课程设计梯形钢屋架设计计算书

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1、梯形钢屋架计算书学生姓名 XXX班级名称 专业名称土木工程指导教师XXX1 / 19目录1 设计资料11.1 基本资料11.2 荷载标准值12 结构形式与布置12.1屋架形式12.2屋架尺寸的确定12.3钢材和焊条的选用32.4屋盖支撑布置33 荷载计算33.1恒活荷载计算33.2 荷载组合44 内力计算45 杆件截面设计55.1上弦杆截面计算55.2下弦杆截面计算65.3斜杆截面计算75.3.1 斜杆aB75.3.2 斜杆Bc75.3.3 斜杆cD85.3.4斜杆De85.3.5斜杆eF85.3.6斜杆Fg95.4竖杆截面计算95.4.1竖杆Aa105.4.2竖杆Cc105.4.3竖杆Ee1

2、05.4.4 竖杆Gg116 节点设计126.1下弦c节点126.2上弦B节点146.3屋脊G节点156.4支座a节点161 设计资料1.1 基本资料某厂房总长度90m，跨度L18m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距6m。结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C25，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦标高为18m；屋盖结构为无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.8kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.5kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑

3、，而是取两者的较大值；积灰荷载 0.8 kN/m21.2 荷载标准值屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2水泥砂浆找平层 0.4kN/m2保温层 0.5 kN/m2(按选题) 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m22 结构形式与布置2.1屋架形式屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架，屋面坡度i=L/10 ，L为屋架跨度。2.2屋架尺寸的确定屋架计算跨度屋架端部高度取： HO=2000mm屋架高跨比：。屋架跨中起拱。为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大

4、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，屋架几何尺寸及内力值如图所示。图1 18m跨屋架几何尺寸图2 18m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图3 18m跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 2.3钢材和焊条的选用根据计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用 Q235沸腾钢，要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸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。2.4屋盖支撑布置根据厂房长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一

5、柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。3 荷载计算3.1恒活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。故取屋面活荷载0.8kN/进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度L单位为m,荷载计算结果见表1。表 1 荷载计算表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.451.451.21.74三毡四油上铺绿豆砂防水

6、层0.40.41.20.48水泥砂浆找平层0.40.41.20.48保温层0.50.51.20.6找平层0.30.31.20.36屋架和支撑自重0.12+0.01118=0.3180.3181.20.382三毡二油隔气层0.050.051.20.06永久荷载总和3.4184.102屋面活荷载0.80.81.41.12积灰荷载0.80.81.41.12可变荷载总和1.62.243.2 荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：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：全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半

7、跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：、为使用节点荷载情况，为施工阶段荷载情况。 4 内力计算由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1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2。 表2 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力(kN)全跨左半跨右半跨第一种组合F第二种组合第三种组合F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦 AB 000000000 BC -6.221-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08 CD -6.221

8、-4.371-1.85-355.08-317.79-266.96-133.9-69.01-355.08 DE -8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3 EF-8.993-5.636-3.357-513.3-445.63-399.68-176-117.3-513.3 FG-9.102-4.551-4.551-519.52-427.78-427.78-148.4-148.4-519.52下弦 ac3.472.5370.933198.06179.25146.9177.2335.95198.06 ce7.9625.3252.63745

9、4.46401.29347.1164.4495.25454.46 eg9.2795.3123.967529.63449.65422.54168.63134.01529.63斜 aB-6.502-4.754-1.748-371.12-335.88-275.28-144.7-67.35-371.12腹杆 Bc4.7393.1581.581270.49238.62206.8397.5856.99270.49 cD-3.382-1.862-1.52-193.04-162.39-155.5-59.56-50.75-193.04 De1.8840.541.344107.5380.4496.6520.384

10、1.07107.53 eF-0.690.615-1.305-39.38-13.08-51.7813.46-35.96-39.38 Fg-0.462-1.6321.17-26.37-49.966.53-43.628.53-26.37竖杆 Aa-0.5-0.50-28.54-28.54-18.46-14.59-1.72-28.54 Cc-1-10-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08 Ee-1-10-57.08-57.08-36.92-29.18-3.44-57.08 Gg0.8120.4060.40646.3538.1638.1613.2413.2446.355

