1、1钢结构课程设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2013 年 12 月 30 日2梯形钢屋架课程设计一、设计资料（1） 题号 72，屋面坡度 1：10，跨度 30m，长度 102m， ，地点：哈尔滨，基本风压：0.45kN/m ,基本雪压：0.45 kN/m 。该车间内设有两台2 2200/50kN 中级工作制吊车，轨顶标高为 8.000m。（2） 采用 1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度 i=1/10。屋面活荷载标准值 0.7kPa，血荷载标准值为 0.1 kN/m ，积灰荷载标准值为 0.6 kN/m 。屋架绞支在钢筋混凝土柱2
2、 2上，上柱截面为 400mm400mm。（3） 混凝土采用 C20， ，钢筋采用 Q235B 级，焊条采用 E43 型。（4） 屋架计算跨度： =30m-20.15m=29.7ml0（5） 跨中及端部高度：采用无檩无盖方案。平坡梯形屋架，取屋架在 30m 轴线处的端部高度 ,屋架的中间高度 h=3.710（为 lo/8） 。屋架跨mh21.0中起拱按 考虑，取 60mm。5/0l二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如下图：3梯形钢屋架支撑布置如下图：1、荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载40.7 kN/m 进行计算。2屋架沿水平投影面积分布的自重（包
3、括支撑）按经验公式计算，跨度单位为米（m） 。荷载计算表如下：2(0.1)/kglkN荷载名称 标准值（kN/m ）2设计值（kN/m ） 2预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.41.35=1.89三毡四油防水层 0.4 0.41.35=0.54找平层(厚 20mm) 0.220=0.4 0.41.35=0.5480 厚泡沫混凝土保护层 0.086=0.48 0.481.35=0.648屋架和支撑自重 0.12+0.011030=0.45 0.451.35=0.608管道荷载 0.1 0.11.35=0.135永久荷载总和 3.23 4.361屋面活荷载 0.7 0.71.4=0.98积灰荷载
4、 0.6 0.61.4=0.84可变荷载总和 1.3 1.82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： kNF629.5.1)82.36.4(（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： k4.31半跨节点可变荷载： NF8.165.82（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： k4760.3半跨接点屋面板自重及活荷载： NF83.256.1)981(4 （1） 、 （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:5由数解法解得 F=1 时的屋架各杆件的内
5、力系数 (F=1 作用于全跨左半跨和右半跨). 然后进行组合,如下表:6内力系数(F=1) 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨左半跨右半跨第一种组合FF1+F2F1F2F3F4F3F4计算杆件内力(kN)AB 0.03 0.03 0.00 1.67 1.67 1.18 0.94 0.16 1.67BC、CD-10.21-7.67-2.82 -567.97 -526.37 -446.92-253.96-128.69 -567.97DE、EF-16.63-11.98-5.18 -925.11-848.94 -737.56 -400.41-224.77 -925.11FG、GH-19.87-13.
6、51-7.08-1105.35 -1001.07 -895.85-457.65-291.57-1105.35HI-20.78-13.01-8.64-1155.97 -1028.70 -957.12-449.71-336.84-1155.97上弦IJ、JK-21.24-13.49-8.62-1181.56 -1054.61 -974.84-464.63-338.84-1181.56ab 5.40 4.13 1.42 300.40 279.59 135.20 136.22 66.22 300.40bc 13.82 10.18 4.05 768.79 709.17 608.76 338.54 180
7、.21 768.79cd 18.50 12.97 6.15 1029.14 938.56 826.84 436.21 260.05 1029.14de 20.48 13.41 7.86 1139.28 1023.48 932.57 458.41 315.05 1139.28下弦ef 19.81 10.91 9.91 1102.01 956.23 939.85 390.17 364.34 1102.01aB-10.95-8.39-2.85 -609.14 -567.20 -476.46-276.61-133.51 -609.14Bb 8.87 6.53 2.60 493.43 455.10 39
8、0.73 217.19 115.68 493.43bD -7.44 -5.18 -2.52 -413.88 -376.86 -333.29 -174.50 -105.79 -413.88Dc 5.56 3.54 2.25 309.30 276.21 255.08 121.85 88.53 309.30cF -4.31 -2.34 -2.20 -239.76 -207.49 -205.20 -84.02 -80.40 -239.76斜腹杆Fd 2.83 1.04 1.98 157.43 128.11 143.51 42.34 66.62 157.437dH -1.68 0.08 -1.95 -9
