1、梯形钢屋架课程设计计算书1 设计资料：1、 车间柱网布置：长度 90m ；柱距 6m ；跨度 18m2、 屋面坡度：1：103、 屋面材料：预应力大型屋面板4、 荷载1） 静载：屋架及支撑自重 0.45KN/m;屋面防水层 0.4KN/m；找平层 0.4KN/m;大型屋面板自重（包括灌缝）1.4KN/m。2） 活载：屋面雪荷载 0.3KN/m；屋面检修荷载 0.5KN/m5、 材质 Q235B 钢，焊条 E43XX 系列，手工焊。2 . 结构形式与选型屋架形式及几何尺寸如图所示上弦横向水平支撑一般设置在房屋两端且间距不宜大于 60m，根据厂房长度(90m60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水
2、平支撑 3 道。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑对应的布置在同一柱间距内，以形成稳定空间体系。下弦纵向水平支撑不进行布置。垂直支撑设置在上、下弦横向支撑的柱间内，在屋架两端及跨中的竖直面内。系杆沿房屋纵向通长设置，以保证屋架的侧向稳定。支撑布置如图所示：梯形钢屋架支撑布置如图所示：3 . 荷载计算屋面雪荷载与检修荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载 0.5KN/m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 计2g(0.12)/klkNm算，跨度单位为米（m）荷载计算表荷载名称 标准值（ KN/m） 设计值（KN/m ）预应力混凝土大型屋面板自
3、重 1.4 1.41.351.89屋架及支撑自重 0.45 0.451.350.608屋面防水层 0.4 0.41.350.54找平层 0.4 0.41.350.54永久荷载总和 2.65 3.578屋面检修荷载 0.5 0.51.40.7可变荷载总和 0.5 0.7设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：1、 全跨永久荷载 全跨可变荷载1F2F全跨节点永久荷载及可变荷载： (3.578+0.)638.50kN2、 全跨永久荷载 半跨可变荷载1F2F全跨节点永久荷载： 13.578.63.0k半跨节点可变荷载： 2F0N3、 全跨屋架（包括支撑）自重 半跨屋面板自重 半跨屋面活荷载3F4F2F全跨
4、节点屋架自重： 3F0.681.5.47k半跨节点屋面板自重及活荷载： 4(.9).621.5N1、2 为使用节点荷载情况，3 为施工阶段荷载情况。4. 内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下：(c)(b)(a)2F22/ 2F3/3 33F34343421F22F2/ 2F/1/1F22121F212121CGEDBAdcb11111F/29054442由图解法或数解法解得 F=1 的屋架各杆件的内力系数（F=1 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，计算结果如下表：屋架构件内力组合表单位荷载 F1 静载作用（KN/m） 活载（KN/m）0.7 杆
5、件内力计算内力大型屋面板 1.89 组合二 组合三杆件名称杆件编号在左在右全跨全部恒载3.578屋架支撑0.608在左在右全部左 右全部组合一 左 右 左 右AB 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00BC -4.37 -1.86 -6.23 -22.29 -3.79 -8.26 -3.52 -11.77 -3.06 -1.30 -4.36 -239.87 -228.15 -212.34 -135.96 -77.45 -239.87CD -4.37 -1.86 -6
6、.23 -22.29 -3.79 -8.26 -3.52 -11.77 -3.06 -1.30 -4.36 -239.87 -228.15 -212.34 -135.96 -77.45 -239.87DE -5.63 -3.36 -8.99 -32.17 -5.47 -10.64 -6.35 -16.99 -3.94 -2.35 -6.29 -346.13 -324.96 -310.66 -180.43 -127.51 -346.13EF -5.63 -3.36 -8.99 -32.17 -5.47 -10.64 -6.35 -16.99 -3.94 -2.35 -6.29 -346.13 -
7、324.96 -310.66 -180.43 -127.51 -346.13上弦杆FG -4.55 -4.56 -9.1 -32.56 -5.53 -8.60 -8.62 -17.20 -3.19 -3.19 -6.37 -350.37 -321.70 -321.77 -155.86 -156.09 -350.37下 ab 2.54 1.04 3.58 12.81 2.18 4.80 1.97 6.77 1.78 0.73 2.51 137.84 131.29 121.84 78.80 43.83 137.84bc 5.32 2.64 7.96 28.48 4.84 10.05 4.99 15