11、杆件截面设计5.1上弦杆截面计算整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=519.52KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：， 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=371.12 KN，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm设60，0.807，截面积为需要回转半径：根据需要的A 、 ix 、iy ，查角钢型钢表，选用2，A = 50.6 c , ix = 2.85 cm , iy = 7.78cm。按所选角钢进行验算：，满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.2下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，

12、N=529.63kN （拉力）计算长度：屋架平面内取节间轴线长度屋架平面外根据支撑布置取计算需要净截面面积 选用216010010（短肢相并），A =50.60 c , ix = 2.85 cm , iy =7.78cm 按所选角钢进行截面验算，取。 所选截面满足要求。5.3斜杆截面计算5.3.1 斜杆aBN = -371.12kN (压力)，l0x = l0y = l =251.6 cm因为l0x = l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix = iy 选用21409010， A = 44.6 c , ix = 2.56 cm , iy = 6.84cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细

13、比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.3.2 斜杆BcN = 270.49kN（拉力），l0x = 0.8l = 208.1cm, l0y = l =260.1 cm计算需要净截面面积 选用2638， A = 19.02 c , ix = 1.90 cm , iy = 3.10 cmxxyy12图 4斜杆Bc截面验算： 所选截面满足要求。5.3.3 斜杆cDN =-193.04kN (压力)，l0x =2247mm l0y = l =2809mm选用2807，A =21.72mm2 , ix =2.46cm , iy = 3.75cm 属于b类截面 属于b类截

14、面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.3.4斜杆De N =107.53kN（拉力），l0x = 0.8l = 224.7cm, l0y = l =280.9 cm计算需要净截面面积 选用2565，A =10.82 c , ix =1.72 cm , iy =2.77 cm验算： 所选截面满足要求。5.3.5斜杆eFN =-39.38kN (压力)，l0x =259.5cm l0y = l =324.3cm 选用2636，见图5所示，A =14.58c , ix = 1.93cm , iy = 3.06cmxxyy12图5斜杆eF截面验算 由于只需求

15、出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.3.6斜杆FgN =-26.37kN (压力)，l0x =241.8cm l0y = l =302.3cm选用2807，A =21.72c , ix = 2.46cm , iy = 3.75cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.4竖杆截面计算5.4.1竖杆AaN =-28.54kN (压力)，,l0x = l0y =l=201.25cm 选用26310，A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要

16、求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.4.2竖杆CcN =-57.08kN (压力)，,l0x =1800mm l0y =2250mm 选用26310， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.4.3竖杆EeN =-57.08kN (压力)， l0x =2000mm l0y =2500mm 选用26310， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要

17、求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。5.4.4 竖杆GgN =46.35kN (拉力)， l0x =2400mm l0y =3000mm 选用26310， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 满足长细比：的要求。所选截面合适。表3 屋架杆件截面选择表杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积（m）回转半径长细比容许长细比系数min(N/m)loxloyix(mm) iy(mm)max上弦-519.5215053010短肢相并2L16010010506028.577.8531500.842121下弦529.6330006000

18、短肢相并2L16010010506028.577.8105350105斜腹杆aB-371.1225162516长肢相并2L1409010446025.668.4981500.568146.5Bc270.49208126012L638190219.031.0110350142cD-193.04224728092L807217224.637.5911500.614145De107.53224728092L565108217.227.713135099eF-39.38259532432L636145819.330.61351500.36574Fg-26.37241830232L807217224.6

19、37.5981500.56821竖杆Aa-28.542012.52012.5十字形2L6310233218.830.71061500.51724Cc-57.0818002250十字形2L6310233218.830.7961500.58142Ee-57.0820002500十字形2L6310233218.830.71061500.51747Gg46.3524003000十字形2L6310233218.830.7128350206 节点设计6.1下弦c节点先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw 。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。

20、选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/m，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。 （1）Bc杆的内力N=270.49KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=6mm，所需要的焊缝长度为：肢背，取150mm肢尖，取80mm（2）cD杆的内力N=193.04KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=6mm，所需要的焊缝长度为：肢背，取100mm肢尖，取60mm（1） 竖杆cC杆的内力N=-57.08KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=8mm。所需要的焊缝长度为：因为，所以按两面侧焊缝计算。肢背，取40mm肢尖，取40mm（4）下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻

