1、目 录一、 设计资料 1二、 钢材和焊条的选用 1三、 屋架形式和几何尺寸 1四、 屋盖支撑布置 2五、 荷载计算 3六、 内力计算 3七、 杆件设计 31、上弦杆 .32、下弦杆 .33、斜杆 .34、腹杆 .35、竖杆 Hd .3八、 节点设计 31、下弦节点“b” .32、上弦节点“B” .33、屋脊节点“J” 34、下弦跨中节点“e” 35、端部支座节点“a” 3九、 附图 3梯形钢屋架课程设计 1梯形钢屋架设计一、 设计资料北京地区某金工车间，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为 27m，长度 84 米,柱距 6m，厂房高度为 15.7m。车间内设有两台 200/50kN 中级工作制
2、吊车，计算温度高于-20。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载为 0.35kN/，屋面活荷载为0.45kN/，雪荷载为 0.4kN/，风荷载为 0.45 kN/。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为 400mm400mm，混凝土标号为 C20。设计荷载标准值见表 1（单位： kN/ ） 。表 1防水层 找平层 保温层 找平层 混凝土屋面板0.4 0.4 0.1 0.5 1.4二、 钢材和焊条的选用根据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用 Q235BF 钢，要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸
3、长率 和冷弯实验四项机械性能及硫（S） 、磷（P） 、碳（C ）三项化学成分的合格含量。焊条采用 E43 型，手工焊。三、 屋架形式和几何尺寸由于采用 1.5m*6m 预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，故选用平坡梯形钢屋架。屋面坡度 。10/i梯形钢屋架课程设计 2屋架计算跨度 。ml 267015270150 屋架端部高度取： 。mH跨中高度： 。mil 3501./20 屋架高跨比： 。.8167350l屋架跨中起拱 取 50mm。,4/mf为了使屋架节点受荷,配合屋面板 1.5m 宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为3.0m 的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，屋架几何
4、尺寸如图 1 所示。图 1：27 米跨屋架几何尺寸四、 屋盖支撑布置根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图 2） ，安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。梯形钢屋架课程设计 3梯形钢屋架课程设计 4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
5、）五、 荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取活荷载 0.45kN/ 进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式2m计算，跨度 L 单位为 m,荷载计算结果见表 2。2L)kN/ 0.1(.g表 2 荷 载 计 算 表荷载名称 标准值（kN/ ）2m设计值（kN/ ）2m预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.41.21.68三毡四油上铺小石子防水层 0.4 0.41.20.48水泥砂浆找平层 0.4 0.41.20.48厚泡沫混凝土保温层 0.1 0.11.20.12找平层 0.5 0.51.20.6屋架和支撑自重 0.12+0.011
6、27=0.417 0.4171.20.50永久荷载总和 3.217 3.86屋面活荷载 0.2 0.21.40.28积灰荷载 0.6 0.61.40.84可变荷载总和 0.8 1.12设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：1.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： kNP82.465.1)2.863(全梯形钢屋架课程设计 52.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载： kNP74.365.283全半跨节点可变荷载： k08.1.1半3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+ 半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重： kNP5.46.150全半跨节点屋面板自重及活荷载：
7、 k.0.68.半1、2 为使用节点荷载情况，3 为施工阶段荷载情况。六、 内力计算由图解法或数解法解得 P1 的屋架各杆件的内力系数（P1 作用于全跨、左半跨和右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表 3。梯形钢屋架课程设计 6表 3 屋架杆件内力组合表内力系数（ P=1） 内力组合值组合（1）组合（ 2） 组合（ 3）N 左=P 全（ 3）+P 半（1 ）N 左=P 全（ 3）+P 半（1 ）杆件名称 在左半跨（1）在右半跨（2）全跨（3）N=P（3）N 右=P 全（ 3）+P 半（2 ）N 右=P 全（ 3）+P 半（2 ）计算杆内力(kN)AB 0 0 0 0 0
8、 0 0 0 0BC -7.19 -2.79 -9.98 -447.30 -419.18 -374.83 -120.41 -74.21 -447.3 CD -7.19 -2.79 -9.98 -447.30 -419.18 -374.83 -120.41 -74.21 -447.3 DE -10.75 -5.06 -15.81 -708.60 -657.60 -600.24 -184.02 -124.28 -708.6 EF -11.33 -5.06 -16.39 -734.60 -683.60 -620.39 -192.72 -126.89 -734.6 FG -11.33 -5.06 -1
9、6.39 -734.60 -683.60 -620.39 -192.72 -126.89 -734.6 GH -11.05 -7.62 -18.67 -836.79 -759.98 -725.41 -200.04 -164.03 -836.8 HI -11.05 -7.62 -18.67 -836.79 -759.98 -725.41 -200.04 -164.03 -836.8 上弦IJ -11.54 -7.62 -19.16 -858.75 -781.94 -742.43 -207.39 -166.23 -858.8 ab 3.96 1.41 5.37 240.68 226.47 200.
