梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)例題

1、鋼屋架課程設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)資料二、 B組甲（a）跨度30m，長(zhǎng)度210m。三、 采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保護(hù)層，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7kPa，血荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.1 kN/m，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 kN/m。屋架絞支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm。四、 混凝土采用C20，鋼筋采用Q235B級(jí)，焊條采用E43型。五、 屋架計(jì)算跨度：=30m-2×0.15m=29.7m六、 跨中及端部高度：采用無(wú)檁無(wú)蓋方案。平坡梯形屋架，取屋架在30m軸線處的端部高度：?？缰懈叨龋篐=。屋架跨高比

2、：H/L=3490/3000=1/8.6。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架形式及幾何尺寸如下圖：梯形鋼屋架支撐布置如下圖：1、 荷載計(jì)算屋面荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)取較大值進(jìn)行計(jì)算，故取屋面活荷載0.7 kN/m進(jìn)行計(jì)算?？缍葐挝粸槊祝╩）。荷載計(jì)算表如下：(2.72/0.7=3.9>2.8則由永久荷載效應(yīng)組合控制)荷載名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）設(shè)計(jì)值（kN/m）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4×1.35=1.89三氈三油加綠豆沙0.40.4×1.35=0.54找平層(厚20mm)0.40.4×1.35=0.54支撐自重0.07

3、0.07×1.35=0.0945屋架自重0.12+0.011×30=0.450.45×1.35=0.6075永久荷載總和2.723.672屋面活荷載0.70.7×1.4×0.7=0.686可變荷載總和0.70.686設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：（3）全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨接點(diǎn)屋面板自重及活荷載：（1）、（2）為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4、內(nèi)力計(jì)算 屋架在上述

4、三種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下:全跨永久荷載+全跨可變荷載：F全跨永久荷載+半跨可變荷載：F1+F2全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：F2+F4上弦左半跨作用單位節(jié)點(diǎn)力下的內(nèi)力系數(shù)：由數(shù)解法解得F=1時(shí)的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)(F=1作用于全跨左半跨和右半跨).然后進(jìn)行組合,如下表:桿件名稱(chēng)內(nèi)力系數(shù)(F=1)第一種組合F×第二種組合第三種組合計(jì)算桿件內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨F1×+F2×F1×F2×F3×F4×F3×F4×上弦AB000000000BC、CD-

5、11.32-8.20-3.12-443.97-581.69601-499.79601-258.9589-142.4089-628.15141DE、EF-18.17-12.52-5.65-712.63-927.69831-816.80571-403.6948-245.8861-628.05141FG、GH-21.49-13.84-7.65-842.84-1086.30522-986.55102-458.6017-316.6438-1011.8915HI-22.28-13.01-9.27-837.82-1109.34747-1049.5605-448.5659-363.4844-1200.4738

6、IJ、JK-22.74-13.48-9.26-891.86-1135.4931-1068.0075-462.0925-366.0553-1247.7585下弦ab6.274.611.66245.91311.62698264.94398140.155473.7219334.88658bc15.1910.754.44844.44822778.43682676.55322342.9411197.9529844.44822cd20.0913.426.671120.368061020.94146912.01446438.1375283.1261120.36806de22.0513.598.461232.

7、182351106.056351023.66495457.99340.74071232.18235ef21.110.5510.551184.89771026.99451028.7963388.3056390.86971184.8977斜腹桿aB-11.42-8.44-2.98-629.72028-585.65808-498.02508-263.0857-138.3772-629.72028Bb8.866.252.61503.44245463.96665403.52445204.2819118.268503.44245bD-7.29-4.94-2.35-420.55524-382.38984-3

8、43.40544-163.2645-107.7867-420.55524Dc5.493.242.25308.74095275.16195258.94575111.943588.8666308.74095cF-4.20-2.02-2.18-237.53583-204.77583-207.72423-76.2706-80.4664-237.53583Fd2.660.711.95152.42346123.10326143.2506637.132365.8036152.42346dH-1.500.41-1.91-87.33753-58.50873-96.67413-4.159-58.4713-96.6

9、7413He0.28-1.441.7220.02644-6.0177645.90684-26.702147.190647.1906-26.7021eg1.643.68-2.0486.78124117.5756423.5544488.7196-45.0798117.57564-45.0798gK2.344.39-2.05126.83412157.6285251.81372109.4412-41.1414157.62852-41.1414gI0.650.65036.1588536.1588525.5118518.7073.555536.15885豎桿Aa-0.5-0.50-27.8145-27.8

10、145-19.6245-14.39-2.735-27.8145Cb、Ec-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Gd-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Jg-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Ie-1.5-1.50-83.4435-83.4435-58.8735-43.17-8.205-83.4435Kf0009.456938.146538.146533.02783.02789.456935、 桿件設(shè)計(jì)（1） 上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按IJ、

11、JK桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即 N= -891.86kN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長(zhǎng)度，即屋架平面外：取為兩塊屋面板的寬，即=2×1.508=3.016m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并，如圖：腹桿最大內(nèi)力N= -447.89kN，查表得中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。設(shè)=60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬b類(lèi)），則需要的截面積為:需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用2160×100×10，肢背間距a=10mm，則：A=5063，=28.5mm，=7