21、下弦内力之差。N454.46198.06256.4kN肢背焊缝验算，hf8mm， f11N/mm2160N/mm2焊缝强度满足要求。根据节点放样，得节点板尺寸为310360，节点图如下图所示。图6下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸 杆件hf（mm） 肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)Bc6147mm取150mm670mm取80 mm cD690mm取100mm618mm取60 mm De5114mm取120mm 555mm取70mmeF674mm取80mm638mm取60mm Fg553mm取60mm 528mm取60mm6.2上弦B节点aB杆N-371.12kN，采用三面围焊，设肢背和肢尖 hf

22、= 8mm，因为，所以按两面侧焊缝计算。 lw116142，取lw1150mm lw21676，取lw280m上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf（mm）肢背 (mm)hf（mm）肢尖 (mm)aB8144mm取150mm878mm取80mm Bc6174mm取180mm682mm取90 mm cD6139mm取150mm666mm取70 mm De5114mm取120mm 555mm取70mmeF674mm取80mm638mm取60mm Fg553mm取60mm 528mm取60mm考虑搁置檩条，节点板缩进上弦肢背7mm，用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算，P47.92kN。节点板尺寸为28

23、5417设肢尖焊缝=5mm，假定集中荷载P与上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影响。肢背焊缝验算：肢尖焊缝验算：6.3屋脊G节点（1）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除，并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设gG杆与节点板的焊缝尺寸为：肢背hf=8mm，lw1=(0.6546.35103)/（20.78160）+16=32mm，取lw1=40mm，肢尖hf=8mm，lw2=（0.3546.35103）/（20.78160）+16=24mm。取lw

24、2=40mm。设焊缝高度hf=8mm，则所需要焊缝计算长度为：lw=（519.52103）/（40.78160）+16=194mm。取lw =210mm。拼接角钢长度600mm2210=420mm。（2）上弦与节点板间的焊槽，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hf=8mm，节点板长度为470mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=470/2-5-10=220mm，焊缝应力为：fN=（0.15519.52103）/（20.78220）=38N/mm2，fM=（0.15654.53103556）/（20.782202）=60N/mm2， =6

25、3.4kN/mm2160kN/mm2中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=46.35KN此杆内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊缝尺寸hf=8 mm，焊缝长度lw50 mm。6.4支座a节点为了便于施焊，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。加劲肋取4608012mm，节点取46038014mm的钢板。（1）支座底板的计算支座反力RA=RB=423.6KN 按构造要求采用底板面积为ab=280360mm2如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R，则承压面积为280（280+12）=48160mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：=R/Au=423.6103/4816

26、0=10N/mm2fc=12.5N/mm2满足。底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距为：M=故M=0.04510165.62=12340.5Nmm。底板厚度t=19mm，取t=20mm。（2）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力R=479.2kN，其中每块加劲肋各传R/4=105.9kN，节点板传递R/2=211.8kN。节点板与底板的连接焊缝计算长度=2（300-10）=580mm，所需要的焊脚尺寸为h(211.8103)/(0.75801601.22)=2.8mm，取h=6m

27、m。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为=（100-20-10）2=140mm。所需要的焊缝尺寸为h(211.8103)/(0.71401601.22)=11mm，取h=14mm.（3）加劲肋与节点的连接焊缝计算加劲肋高度取与支座节点板相同，厚度取与中节点板相同（即38014460），一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一支座反力。R/4=423.6103/4=119.8103N，M=Ve=119.810350=5.95106Nmm设焊缝hf=8mm，焊缝计算长度lw=460-10-15=435mm，则焊缝应力为f=(119.8103)/(20.78435)=25N/mm2，f=(65.95106)/(20.784352)=17N/mm2， =29N/mm2160N/mm2其他节点设计方法与上述方法类似。具体见屋架施工图 友情提示：方案范本是经验性极强的领域，本范文无法思考和涵盖全面，供参考!最好找专业人士起草或审核后使用。