10、77 65.75 38.97 240.7 bc 9.34 3.97 13.31 596.55 556.54 502.41 157.97 101.58 596.6 cd 11.42 6.82 18.24 817.52 748.77 702.40 201.99 153.69 817.5 下弦de 8.9 8.9 17.8 797.80 708.08 708.08 173.55 173.55 797.8 aB -7.42 -2.63 -10.05 -450.44 -423.93 -375.65 -123.14 -72.84 -450.4 Bb 5.57 2.38 7.95 356.32 332.33
11、 300.17 94.26 60.77 356.3 bD -4.18 -2.29 -6.47 -289.99 -266.90 -247.85 -73.01 -53.16 -290.0 Dc 2.59 2.02 4.61 206.62 186.26 180.51 47.94 41.96 206.6 cf -1.01 -2.49 -3.5 -156.87 -131.77 -146.69 -26.36 -41.90 -156.9 斜 fG -0.21 -2.49 -2.7 -121.01 -95.91 -118.90 -14.36 -38.30 -121.0 腹杆 Ef 0.73 0 0.73 32
12、.72 32.72 25.36 10.95 3.29 32.7 -6.5 Gd -0.93 1.66 0.73 32.72 15.99 42.09 -6.48 20.72 42.1 38.1 dg 3.13 -1.97 1.16 51.99 71.85 20.44 38.09 -15.47 20.4 49.2 gJ 3.87 -1.97 1.9 85.16 105.02 46.15 49.19 -12.14 46.1 Hg 0.67 0 0.67 30.03 30.03 23.28 10.05 3.02 30.0 Aa -0.5 0 -0.5 -22.40 -22.41 -17.37 -7.5
13、0 -2.25 -22.4 Cb -1 0 -1 -44.80 -44.82 -34.74 -15.00 -4.50 -44.8 Ec -1.5 0 -1.5 -67.20 -67.23 -52.11 -22.50 -6.75 -67.2 Ff -1 0 -1 -44.80 -44.82 -34.74 -15.00 -4.50 -44.8 竖杆Hd -1.5 0 -1.5 -67.20 -67.23 -52.11 -22.50 -6.75 -67.2 梯形钢屋架课程设计 7Ig -1 0 -1 -44.80 -44.82 -34.74 -15.00 -4.50 -44.8 Je 0 0 0 0
14、 0 0 0 0 0七、 杆件设计1、上弦杆整个上弦采用等截面，按 HI、IJ 杆件的最大设计内力设计。N-858.8kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度 mlox1508在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取 为支撑点间的距离，即oyl 4526108259根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力 N-450.4kN，查表得，中间节点板厚度选用 12mm，支座节点板厚度选用 14mm。设 ，查 Q235 钢的稳定系数表，可得 （由双角钢组成的 T 型和十字60 0.87形截面均
15、属于 b 类） ，则需要的截面积： 235.4921807.5cmfNA需要的回转半径： lili oyox .860,.61根据需要 A、 查角钢规格表，选用 2L16010010，肢背间距 a12mm，则yxi、A 50.63 ， ，2cmc.85 cm78.i按所选角钢进行验算： 梯形钢屋架课程设计 8， 9.258.10ilox 6.38.74950iloy满足长细比 的要求。5由于 ，只需求 ，查表 0.791，则xyyy aaMP2154.MP 5063791.8ANy 所选截面合适，上弦截面如图所示：图 6：上弦截面2、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的 cd 杆计算
16、。N=817.5kN，mlox450mloy13502/670所需截面积为（因跨中有通长系杆）: 2230.38.80215.87NAcf 选用 2L140*90*10，因 故用不等肢角钢，短肢相并。,0xoylA44.522 ， ，2cmc.6 ixcm85.iy， 3508.176.254ilox 309.14.30iloy下弦截面如图：梯形钢屋架课程设计 9图 7.下弦截面3、斜杆按端斜杆 aB 最大设计内力设计。杆件轴力： kN4.50计算长度： mloyx23因为 ，故采用等肢角钢，使 。选用 2L10010。则:oyxliA38.522 ， ，2c.05cxc60.4iy， 1.8
