梯形鋼屋架課程設計例題

1、梯形鋼屋架課程設計計算書1 設計資料：1、 車間柱網布置：長度90m ；柱距6m ；跨度18m2、 屋面坡度：1：103、 屋面材料：預應力大型屋面板4、 荷載1） 靜載：屋架及支撐自重0.45KN/m²屋面防水層 0.4KN/m²；找平層0.4KN/m²大型屋面板自重（包括灌縫）1.4KN/m²。2） 活載：屋面雪荷載0.3KN/m²；屋面檢修荷載0.5KN/m²5、 材質 Q235B鋼，焊條E43XX系列，手工焊。2 . 結構形式與選型屋架形式及幾何尺寸如圖所示上弦橫向水平支撐一般設置在房屋兩端且間距不宜大于60m，根據廠房長度(

2、90m>60m)、跨度及荷載情況，設置上弦橫向水平支撐3道。下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支撐對應的布置在同一柱間距內，以形成穩(wěn)定空間體系。下弦縱向水平支撐不進行布置。垂直支撐設置在上、下弦橫向支撐的柱間內，在屋架兩端及跨中的豎直面內。系桿沿房屋縱向通長設置，以保證屋架的側向穩(wěn)定。支撐布置如圖所示：梯形鋼屋架支撐布置如圖所示：3 . 荷載計算屋面雪荷載與檢修荷載不會同時出現，計算時，取較大的荷載標準值進行計算。故取屋面活荷載0.5KN/m²進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式計算，跨度單位為米（m）荷載計算表荷載名稱標準值（KN/m²）設計值（

3、KN/m²）預應力混凝土大型屋面板自重1.41.4×1.351.89屋架及支撐自重0.450.45×1.350.608屋面防水層0.40.4×1.350.54找平層0.40.4×1.350.54永久荷載總和2.653.578屋面檢修荷載0.50.5×1.40.7可變荷載總和0.50.7設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：1、 全跨永久荷載全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：2、 全跨永久荷載半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：半跨節(jié)點可變荷載：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)點屋架自重：半跨節(jié)點屋面板自重

4、及活荷載：1、2為使用節(jié)點荷載情況，3為施工階段荷載情況。4. 內力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如下：由圖解法或數解法解得F=1的屋架各桿件的內力系數（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內力進行組合，計算結果如下表：屋架構件內力組合表桿件名稱桿件編號單位荷載 F1靜載作用（KN/m²）活載（KN/m²）0.7桿件內力計算內力在左在右全跨全部恒載3.578屋架支撐0.608大型屋面板1.89左右全部組合一組合二組合三在左在右全部左右左右上弦桿AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

5、000.000.000.000.000.00BC-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-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87DE-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

6、.66-180.43-127.51-346.13EF-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180.43-127.51-346.13FG-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下弦桿ab2.541.043.5812.812.184.801.976.771.780.732.51137.84131.29121.8478.804

7、3.83137.84bc5.322.647.9628.484.8410.054.9915.043.721.855.57306.48289.84272.96167.57105.10306.48cd5.313.979.2833.205.6410.047.5017.543.722.786.50357.30332.29323.85174.56143.32357.30斜腹桿aB-4.75-1.81-6.56-23.47-3.99-8.98-3.42-12.40-3.33-1.27-4.59-252.57-241.17-222.65-146.62-78.09-252.57Bb3.171.354.5216.

8、172.755.992.558.542.220.953.16174.03165.52154.0698.6356.20174.03bD-1.83-1.58-3.41-12.20-2.07-3.46-2.99-6.44-1.28-1.11-2.39-131.29-121.34-119.76-61.32-55.49-131.29Dc0.571.271.846.581.121.082.403.480.400.891.2970.8462.8467.2523.3639.6770.84Cf0.64-1.38-0.74-2.65-0.451.21-2.61-1.400.45-0.97-0.52-28.49-1

9、9.80-32.5210.87-36.22-36.22 10.87Fd-1.61.11-0.49-1.75-0.30-3.022.10-0.93-1.120.78-0.34-18.87-25.86-8.79-39.9823.19-39.98 23.19豎桿Aa-0.50-0.5-1.79-0.30-0.950.00-0.95-0.350.00-0.35-19.25-19.25-16.10-14.39-2.74-19.25Cb-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50Ec-10-1-

10、3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50Gd0.410.410.822.930.500.770.771.550.290.290.5731.5728.9928.9914.0414.0431.575. 桿件設計（1）上弦桿整個上弦采用等截面，按FG桿件的最大設計內力設計，即N=350.37KN上弦桿計算長度：在屋架平面內：為節(jié)點軸線長度：在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據支撐布置和內力變化情況，取為支撐點間的距離，即：根據屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截

11、面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。如右圖：腹桿最大內力N=252.57KN，中間節(jié)點板厚度選用8mm，支座節(jié)點板厚度選用10mm設60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數表，可得0.807（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b類），則需要截面積為需要回轉半徑：查表選用2125×80×7 a=8mm驗算 滿足長細比的要求，查表，則故所選截面合適。（2）下弦桿整個下弦采用等截面，按cd桿件的最大設計內力設計，即N=357.3KN下弦桿計算長度：下弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。所需截面面積：查表選用2 80×50×7，a=8mm 即，且 滿足要求。（3）腹桿 aB桿