9、3.46 -64.63 -97.88 -2.12 -59.56 -97.88He 0.48 -1.12 1.78 26.70 0.49 48.00 -26.30 48.60 48.60-26.30eg 1.38 3.27 -2.09 76.77 107.73 19.93 92.01 -46.44 107.73-46.44gK 2.09 3.96 -2.09 76.77 107.73 19.93 92.01 -46.44 107.73-42.55gI 0.66 0.68 -0.03 36.72 37.04 25.41 21.17 2.84 37.04Aa -0.50 -0.50 0 -27.81
10、 -27.81 -19.62 -15.65 -2.74 -27.81Cb、Ec -1 -1 0 -55.63 -55.63 -39.25 -31.30 -5.47 -55.63Gd -1 -1 0 -55.63 -55.63 -39.25 -31.30 -5.47 -55.63Jg -1 -1 0 -55.63 -55.63 -39.25 -31.30 -5.47 -55.63Ie -1.51 -1.53 0 -84.00 -84.33 -58.94 -47.78 -7.74 -84.33Kf 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00竖杆5、杆件
11、设计（1） 上弦杆整个上弦采用等截面，按 IJ、JK 杆件的最大设计内力设计，即N= -1181.56kN上弦杆计算长度：屋架平面内：为节间轴线长度，即 mlox507.1屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取 为支撑点间的距离，即yl0=31.507=4.521m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，如图：8腹杆最大内力 N= -609.14kN，查表得中间节点板厚度选用 12mm，支座节点板厚度选用 14mm。设 =60 ，查 Q235 钢的稳定系数表，得 （由双角钢组成的 T 形807.和十字形
12、截面均属 b 类） ，则需要的截面积为: 2395.621807.5mfNA需要的回转半径：mliox.56.lioy4.7021.根据需要 A、 、 查角钢表，选用 218011014，肢背间距xiya=12mm，则：A=7800 ， =30.8mm， =88.0mm2mxiyi验算：38.510.4297yoxilil由于 =150，所以满足细长比要求。因为 ，只需求 ，查表得 =0.847，则xyyyMPaMPaANy 2158.177804.56139故所选截面符合要求。（2） 下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的杆计算.N=1139.28kN, (因跨中有通长系杆 ),所需
13、截面为:mlox3014850297oyl 229.58.93cmfNA选用 218011012,因 ,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图oxylcmicicmcAyx75.8,10.3,.5740.622 3507.1695.840yxilil故所选截面符合要求。(3) 端斜杆 aB杆件轴力: N= -609.14kN计算长度: mloyx253因为 ,故采用不等肢角钢,长肢相并,使 .选用 21409010,ol oyxl则 A=44.6cm ， ， 2cix47.ciy73.1.56.xoil9.73.2yoil10因为 ，只需要求 ，查表得 0.764，则yxyMPaANy 2157.1
14、84607.93所以所选截面符合要求。（4）腹杆 eKg此杆可在 g 点处不断开，采用通杆。最大拉力： kNkNegg 73.10,9.146最大压力： Ke 542在桁架平面内的计算长度取节点中心间距 ，在桁架平面外的mlx60计算长度： cNly 37.45).25.70(46)25.07(110 选用 2635，查表有： 15038.40.951762.,.0yx yxili cmicicmA因 ，只需求 ，查表得 =0.31，则yxyyMPaANPay 21563.19280.1463.033 拉 应 力 ：符合要求（5）竖杆 Ie cmlcllkyx 319,2.53198.0400
15、 由于杆件内力较小，按 选择，则需要的回转半径为11cmliiyx13.25097.0查型钢表，选截面的 和 较上述计算的 和 略大。选用 2635，其xiyxiy几何特征为 15097.40.312504.3,9,6.0yx yxilil cicicA因 ，只需求 ，查表得 =0.38，则yxyyMPaANy 2157.18023.0843符合要求。其余各杆见下表：12计算长度 回转半径 (cm) 长细比 稳定系数杆件编号 内力(kN) x y 截面规格截面面积 x y x y容许长细比x y计算应力IJ、JK -1181.56 150.8 452.4218011014 77.93 3.08
16、 8.8 48.96 51.41 150 0.847 179.00de 1139.28 300 1485 218011012 67.42 3.1 8.74 96.77 169.91 350 168.98Aa -27.81 199 199 2635 12.286 1.94 3.04 102.60 65.46 150 0.538 42.07aB -609.14 253.5 253.5 21409010 44.522 4.47 3.74 56.71 67.78 150 0.764 179.08Bb 493.43 208.64 260.8 21006 23.864 3.1 4.51 67.30 57.
