钢结构梯形钢屋架课程设计计算书

'目录1设计资料2结构形式与选型3荷载计算4内力计算5杆件设计6节点设计7参考文献18 梯形钢屋架课程设计计算书一、设计资料：题号：普通梯形钢屋架19号该课程设计题目为：普通梯形屋架，该结构位于佳木斯市。1、车间柱网布置：长度84m；柱距6m；跨度18m2、屋面坡度：1：103、屋面材料：混凝土大型屋面板（包括灌浆）4、荷载标准值1）静载：屋架及支撑自重0.3KN/m²;SBS改性沥青油毛毡防水层0.4KN/m²；20厚水泥砂浆找平层0.4KN/m²;100厚水泥珍珠岩保温层0.4KN/m²冷底子油隔气层0.05KN/m²大型屋面板自重（包括灌缝）1.4KN/m²管道设备自重0.1KN/m²2）活载：屋面雪荷载或活荷载最大值0.65KN/m²；积灰荷载0.5KN/m²；屋面坡度不大，对荷载影响小，不予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。5、材质Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。18 二、结构形式与选型屋架形式及几何尺寸如图所示根据厂房长度(84m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为18m故不设下弦支撑。梯形钢屋架支撑布置如图所示：18 18 三、荷载计算荷载计算表：荷载名称标准值（KN/m²）设计值（KN/m²）混凝土大型屋面板自重1.41.4×1.35＝1.89屋架及支撑自重0.30.3×1.35＝0.405屋面防水层0.40.4×1.35＝0.54找平层0.40.4×1.35＝0.54保温层0.40.4×1.35＝0.54隔气层0.050.05×1.35＝0.068管道设备自重0.10.1×1.35＝0.135永久荷载总和3.054.118雪荷载、活荷载最大值0.650.65×1.4＝0.91积灰荷载0.50.4×1.4＝0.56可变荷载总和1.151.47荷载组合方法：1、全跨永久荷载＋全跨可变荷载F1+F2=(4.118+1.47)×1.5×6=50.292kN2、全跨永久荷载＋半跨可变荷载F1=4.118×1.5×6=37.062kNF2=1.47×1.5×6=13.23kN3、全跨屋架（包括支撑）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活荷载F2=1.47×1.5×6=13.23kNF3=0.405×1.5×6=3.645kNF4=(1.85+0.91)×1.5×6=24.84kN18 四、内力计算计算简图如下杆件名称杆件编号单位荷载F＝1杆件内力计算内力全跨①左跨②右跨③组合一(F1+F2)*①组合二最大值F1*①+F2*②组合三最大值F3*①+F4*②上弦杆AB0000000BC-6.23-4.37-1.86-313.31-288.71-131.25-313.31CD-6.22-4.36-1.86-312.81-288.20-130.97-312.81DE-9-5.64-3.36-452.62-408.17-172.90-452.62EF-8.99-5.63-3.36-452.12-407.67-172.61-452.12FG-9.1-5.32-3.78-457.65-407.64-165.31-457.65下弦杆ac3.472.540.93174.51162.2075.74174.51ce7.965.332.63400.32365.52161.41400.32eg9.285.313.97466.70414.18165.72466.70斜腹杆aB-6.5-4.75-1.75-326.8-303.74-141.68-326.89Bc4.743.161.58238.38217.4895.77238.38cD-3.38-1.86-1.52-169.98-149.87-58.52-169.98De1.880.541.3494.5476.8220.2694.54eF-0.690.62-1.31-34.70-17.3712.88-34.70Fg-0.46-1.631.17-23.13-38.61-42.16-42.16竖杆Aa-0.5-0.50-25.14-25.14-14.24-25.14Cc-1-10-50.29-50.29-28.48-50.29Ee-1-10-50.29-50.29-28.48-50.29Gg0.810.410.440.7335.4413.1340.7318 五、杆件设计：复杆最大内力为326.898KN，查课本表7.4，选用中间节点板厚为10mm，支座板厚为12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-457.65KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度=1507.5mm屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度：=21507.5=3015mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见下图：设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807需要截面积===2637.7需要回转半径：====50.25mm根据需要的、、查角钢型钢表，初选2L1409010，A=4460，=25.6mm，=67.7mm。按所选角钢进行验算：18 ===58.90＜[λ]=150===44.53＜[λ]=150双角钢T型截面绕对称(y)轴应按弯扭屈曲计算长细比.,故应按《钢结构》式4.15计算故由于，只需求出，查轴心受力稳定系数表，＝0.813==126.21MPa<215MPa所选截面合适。填板每个节间放一块，la=75.4cm<40i=40×2.56=102.4cm。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=466.7KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=3000mm屋架平面外根据支撑布置取=9000mm计算需要净截面面积==2170.70,选用2L1409010，因为>,故用不等肢角钢，短肢相并，见下图：A=4460，=25.6mm，=67.7mm。=<[]=35018 =<[]=350所选截面满足要求。填板每个节间放一块，la=150cm<80i=40×2.56=204.8cm。3.端斜杆aB已知N＝-326.89kN，＝＝2530mm。因为＝，故采用不等肢角钢，长肢相并，使＝，选用角钢2L100808A＝2780，＝31.5mm，＝34.9mm截面刚度和稳定验算：=<[]=150=<[]=150因为只需求，查表得=0.687MPa<215MPa所选截面满足要求。填板放两块，la=84.5cm<40i=40×3.15=126cm。4斜腹杆Bc杆件轴力：N=238380N计算长度：，因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。设，查Q235钢的稳定系数表，可得，则需要的截面积为需要的回转半径：18 ，根据需要A，，查角钢规格表，选用2L906，肢背间距a=10mm,则A=21.28,=2.79cm,=4.05cm按所选角钢进行验算：满足长细比要求。由于，只需求。查表=0.740，则故所选截面合适。填板放两块，la=87.4cm<40i=40×2.79=111.6cm。