算书

11－、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1.5mX6m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400mmX400mm混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：Lo=27m-2X0.15m=26.7m3、跨中及端部高度：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：①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=（1.35X3.12+1.4X0.7X0.5+1.4X0.9X0.6）X1.5X6=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力系数,见表一。力系数（F=1）第二种组合第三种组合计算杆件杆件名称全跨①左半跨②右半跨③第一种组合FX①F1X①+F2X②F1X①+F2X③F3X①+F4X②F3X①+F4X③力（KN）tAB上 000000000二BC,CD弦 -10.82-8.15-2.67-531.50-551.36-456.42-227.16-109.78-551.36DE,EF-17.85-12.87-4.98-87683-89963-76294-36243-19342-89963

FG，GH-21.55-14.66-6.89-105858-107090-93629-41875-25232-107090HJ-22.72-14.23-8.49-1116.05-1107.80-1008.36-415.23-292.28-1116.05IJ，JK-23.2-14.72-8.48-1139.63-1134.49-1026.38-428.05-294.39-1139.63下弦ab5.994.591.4294.24306.59251.32127.4359.10306.59bc14.7710.893.88725.53748.57627.12305.05154.89748.57cd19.9914.035.96981.951000.85861.04397.67224.811000.85de22.3414.647.71097.391100.50980.27422.16273.511100.50ef21.8612.049.821073.811037.26998.80364.14316.581073.81斜腹杆aB-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-7.71-5.37-2.34-378.73-385.31-332.81-152.50-87.59-385.31Dc5.853.742.11287.36286.56258.32108.5473.63287.36cF-4.59-2.52-2.07-225.47-217.66-209.86-76.29-66.65-225.47Fd3.11.211.89152.28138.48150.2640.9855.55152.28dH-1.92-0.07-1.85-94.31-74.00-104.83-10.83-48.96-104.83He0.67-1.021.6932.917.7354.68-18.5939.4654.68-18.59eg1.183.22-2.0457.96100.529.3974.71-37.96100.52-37.96gK1.913.95-2.0493.82140.8437.0693.89-34.41140.84-34.41gI0.670.67032.9137.0125.4017.613.2637.01竖杆Aa-0.5-0.50-24.56-27.62-18.95-13.14-2.43-27.62CbEc-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Gd-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Jg-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Ie-1.5-1.50-73.68-82.85-56.86-39.42-7.29-82.85Kf000000000四、杆件截面设计1、上弦杆：整个上弦杆采用相等截面，按最大设计力IJ、JK计算，根据表得：N=-1139.63KN，屋架平面计算长度为节间轴线长度，即： =1355mm,本屋架ox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，根据支撑布置和力变化情况，取屋架平面外计算长度 为支撑点间的距离，即：oy=3=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oyox等肢角钢，且短肢相并，如图四所示：图四上弦杆

腹杆最大力N=-574.7KN,查表可知，中间节点板厚度取12mm,支座节点板厚度取14mm。设九=60，根据《规》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，①=0.807，N1139.63义1。3则需要截面积：A=一= =6568.3mm2好0.807义215l 135.5cm l 406.5需要回转半径i=等= =2.26cm，i=等= =6.78cmx入60 y入60根据A、i、i查角钢规格表，初选用2L180X110X12,肢背间距a=12mm,xy该截面特性如下：A=67.42cm2,i=3.10cm,i=8.75cm。b/1=180/12=15