12、: 計算長度： 桿件軸力：N=-252.57KN 因為，故選用等肢角鋼 設=100，=0.555所需面積：所需回轉半徑： 選290×7 a=8 則 Bb桿: 計算長度：桿件軸力：N=174.03KN 選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 45×5 a=8mm 即且bD桿： 計算長度：桿件軸力： N=131.29KN 選用等肢鋼 設所需面積：所需回轉半徑： 選用270×5 ，a=8，即 則cD桿： 計算長度：桿件軸力： N=70.84KN ，選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且 cF、Fd桿： 當桿件受壓時取，計算長度 選用等

13、肢角鋼 設，所需面積：需要回轉半徑：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且當桿件受拉時取， 計算長度： 選用等肢角鋼 滿足要求（4）豎桿豎桿Aa :桿件軸力：N=19.25KN 計算長度：內力較小 按=150選擇 需回轉半徑：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得豎桿Cb：桿件軸力：N=-38.5KN 計算長度：內力較小 按=150選擇 需回轉半徑查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得豎桿Ec：桿件軸力：N=38.5KN 計算長度： 內力較小 按=150選擇 需回轉半徑選用250×5 a=8mm ，即 則豎桿Gd：桿件軸力：N=31

14、.57KN 計算長度： 按=350選擇 所需截面面積：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得其結果見下表屋架桿件截面選擇表桿件名稱桿件編號內力（KN）計算長度cm截面規(guī)格截面面積（cm²）回轉半徑（cm）長細比容許長細比穩(wěn)定系數計算應力或N/A （N/mm²）上弦FG-350.37150.8301.62125×80×728.22.305.9765.650.5150.000.7760.851-160.1下弦ab357.3300885.0280×50×717.451.394.00215.83221.25350.00_2

15、00.7斜腹aB-252.57253253290×724.602.784.0091.0063.3150.000.6140.807-167.2Bb174.03209.00261.3245×58.581.372.18152.6123.8350.00202.8bD-131.29229.1286.42 70×513.742.163.17106.190.3150.000.5160.601-185.04Dc70.84229.1286.42 45×46.981.382.16166.0132.6350.00104.8cF-36.22249.92312.4245×

16、;46.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-103.0Fd-39.98249.92312.4245×46.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-113.69豎桿Aa-19.25199.0199.0245×46.981.382.16144.2144.6150.000.3280.592-83.98.Cb-38.5183.2229.02 45×46.981.382.16132.8106.0150.000.37480.435-147.2Ec-38.5207.2259.0250×59.6

17、1.532.3135.42108.8150.000.3630.478-110.5Gd31.57231.22892 45×46.981.382.16167.5133.8350.000.255177.4考慮施工和實際條件，可將Dc、Cf、Fd、Aa、Cb、Gd桿件統(tǒng)一采用截面規(guī)格為245×5的角鋼。6.節(jié)點設計（1）下弦節(jié)點用E43型焊條角焊縫的抗拉和抗壓、抗剪強度設計值160MPa。 下弦節(jié)點“b”設“Bb”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取103mm。肢尖：，取57mm。設“bD” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取81m

18、m。肢尖：，取46mm?！癈b”桿內力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構造要求綜合取節(jié)點板尺寸280mm×265mm下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為28cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N168.640KN，受力較大處的肢背出的焊縫應力為:焊縫強度滿足要求。 下弦節(jié)點“c”設“Dc”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取49mm。肢尖：，取40mm。設“Fc” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm?！癱E”桿內力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構造要求綜合取節(jié)點板尺寸240mm&#

19、215;250mm下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為24cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N50.82KN，受力較大處的肢背出的焊縫應力為:焊縫強度滿足要求。 下弦節(jié)點“d”設“dF”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。 “dG”桿內力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構造要求綜合取節(jié)點板尺寸300mm×225mm下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為20cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N0KN，焊縫強度滿足要求。.（2）上弦節(jié)點上弦節(jié)點B“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸同上。設“aB”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和

20、5mm，所需焊縫長度為肢背： ,取150mm.肢尖：，取80mm節(jié)點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構造要求取節(jié)點板的長度為350mm×272mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強度設計值乘以0.8的折減系數。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：等于二分之一節(jié)點板厚度，7mm上弦與節(jié)點板焊縫長度為350mm，則滿足要求。 上弦節(jié)點D設“bD”和“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據前面的計算，所需焊縫長度為肢背：取81mm和49mm肢尖：取45mm和40mm節(jié)點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構造要求取節(jié)點板的長度為250m

21、m×212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強度設計值乘以0.8的折減系數。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：等于二分之一節(jié)點板厚度，7mm上弦與節(jié)點板焊縫長度為280mm，則滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應力為滿足要求。 上弦節(jié)點“F”設“Fc”和“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據前面的計算，所需焊縫長度為肢背：取50mm和50mm肢尖：取40mm和40mm節(jié)點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構造要求取節(jié)點板的長度為200mm×212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強

22、度設計值乘以0.8的折減系數。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：等于二分之一節(jié)點板厚度，7mm上弦與節(jié)點板焊縫長度為280mm，則滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應力為 滿足要求。 上弦節(jié)點“A” 豎桿“Aa”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“Aa”的內力為19.25 KN，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節(jié)點板為200mm×200mm. 上弦節(jié)點“C”豎桿“Cb”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“Cb”的內力為38.5 KN，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節(jié)點板為200mm×200mm.豎桿“Ec”同豎桿“Cb”。屋脊節(jié)點“G”設拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫6mm，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）拼接角鋼長度+弦桿桿端空隙20，拼接角鋼長度取400mm。上弦與節(jié)點板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，驗算如下設“Gd”桿的肢背和肢尖焊縫為6mm和6mm。所需的焊縫長度為肢背：，取190mm。肢尖：，取70mm。驗算節(jié)點板強度節(jié)點板長度為350mm，節(jié)點板的寬度為150m