其他杆件的计算结果列在下表：杆件名称杆件编号内力（KN）计算长度cm截面规格截面面积（cm²）回转半径（cm）长细比容许长细比计算应力（N/mm²）上弦FG-475.65150.75301.32┐┌140×90×1044.62.566.7758.8844.50150.00126.21下弦ab466.703009002┐┌140×90×1044.62.566.77117.18132.93350.00104.64斜腹aB-326.892532532┐┌100×80×827.83.153.4180.3174.19150.00171.16Bc238.38209.04261.32┐┌90×621.282.794.0574.9264.51350.00112.02cD-169.98229.12286.42┐┌80×515.822.483.6392.3878.89150.00177.01De94.54229.12286.42┐┌50×59.61.532.45118.1096.75350.0098.47eF-34.70249.92312.42┐┌63×512.281.942.96128.82105.54150.0072.08Fg-42.16249.92312.42┐┌63×512.281.942.96128.82105.54150.0087.58竖杆Aa-25.14159.21992┐┌63×512.281.942.9682.0667.22150.0030.33Cc-50.29183.22292┐┌50×59.61.532.45119.7393.46150.00119.88Ee-50.29207.22592┐┌50×59.61.532.45135.42105.71150.00144.31Gg40.73231.22892┐┌63×512.281.532.96151.1197.63350.0033.1618 相应斜杆的焊缝长度：aB肢背8-160肢尖6-110；Bc肢背8-120肢尖6-90cD肢背8-100肢尖6-120；De肢背5-80肢尖5-80eF肢背5-80肢尖5-80;Fg肢背5-80肢尖5-80填板：上下弦杆在节点之间各填一个；复杆之间全部填2个；中间竖杆为三个。六、节点设计各杆件的内力由上表查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值MPa各杆件内力由上表查得1.下弦节点c（1）斜杆Bc与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：肢背：，取＝120mm肢尖：，取＝90mm18 （2）斜杆cD与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：肢背：，取＝100mm肢尖：=98.89+12=110.89mm，取＝120mm（3）竖杆Cc与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=6mm。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300mm×400mm。（4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差△N=400.32-174.51=225.81KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为400mm,受力较大的肢背处的焊缝应力为：<160MPa（5）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误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图所示：18 2.上弦节点B（1）斜杆aB与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。N=-326.89KN（2）斜杆aB与节点板连接焊缝计算设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为肢背：,取=160mm肢尖：，取＝110mm（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：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，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算得，上弦与节点板间焊缝长度为400mm，则MPa<0.8MPa上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差△N=313.31KN偏心距e=140-25＝115mm设需焊缝长度为400mm，则18 （2）节点板尺寸：方法同前，如图所示3.屋脊节点J（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：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内力计算。设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm，则需焊缝长度为，取=150mm拼接角钢长度取2(150+20)+24＝364mm，取拼接角钢长度为400mm.18 (2)弦杆与节点板的连接焊缝计算：取节点板的长度为400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为170mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载：上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为10mm。（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm。（2）节点板尺寸：方法同前，如图所示18 4.端部支座节点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180mm。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12mm。（1）支座底板计算支座反力，采用混凝土强度为C20，Fy=9.6N/mm2.锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积：按构造要求取底板尺寸为280mm280mm=78400>37519.79，垫板采用—10010020，孔径为26mm。偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积：验算柱顶混凝土的抗压强度：满足18 底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为式中--------底板下的平均应力，=4.18MPa--------两边支承对角线长，=--------系数，由决定。为两边支承的焦点到对角线的垂直距离。由相似三角形的关系，得=0.5得＝0.056宽度的最大弯矩为M==8361.57N.mm底板厚度=15.28取t=20所以底板尺寸为-280*280*20（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力.加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即—49514010）设焊缝尺寸为6mm，验算焊缝应力为：（3）节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算：hf=8mm，实际焊缝总长度：焊缝设计应:18 具体数据参见施工图七、参考文献:1、《钢结构》（教材）2、《梯形钢屋架》图集3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）18'