17、30.5ilox 1.5.23iloy由于 ，只需求 。查表 0.668，则:xyxx，故所选截面合适。aMP21517.0 3852.6.04ANx 端斜杆截面如图：图 8.端斜杆截面4、腹杆腹杆 cf-fG 在 f 节点处不断开，采用通长杆件。梯形钢屋架课程设计 10,kNcf9.156kNfG0.12再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距 ，在mlox2087桁架平面外的计算长度： Nly 2.395).16025.7.0(41)25.07.(10 选用 2L11010，查角钢规格表得A45.522 ， ，2cmc38.ixcm0.5iy， 1507.6380ilox
18、 1 7.8.29iloy由于 ，只需求 。查表 0.701，则:xyxx aMP215.49 2.5701.6AN3y 再分腹杆截面如图：图 9：再分腹杆截面5、竖杆 Hd， ，kN2.76243m0.8llox oy304l由于杆件内力较小，按 选择，需要的回转半径为15，liox2.6043 mlioy3.2015查型钢表，选截面的 和 较上述计算的 和 略大些。选用 2L635，其几何特性xiyxiy为：梯形钢屋架课程设计 11A12.286 ， ，2cm4c9.1ix3.04cmiy， 50.19.43ilox 150 .iloy由于 ，只需求 。查表 0.411，则:xyxx aM
19、P21508.31 6.214.07ANx 竖杆截面如图：图 10：竖杆截面其余各杆件的截面选择结果见表 4。梯形钢屋架课程设计 12表 4 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表梯形钢屋架课程设计 13八、 节点设计采用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfMpa=1、下弦节点“b”设 bB 杆的肢背和肢尖焊缝 ，所需焊缝长度为：mhf68和肢背 ：1l mfNKfw 23.1458107.23507.021 肢尖 ：2l hff 79.6 32取 ， 。m160l10设 bD 杆的肢背和肢尖焊缝 ，所需焊缝长度为：mhf68和肢背 ：1l mfNKfw 19.281
20、07.29507.0231 肢尖 ：2l hff 5.76 32取 ， 。m130l90bC 杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。mhf5根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（见图 11） ，从而确定节点板的尺寸为 280340mm。下弦与节点板连接到焊缝长度为 340mm， ，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差NN bc-Nab596.6-mhf5240.7355.9kN 。验算肢背焊缝的强度： 2231 160/.1052457.029.67.02 mNlhKwff 梯形钢屋架课程设计 14图 11：下弦节点“b”2、上弦节点“B”斜杆 B
21、b 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 Ba 与节点板连接焊缝计算：N=-450.4kN。设 “aB”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背 ：1l mhfNKfw 70.1521607.24507.0231 肢尖 ：2lff 93.32取 ， 。m180l150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。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 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 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计
22、算得到：梯形钢屋架课程设计 15。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 6,12 212肢尖焊缝承担弦杆内力 ，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载 。上弦kN3.47 kNP82.4与节点板间焊缝长度为 460mm，则 Maf 3.7)12460(7.2.53 Pf .9)(.8a1608.72.).192 ff）（节点如图:图 12：上弦节点“B”3、屋脊节点“J”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。拼接梯形钢屋架课程设计 16一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=-858.8kN。设肢尖