xy 1按所选角钢进行验算：l1355九=lox=135,5=43.71＜［九］=150xi3.10x:b/1=180/12=15＞0.561/b=0.56x4065/180=12.651 oy1bl2t2 180 40652x122九=3.7—(1+7——)=3.7x x(1+ )"t 52,7b4 12 52.7x18041-7.89<[l]=150截面在x和y平面皆属b类，由于系数表得①=0.819,则有:yN1139630o= = :①A0.819x6740y所需截面合适。九＞X，只需求出中yzx y206.45<215N/mm2查轴心受压杆稳定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力最大N=1100.50KN。计算长度又有：=2700mm, =26700/2=13350mm。选用需要截面面积A=N=11飨9=5118.60mm2=51.19cm2,f215选用2L160x100x12,采用短肢相并，如图五所示：图五下弦杆图五下弦杆i=28.2mm,i=78.2mm。xy该截面特性如下：i=28.2mm,i=78.2mm。xy长细比计算：入=lox=-300-=106.38<Ed=350xi2.82x,l 1335 「I…九=_°y= =170.72<lkJ=350yi 7.82yN1100500o= = =183.08MPa<215MPaA6011满足要求。3、端斜杆aB：已知杆件轴力N=-574.70kN,l=l=2390mm。因为l=l，故采用不等肢oxoy oxoy角钢，长肢相并，使i'i,选用角钢2L125义80义10，如图六所示：xy图六端斜杆则其截面特性如下：A=3942mm2，i=39.8mm，i=33.9mmxyl2390 l2390对该截面验算如下：入=-ox= =60.05,入=-oy= =70.50xi39.8 yi33.9xy又因为：b21t=80/10=8<0.48x2390/80=14.34=79.33<lx]=150.L1.09b4) =79.33<lx]=150所以：取入=入1+ 2-=70.50x1+ 户y 1212 I 23902x102)0y因为：九＞X，只需求中，查轴心受压杆稳定系数表得①=0.692，于是有:yzx y yz=210.68N/mm2<f=210.68N/mm2<f=215N/mm2①S0.692x3942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：N=140.84kN,N=100.52kN；gK eg最大压力：N=34.41kN,N=37.96kN；gK eg再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面的计算长度取节间中心间距：=2027mm在桁架平面外的计算长度：N 34.41l=l(0.75+0.25t)=4055x(0.75+0.25x )=3960mmoy1 N 37.961选用2L100x10,如图七所示。图七腹杆eg-gK查角钢规格表得：A=3852mm2, ‘♦=30.5mm,x对此截面验算如下：i=46.0mm。ylx2027”“R] =66.46<图七腹杆eg-gK查角钢规格表得：A=3852mm2, ‘♦=30.5mm,x对此截面验算如下：i=46.0mm。ylx2027”“R] =66.46<vk]=15030.51oy3960=86.09<ll]=15046.0又因为:b/1=100/10=10<0.581/b=0.58x3960/100=22.97

oy所以取:入=X1+

yzy0.475b4)=86.09x1+I0.475x1004)39602x102)=88.70<ll]=150因为：九八只需求中yz压应力：O,yz查表得①=0.630,于是有:379600讴―0.630x3852y二156MPa<215MPa，满足要求。拉应力：o=—=140840=36.56MPa<215MPa，满足要求。A38525.竖杆Ie：该杆件N=-82.85KN,l=0.8l=0.80xx2801=2241mm,l=l=2801mmoy由于杆件力较小，按九=［九］=150选择，需要的回转半径为:,l2241 1/八i= = =14.9mmx[X] 150l2801,i=-^-=一y [X] 150=18.67mm查型钢表，选用2L63X8，如图八所示:图八中竖杆A=A=1902mm2i=19.0mm ,x其截面特性为：i=31.0mmy对此截面验算如下:九二-ex