8、.04 3.72 1.85 5.57 306.48 289.84 272.96 167.57 105.10 306.48弦杆 cd 5.31 3.97 9.28 33.20 5.64 10.04 7.50 17.54 3.72 2.78 6.50 357.30 332.29 323.85 174.56 143.32 357.30aB -4.75 -1.81 -6.56 -23.47 -3.99 -8.98 -3.42 -12.40 -3.33 -1.27 -4.59 -252.57 -241.17 -222.65 -146.62 -78.09 -252.57Bb 3.17 1.35 4.52
9、16.17 2.75 5.99 2.55 8.54 2.22 0.95 3.16 174.03 165.52 154.06 98.63 56.20 174.03bD -1.83 -1.58 -3.41 -12.20 -2.07 -3.46 -2.99 -6.44 -1.28 -1.11 -2.39 -131.29 -121.34 -119.76 -61.32 -55.49 -131.29Dc 0.57 1.27 1.84 6.58 1.12 1.08 2.40 3.48 0.40 0.89 1.29 70.84 62.84 67.25 23.36 39.67 70.84Cf 0.64 -1.3
10、8 -0.74 -2.65 -0.45 1.21 -2.61 -1.40 0.45 -0.97 -0.52 -28.49 -19.80 -32.52 10.87 -36.22-36.22 10.87斜腹杆Fd -1.6 1.11 -0.49 -1.75 -0.30 -3.02 2.10 -0.93 -1.12 0.78 -0.34 -18.87 -25.86 -8.79 -39.98 23.19-39.98 23.19Aa -0.5 0 -0.5 -1.79 -0.30 -0.95 0.00 -0.95 -0.35 0.00 -0.35 -19.25 -19.25 -16.10 -14.39
11、-2.74 -19.25Cb -1 0 -1 -3.58 -0.61 -1.89 0.00 -1.89 -0.70 0.00 -0.70 -38.50 -38.50 -32.20 -28.78 -5.47 -38.50Ec -1 0 -1 -3.58 -0.61 -1.89 0.00 -1.89 -0.70 0.00 -0.70 -38.50 -38.50 -32.20 -28.78 -5.47 -38.50竖杆Gd 0.41 0.41 0.82 2.93 0.50 0.77 0.77 1.55 0.29 0.29 0.57 31.57 28.99 28.99 14.04 14.04 31.5
12、75. 杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按 FG 杆件的最大设计内力设计，即 N=350.37KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节点轴线长度： 0xl1.58m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：0yl0yl21.583.6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。如右图：腹杆最大内力 N=252.57KN，中间节点板厚度选用 8mm，支座节点板厚度选用 10mm设 60，查 Q235 钢的稳定系数表，可得 0.807（由双角钢组成的 T 形和十字形截面均属于 b 类）
13、 ，则需要截面积为 32N50.71A29.65mf8 需要回转半径：上125807xxy0xyl1.58im2.163.0.3上查表选用 2125807 a=8mm验算 0xyl158m6.i23.0.i9.7 满足长细比 的要求，查表 ，则15x.76 3yN0.60.MPa215A728上故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦采用等截面，按 cd 杆件的最大设计内力设计，即 N=357.3KN下弦杆计算长度： oxoyl=30m, l170/2=85m下弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。所需截面面积： 2N5A 6f2查表选用 2 80507，a=8mm 即 ，且2xy=1.45c6.c
14、,i1.39c,i4.0coxl30.8=50i.9满足要求。oyl5=21.3i4.0（3）腹杆 aB 杆: 计算长度： oxyl =2534m杆件轴力：N=-252.57KN 因为 ，故选用等肢角钢oxyl设 =100，=0.555所需面积： 2N2570A=1mf.所需回转半径： xyi 3选 2907 a=8则 2xy=4.6cm,i.8 ,i=4.0xy910 361xN257.2Mpa5A.64 Bb 杆: 计算长度： ox oyl=0.8l.613=09m ,l2613杆件轴力：N=174.03KN 选用等肢钢所需截面面积： 2N74A8.f25查表选用 2 455 a=8mm即
15、 xy=8.cm,i1.3c ,i=.1c,且 yol/i6/28350bD 杆： 计算长度： ox oyl=0.l.64=91.2m, l=864杆件轴力： N=131.29KN 选用等肢钢设 1,.5所需面积： 2A=N/f13290/(.51)=0.7所需回转半径： xoil.y/864/选用 2705 ，a=8，即 xy=13.7cm ,i2.16c ,i=3.7cm则 xyx=106.,9. ,05xN318.4Mpa21A.547cD 杆： 计算长度： ox oyl=0.826491m l=2864 上杆件轴力： N=70.84KN ，选用等肢钢所需截面面积： 2AN/f7/53.