12、6.9mm驗(yàn)算： 由于=150，所以滿(mǎn)足細(xì)長(zhǎng)比要求。 因?yàn)?，只需求，查表?0.842，則驗(yàn)算對(duì)稱(chēng)軸y的穩(wěn)定承載力。b1 /t=16/1=16>0.56/ b1 =10.56<=150查附二表2.2， 故所選截面符合要求。墊板每節(jié)間放置一塊（滿(mǎn)足范圍內(nèi)不少于兩塊），=150.8/2=75.4cm<40（2） 下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面,按最大內(nèi)力所在的de計(jì)算N=864.80kN.,(因跨中有通長(zhǎng)系桿),所需凈截面為:選用2140×90×10,因,故用不等肢角鋼,短肢相并,如下圖 故所選截面符合要求。墊板每節(jié)間放置一塊=150cm<80(3) 端斜

13、桿aB桿件軸力: N= -447.89kN計(jì)算長(zhǎng)度: 因?yàn)?故采用不等肢角鋼,長(zhǎng)肢相并,使.選用2125×80×8,則 A=31.98cm， 驗(yàn)算：<=150驗(yàn)算對(duì)稱(chēng)軸y的穩(wěn)定承載力。b2 /t=80/8=10<0.48/ b2 =15.21 <=150查附二表2.2， (相差小于5%，允許)故所選截面符合要求。設(shè)置兩塊墊板，=84.5cm<40（4）腹桿此桿可在g點(diǎn)處不斷開(kāi)，采用通桿。最大拉力： 最大壓力： 在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取節(jié)點(diǎn)中心間距，在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：選用263×5，查表有：壓桿驗(yàn)算：驗(yàn)算對(duì)稱(chēng)軸y的穩(wěn)定承載力。b /t=

14、63/5=12.60<0.58/ b =41.15 =150(誤差小于5%，允許)查附二表2.2， 按拉桿驗(yàn)算：無(wú)論受壓、手拉都能滿(mǎn)足要求。雖然承載力富余較多，但截面不能再減小，否則、將不能滿(mǎn)足要求。eg、gk桿各放兩塊墊板，=76.9cm<40（5）豎桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算的和略大。選用263×5，其幾何特征為驗(yàn)算對(duì)稱(chēng)軸y的穩(wěn)定承載力。b /t=63/5=12.60<0.58/ b =29.4 <=150> 查附二表2.2， （6）豎桿由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，則需要的回轉(zhuǎn)半徑為查型鋼表，選用250

15、×5，其幾何特征為墊板放三塊，雖然=289/4=72.3cm略大于40=401。53=61.2cm，但實(shí)際上節(jié)點(diǎn)板寬度較大，桿件的凈長(zhǎng)較小，可以夠用。其余各桿見(jiàn)下表：18桿件編號(hào)內(nèi)力(kN)計(jì)算長(zhǎng)度截面規(guī)格截面面積回轉(zhuǎn)半徑(cm)長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力IK-891.86150.8452.42180×110×1477.933.088.848.96151.40911500.847189.0350996de864.8030014852180×110×1267.423.18.7496.7742169.908350182.766、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(1)

16、 下弦節(jié)點(diǎn)b用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Ba”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按不等肢角鋼長(zhǎng)肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算） 設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為“Cb”桿的內(nèi)力很?。?55.629kN），按構(gòu)造確定焊縫，取=5mm。按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：329mm×458mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為45.8cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為焊縫強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。節(jié)點(diǎn)圖如下：（2）上弦

17、節(jié)點(diǎn)“B”設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長(zhǎng)度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計(jì)算）為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊逢作為兩條角焊縫計(jì)算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計(jì)算得上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為460mm，則上弦肢間角焊縫的切應(yīng)力為<160MPa節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（3） 屋脊節(jié)點(diǎn)“K”設(shè)拼接角鋼與收壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為（一條焊縫）拼接角鋼的長(zhǎng)度+弦桿桿端空隙，拼接角鋼角度取620mm。上弦與

18、節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算與節(jié)點(diǎn)“B”處槽焊縫驗(yàn)算方法類(lèi)似，此處演算略。上弦脂尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫，取節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為500mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為，焊縫應(yīng)力為因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)下弦中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫。腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算方法與上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同。節(jié)點(diǎn)詳圖如下：（4） 支座節(jié)點(diǎn)”A”(a) 支座底板的計(jì)算.支左反力R=556290N設(shè)支座底板的平面尺寸采用280mm×400mm,如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力,則承壓面積為280×234=65520。驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板每塊板的單位寬度的最大彎矩為底板下的平均應(yīng)力，即=8.49MPa;兩邊支承之間的對(duì)角線長(zhǎng)度，即；系數(shù)，由查表確定。為兩邊支承的的相交點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離。由此得查表得=0.0586，則單位寬度的最大彎矩為底板厚度為，取t