17、83 350 206.77Cb -55.63 183.2 229 2505 9.606 1.53 2.53 119.74 90.51 150 0.439 131.92bD -413.88 229.52 286.9 21007 27.592 3.09 4.53 74.28 63.33 150 0.724 207.18Dc 309.30 228.72 285.9 2706 16.32 2.15 3.33 106.38 85.86 350 189.52Ec -55.63 203.84 254.8 2505 9.606 1.53 2.53 133.23 100.71 150 0.363 159.54c
18、F -139.76 250.32 312.9 2906 21.274 2.79 4.13 89.72 75.76 150 0.621 105.79Fd 157.43 249.44 311.8 2505 9.606 1.53 2.53 163.03 123.24 350 168.89Gd -55.63 231.2 289 2505 9.606 1.53 2.53 151.11 114.22 150 0.304 190.50dH -97.88 271.6 339.5 2706 16.32 2.15 3.33 126.33 101.95 150 0.304 197.29He 48.60-26.30
19、270.8 338.5 2635 12.28 1.94 3.04 139.59 111.35 150 0.347 61.72Ie -84.33 255.2 319 2635 12.28 1.94 3.04 131.55 104.93 150 0.381 180.2413eg 107.73-46.44 230.6 449.95 2635 12.28 1.94 3.04 118.87 148.01 150 0.31 121.99gK 146.90-42.55 230.6 449.95 2635 12.28 1.94 3.04 118.87 148.01 150 0.31 111.77Kf 0.00
20、 349 349 2635 12.28 2.45 2.45 142.45 142.45 200 0gI 37.04 166.32 207.9 2505 9.606 1.53 2.53 108.71 82.17 350 38.56Jg -55.63 120.64 150.8 2505 9.606 1.53 2.53 78.85 59.60 150 0.665 87.09146、节点设计(1) 下弦节点 b用 E43 型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。MPaf160设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按mhf68和等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算） mlhfhNl
21、 lfl fe fe 150,2,38.12607.243913 ,6,5723 取考 虑肢 尖 ： 取考 虑肢 背 ：设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为mhf和 mlhfhNl lfl fe fe 120,2,65.1027.02841331 8,6,97.3.2 取考 虑肢 尖 ： 取考 虑肢 背 ：“Cb”杆的内力很小（-55.63kN） ，按构造确定焊缝，取 =5mm。f按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：329mm458mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 45.8cm， =6mm。焊缝所受的力为左右fh两下弦杆的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝kNN39.4680.
22、379.68应力为 MPaf 1.)1245(7.02. 焊缝强度满足要求。节点图如下：15（2）上弦节点“B”设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等mhf610和肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算） mlhfhNl lfl fe fe 180,2,63.158067.249350. ,76. 3 取考 虑肢 尖 ： 取考 虑肢 背 ：为了在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊逢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
23、内的应力由下面计算得 mhhff 10,61221节 点 板 厚 度上弦与节点板间焊缝长度为 460mm，则 MPalhPNkf 5.12)460(7.2.259)85(7.02).()(21 Maf8.上弦肢间角焊缝的切应力为 MPalhPNkf 3.25)1460(7.2.59)850(7.02).1()( 221 160MPa16节点详图如下：（3） 屋脊节点“K”设拼接角钢与收压弦杆之间的角焊缝 ，则所需焊缝计算长度为mhf10（一条焊缝） l 35.28467.041239拼接角钢的长度 +弦杆杆端空隙，拼接角钢角度取 620mm。)(fsh上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载
24、，验算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处演算略。上弦脂尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝 ，取节点板长mhf10度为 500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 ，l 20)2/5(焊缝应力为 MPaNf 4.72017.8560Mf 83126 PafNf 16042.2.3)54.7(.1)(2 因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点下弦中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板连接用工厂焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与上几个节点相同。节点详图如下：17（4） 支座
25、节点”A”(a) 支座底板的计算.支座反力 R=556290N设支座底板的平面尺寸采用 280mm400mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,则承压面积为 280234=65520 。验算柱顶混凝土的抗压强2m度： MPafPaARcn 5.149.86520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度的最大弯矩为 2aM底板下的平均应力，即 =8.49MPa;两边支承之间的对角线长度，即 ；2a ma6.1720)214(2 系数，由 查表确定。22/ab为两边支承的的相交点到对角线 的垂直距离。由此
26、得b2a49.06178,8.46.1723022 m18查表得 =0.0586，则单位宽度的最大弯矩为2mNaM3.14826.749.8056.底板厚度为，取 t=22mmft 3.201.6（b）加劲肋与节点板的连接焊逢计算。加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如右图：偏于安全的假定一个加劲肋的受力屋架支座反力的1/4，即 556290/4=139072.5N，则焊缝内力为V=139072.5则 M=139072.565=9039712.5 mN设焊缝 ，焊缝计算长度mhf6，则焊缝应力为l4912058 MPaa16056.40)2.14967.025.3()4967.025.132( （b）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=556290N，其中每块加劲肋各传 R/4=139072.5N，节点板传递R/2=278145N。节点板与底板的连接焊缝长度 ml 156)201(2所需焊缝尺寸为 Rhf 657.039.1657.04/ 故取 。mf8节点详图如下：19其他节点的计算不在一一列出，详细的施工构造见施工图。7.绘制屋架施工详图屋架施工详图如图所示