16、查表选用 2 454 a=8mm即 xy=6.98ci1.38c i=.16c上且 xol/035yi24.62.cF、Fd 杆： 当杆件受压时取 ，cFN=-3.KFd=-39.8N计算长度 选用等肢角钢ox oyl0.81249m l124设 ，=15.上所需面积： 2cFAN/f=360/.85=6.9md921037需要回转半径： xoil/24./.y =3150=8查表选用 2 454 a=8mm即 xyA6.98cmi.8c i2.6cm上且 xo=l/13=035yi24.6.当杆件受拉时取 ，cFN87KFd2.19N计算长度： 选用等肢角钢ox oyl=0.319.m l=
17、34满足要求/A2/6Mpa5（4）竖杆竖杆 Aa :杆件轴力：N=19.25KN 计算长度： oxoyl=190m l=190内力较小 按=150 选择 需回转半径： oxxyl190i 3.275A=19250/(.38)=2.m查表选用 2 454 a=8mm即 xy6.ci1.c i.16c上且 xo=l/90/38=250，查表得yi24.6. x0.32842xN/A15/(.).98N/ m1 /竖杆 Cb：杆件轴力：N=-38.5KN计算长度： ox oyl=0.3 ,l=90m内力较小 按=150 选择 需回转半径 xi12. i15.32A=3850/(.215)8.4m查
18、表选用 2 454 a=8mm即 xy6.9ci=.3c i.16c上且 xol/18/28=50，查表得yi20.6. x0.374822xN/A=35/(.749)17.N/ m1 /竖杆 Ec：杆件轴力： N=38.5KN 计算长度： ox oyl=0.85 ,l=590m内力较小 按=150 选择 需回转半径 xi13.8i17.32A=3850/(.21).4m选用 2505 a=8mm ，即 xy A=96c,i.5c ,i=2.8c则 xyx1.4,8.,0.322N/A=38.0/(.)1.N/ 1 /m竖杆 Gd：杆件轴力：N=31.57KN计算长度： ox oyl=0.82
19、931m ,l=2890按=350 选择 所需截面面积： 2AN/f57/46.查表选用 2 454 a=8mm即 xy=6.98ci1.38c i=.1c上且 xol/67530，查表得yi20 x0.252xN/A=3157/(.98)=1.4N/ m1 /其结果见下表屋架杆件截面选择表计算长度cm回转半径（cm） 长细比 稳定系数杆件名称杆件编号内力（KN） 0xly截面规格截面面积（cm） xiyxy容许长细比Xy计算应力或NAN/A （N/mm）上弦 FG -350.37 150.8 301.6 2125807 28.2 2.30 5.97 65.6 50.5 150.00 0.77
20、6 0.851 -160.1下弦 ab 357.3 300 885.0 280507 17.45 1.39 4.00 215.83 221.25 350.00 _ _ 200.7aB -252.57 253 253 2907 24.60 2.78 4.00 91.00 63.3 150.00 0.614 0.807 -167.2Bb 174.03 209.00 261.3 2455 8.58 1.37 2.18 152.6 123.8 350.00 202.8bD -131.29 229.1 286.4 2 70 5 13.74 2.16 3.17 106.1 90.3 150.00 0.51
21、6 0.601 -185.04Dc 70.84 229.1 286.4 2 45 4 6.98 1.38 2.16 166.0 132.6 350.00 104.8cF -36.22 249.92 312.4 2454 6.98 1.38 2.16 181.10 144.6 150.00 0.325 0.421 -103.0斜腹Fd -39.98 249.92 312.4 2454 6.98 1.38 2.16 181.10 144.6 150.00 0.325 0.421 -113.69Aa -19.25 199.0 199.0 2454 6.98 1.38 2.16 144.2 144.6
22、 150.00 0.328 0.592 -83.98.Cb -38.5 183.2 229.0 2 454 6.98 1.38 2.16 132.8 106.0 150.00 0.3748 0.435 -147.2Ec -38.5 207.2 259.0 2505 9.6 1.53 2.3 135.42 108.8 150.00 0.363 0.478 -110.5竖杆Gd 31.57 231.2 289 2 454 6.98 1.38 2.16 167.5 133.8 350.00 0.255 177.4考虑施工和实际条件，可将 Dc、Cf、Fd、Aa 、Cb 、Gd 杆件统一采用截面规格为