xix2241 R] 1 =115.2<仄]=150,九=-°y=19.4 yiy280130.492.1<E<]=150名称杆件编号力（KN）计算长度（cm）截面规格截面面积（cm2）容许长细比［九］计算应力N/mm2因为:b/t=63/8=7.875<0.581oy/b=10兀10y上弦IJJK-1139.63135.50406.502L180X110X1267.42150.00206.45下弦de1100.50270.001335.002L160X100X1260.10350.00183.08腹杆Aa-27.62191.50191.502L63X819.02150.0094.10aB-574.70239.00239.002L125X80X1039.42150.00210.68Bb455.48239.00298.752L100X1038.52350.00118.25Cb-55.23212.70265.882L63X819.02150.0059.630.58x2801/63=25.787所以：0 0C0.475b4)入=X1+ W yI 1212oy因为九>x，只需求中，只需求中，查表得①=0.463,于是有：xxN82850o= = =94.IMPa<215MPa①A0.463x1902x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bD-385.31261.50326.882L100X1038.52150.00153.89Dc287.36261.50326.882L100X1038.52350.0074.60Ec-55.23235.20294.002L63X819.02150.0069.64cF-225.47280.90351.132L100X1038.52150.0096.43Fd152.28280.90351.132L63X819.02350.0080.06Gd-55.23257.60322.002L63X819.02150.0079.99dH-104.83300.80376.002L63X819.02150.00196.14He54.68-18.59300.80376.002L63X819.02150.00102.31Ie-82.85280.10350.132L63X819.02150.00137.41eg100.52-37.96202.70253.382L100X1038.52150.0033.80gk140.84-34.41202.70253.382L100X1038.52150.0047.36、节Kf0.00302.50302.502L63X819.02200.000.00占八、、gI37.01186.60233.252L63X819.02350.0019.46设Jg-55.23140.00175.002L63X819.02150.0039.89计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值fw=160N/mm2。f1、下弦节点“b”：设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝=8mm和6mm，各杆件力由表1查得，f则所需的焊缝长度为：'KNO. 0.7x455.48x103肢背：/= 1 +2h= +2x8=193.92mm，取l—210mm；W2x0.7hfwf 2x0.7x8x160 wf1f〃KN〜 0.3x455.48x103肢尖：l= 2 b2h= F2x6=113.67mm，取l—130mm；W 2x0.7hfwf 2x0.7x6x160 wf2f设“Db”杆的肢背与肢尖焊缝分别为8mm和6mm,则所需的焊缝长度为：'KN2 0.7x385.31x103肢背:l= 1 +2h= +2x8=166.51mm,取l—180mm；W2x0.7hfwf2x0.7x8x160 wf1f肢尖：l〃=K2N +2h=0.33-+2x6=98.01mm，取l,=110mm;W 2x0.7hfwf2x0.7x6x160 wf2f竖杆“Cb”，因其力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定，取焊脚尺寸h=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390mmX500mm。下弦杆与节点板连接的焊缝长度为500mm, =6mm。焊缝所受的力在左右两下弦杆的力差△N=748.57-306.59=441.98KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：KANT= 1 f2x0.7hl

fw

焊缝强度满足要求。0.7x441.98x103、2x0.7x5x(500-2x6)=99.57N/mm2<160mm2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，则所需焊缝长度为：KN―i—200mm；W2x0.7hfwf1f+2h

f0.65x574.70x103 +2x10=186.77mm，取l=2x0.7x10x160 w肢尖:KN

□ 2x0.7hfwf2f-0.35x574.70x103+2x8二128.25mm，取〃、=f2x0.7x8x160 w140mm；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，上弦两相邻节间的力差由角钢肢尖焊缝承受，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力差：△N=574.70-0=574.70KN。设需焊缝长度为530mm，h=—x12=6mm,hf1 2'=10mm。则肢尖:f2：b.65x5747001+(49120)12x1.22；2x0.7xh'l'fw=85.98N <0.8fw=0.8x160/mm2 f2x0.7x6x(530-12)2x0.7xh''l''fwfT,ln.35x574700.2― 10x(512x1.22；2x0.7x30-20)=28.31N/mmm2故焊缝强度满足要求。节点板尺寸如图十所示：<0.8fw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）1139630411396304x0.7x10x160+10=264.38mm拼接角钢总长度取700>264.37X2=528.74。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦力的15%计算。设肢尖焊缝=10mm,节点板长度为600mm节点板长度为600mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为l=(600/2-10—20)=270mm，则焊缝应力为:=45.22MPa0.15=45.22MPa2x0.7x10x2706x6x0.15x1139630x802x0.7x10x2702=80.40MPa<160MPa，，o .80.4.(-f)2+T2=(——)2+45.222=79.92MPa<160MPaVPf1.22f故满足要求。节点板尺寸如图十一所示：图十节点板K图十节点板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底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为160mm。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。所需底板净面积为：（1）支座底板计算：所需底板净面积为：支座