23、、肢背焊脚尺寸为 10mm。则需焊缝长度为,取mlw6.24910687.045lw20拼接角钢长度取 6002260=520mm上弦与节点板间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。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 ,节点板长度为 500mm，节点一侧弦杆焊mhf10缝的计算长度为 。lw2)102/5(焊缝应力为： MPaNf 8.4120.758Mf 6091026 a1.84.).9(22ff）（节点形式如图:图 12：屋脊节点“J”4、下弦跨中节点“e”梯形钢屋架课程设计 17跨中起拱 50mm，下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2L140
24、9010， ，焊缝长度：mhf8，取 =300mm。167.04wffwNl m254.16087.49wl拼接角钢长度 。l302弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。 kNN19.7%57.89设肢背、肢尖焊脚尺寸为 8mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背： ，取 =90mmmlw 2.7814067.2195031 1wl肢尖 ，按构造要求，取焊缝长度 50mm，取l 6332 2wl=60mm2wl节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。 MPafaw160105260.72985）（ 焊缝强度满足要求。节点形式如图:图 13：下弦跨
25、中节点“e”5、端部支座节点“a”梯形钢屋架课程设计 18为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取 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等，厚度 14mm。（1）支座底板的计算 支座反力： NP4820设支座底板的平面尺寸采用 ，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支m40座反力，则承压面积为 。验算柱顶混凝土的抗压强度：2653MPafaARcn 6.99.7081式中： 混凝土强度设计值，对 C20 混凝土， 。cf fc.支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽
26、度的最大弯矩为： 2aM式中： 底板下的平均应力，即 =8.49 。MPa两边支承之间的对角线长度，即2a m6.1720)214(2 系数，由 查表确定。22/ba为两边支承的相交点到对角线 的垂直距离。由此得：b2a49.06178,8.46.1723022 bm查表得 0.0546。则单位宽度的最大弯矩为： mNaM63.1809.249.805.2底板厚度：，取 t22mmft 63.19256梯形钢屋架课程设计 19所以底板尺寸为 mm。23480（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图得焊缝长度为 440mm，计算长度 lw440-12-
27、15 413 （mm） （设焊脚尺寸 hf 8mm） ，每块加劲肋近似的按承受 R/4计算，R/4 作用点到焊缝的距离为 e（140-8 ）/2 66 mm。则焊缝所受剪力 V 及弯矩 M为： mkNVeMkNRV 1.295868.4,21.480焊缝强度验算227.0.167.0wfwf lhlh2323 4189548.21 7.99N/mm 2 wf满足要求。（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力 ，其中每块加劲肋各传 ，节点板NR4820 NR120/4传递 。NR2410/节点板与底板的连接焊缝长度 ，所需焊脚尺寸为mlw536)12(，取 。flRhwf
28、.0.6537.042.17.0/ hf6每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为 lw15)21(2所需焊缝尺寸 mflhwf 3.0.657.0.17.04/ 所以取 。mf8梯形钢屋架课程设计 20节点形式如图:图 14：端部支座节点 “a”6、节点板计算（1）节点板在受压腹杆的压力作用下的计算所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆的净距离 c 与节点板厚度 t 之比，均小于或等于 10 。所有与竖杆相连的节点板， c/t 均小于或等于 15yf/235，因而节点板的稳定均能保证。yf/235（2）所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均能保证。此外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于 15，斜腹杆与弦的夹角均在 3060之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于 60 ，都满足构造要求，节点板均yf/235安全可靠。九、 附图附屋架施工图绘制一份