23、 2455 的角钢。6.节点设计（1）下弦节点用 E43 型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值 160MPa。wf 下弦节点“b”设“Bb”杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.所需的焊缝长度为fhfh肢背： ，取 103mm。wfef0.7N0.7143l2m6+2 10.6肢尖： ，取 57mm。 fef.3.lh5 .设“bD” 杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.所需的焊缝长度为f fh肢背： ，取 81mm。肢尖： ，取 46mm。wfef0.3N0.3129l2h+0=45.2m756“Cb”杆内力很小，杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.按构造要求综合f fh取节点
24、板尺寸 280mm265mm下弦与节点板连接的焊缝长度为 28cm， 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦fh杆的内力差 N168.640KN，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:f0.75168456.18MPa02(2)焊缝强度满足要求。 15039265402 87 764N=3.8KN=13.K.3=.3.9 上“b 下弦节点“c”设“Dc”杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.所需的焊缝长度为fhfh肢背： ，取 49mm。wfef0.7N0.784l2hm61+2 9肢尖： ，取 40mm。 fef.3.3l 50设“Fc” 杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.所需的焊缝长度为fhf
25、h肢背： ，取 50mm。wfef0.7N0.7362l2m1+肢尖： ，取 40mm。 fef.3.lh50“cE”杆内力很小，杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.按构造要求综合f fh取节点板尺寸 240mm250mm下弦与节点板连接的焊缝长度为 24cm， 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦fh杆的内力差 N50.82KN，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:f0.75820MPa1626(41)焊缝强度满足要求。 1504986502 87 4 4526N=37.KN=3.K.=3.K. 上“c 下弦节点“d”设“dF”杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm.所需的焊缝长度为fhfh肢背
26、： ，取 50mm。wfef0.7N0.7398l2hm61+2 .肢尖： ，取 40mm。 fef.3.l 50=“dG”杆内力很小，杆的肢背 6mm 和肢尖焊缝为 5mm. 按构造要求综fhfh合取节点板尺寸 300mm225mm下弦与节点板连接的焊缝长度为 20cm， 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦f杆的内力差 N0KN，焊缝强度满足要求。. 1509665042 87 2 5 4N=37.KN=3.K9=1.K39.8 上“d（2）上弦节点上弦节点 B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸同上。设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 6mm 和 5mm，所需焊缝长度为fh肢背： ,取 150mm.wfe
27、f0.7N0.725l m2h61+ 43.5肢尖： ，取 80mm fef.3.3l 0=7.节点板上边缘缩进上弦肢背 8mm，按构造要求取节点板的长度为350mm272mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以 0.8 的折减系数。假定集中荷载 P 与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：等于二分之一节点板厚度， ， 7mmfhf1h6m=32 fh上弦与节点板焊缝长度为 350mm，则2 221fwP3850k(N)()(0.759)()1. 1.0.7hl4Ma8a满足要求。 上“BN=174.03KN=25.7K=239.876 5 96
28、108 = 上弦节点 D设“bD”和“Dc ”杆的肢背和肢尖焊缝 6mm 和 5mm，根据前面的计算，所fh需焊缝长度为肢背：取 81mm 和 49mm肢尖：取 45mm 和 40mm节点板上边缘缩进上弦肢背 8mm，按构造要求取节点板的长度为 250mm212mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以 0.8 的折减系数。假定集中荷载 P 与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：等于二分之一节点板厚度， ， 7mmfhf1h6m=32 fh上弦与节点板焊缝长度为 280mm，则2 221fw 850k(N)()(0.75)()1. 1.0.7hl
29、 364.MPa8Pa满足要求。上弦肢尖角焊缝的切应力为2 221fwP3850k(N)()(0.516)()1. 1.0.7hl 743.45Ma8a满足要求。 上“DN=174.03KN=25.7K=346.1K2 5 06814 8=239.7K059 上弦节点“F”设“Fc”和“Fd”杆的肢背和肢尖焊缝 6mm 和 5mm，根据前面的计算，所fh需焊缝长度为肢背：取 50mm 和 50mm肢尖：取 40mm 和 40mm节点板上边缘缩进上弦肢背 8mm，按构造要求取节点板的长度为200mm212mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以 0.8
30、 的折减系数。假定集中荷载 P 与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：等于二分之一节点板厚度， ， 7mmfhf1h6m=32 fh上弦与节点板焊缝长度为 280mm，则2 221fwP850k(N)()(0.754)()1. 1.0.7hl 36.4Ma8a满足要求。上弦肢尖角焊缝的切应力为2 221fwP3850k(N)()(0.54)()1. 1.0.7hl 748.6Ma8a满足要求。 上“FN=39.8KN=36.2K=350.7K62 4 450 187=34.K1 上弦节点“A” 竖杆“Aa”的肢背焊缝高度为 6mm，肢尖焊缝高度为 5mm。竖杆“Aa”的内力为19.25
31、KN，肢背： ，取 50mm。wfef0.7N0.71925l2hm6+=肢尖： ，取 40mm。 fef.3.3l 0.取节点板为 200mm200mm. 上弦节点“C”竖杆“Cb”的肢背焊缝高度为 6mm，肢尖焊缝高度为 5mm。竖杆“Cb”的内力为38.5 KN，肢背： ，取 50mm。wfef0.7N0.7385l2hm61+2=肢尖： ，取 40mm。 fef.3.l 0取节点板为 200mm200mm.竖杆“Ec”同竖杆 “Cb”。屋脊节点“G”设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝 6mm ，则所需焊缝计算长度为（一条fh焊缝） w3507l130.5m4.6 =拼接角钢长度 +弦杆杆
32、端空隙 20，拼接角钢长度取 400mm。swl2上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下设“Gd”杆的肢背和肢尖焊缝为 6mm 和 6mm。所需的焊缝长度为fh肢背： ，取 190mm。wef0.75N.3507l m2h61 82.肢尖： ，取 70mm。efl .验算节点板强度节点板长度为 350mm，节点板的宽度为 150mm上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15计算，175 1026153mm，焊缝应力为wlNff 2N2 2ff0.153740.9MPa.6.675()(3.1)()8.4Pa160M1. .M =0.K 上“G2 4562 45支座节点“A”
33、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 100mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度 8mm。N=19.25KN68015666 12553230942020135 120252b2a6010315支座底板的计算。支座反力 R232920N。设支座地板的平面尺寸采用 280220mm，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为 An=280220-40402-3.142020=57144mm。验算柱顶混凝土强度： cnR2390q4.8MPaf12.5a571支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块，块板为两
34、相邻边自由板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 1M=a2 q式中，q 为底板下的平均应力。a 1 为两支撑边之间的对角线mm2218(40)()7.41=a 为系数，由 b1/a1 查表，b 1 为两支撑边的相交点到对角线 a1 的垂直距离。由相似三角形的关系，得 b183.6mm，b 1/a10.48 查表得 0.05521Ma0.54.87.=69.Nm2 q底板厚度 ，取 t16mm6.t 3.4f1 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反力的 1/4，即232920/4=58230N,则焊缝内力为V=58230NM=5823063=3668490Nmm设焊缝 6mm，焊缝长度 3502012318mm，焊缝应力为fhwl2 225830368490()()30.4MPa1602.761.71. 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 R=232920N，其中每块加劲肋各 R/458230N，节点板传递 R/2116460N。节点板与底板的连接焊缝长度 2（28012）536mm ，所需焊脚尺寸wl为，故取f wfR/21640h 1.59m0.7l753. 6mm。f每块加劲肋于底板的连接焊缝长度为2（1062012）148mmwl所需焊缝尺寸为= ，故取 6mm。fh58302.8m.7146. fh
