鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計梯形鋼屋架計算書

1、-、設(shè)計資料1、 某工廠車間，采用梯形鋼屋架無檁屋蓋方案，廠房跨度取27m，長度為102m，柱距6m。采用1.5mX 6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，保溫層、找平 層及防水層自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.3kN/m2。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0. 5kN/m2,雪荷載 標(biāo)準(zhǔn)值0. 5kN/m2,積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0. 6kN/m2,軸線處屋架端高為1.90m, 屋面坡度為i=1/12，屋架鉸接支承在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400mm X400mm,混凝土標(biāo)號為C25。鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型。2、屋架計算跨度：Lo=27m 2X 0. 15m=26. 7m3、跨中及端部高度：端部高度：h'

2、=1900mm （端部軸線處），h=1915mm （端部計算處）。 屋架中間高度h=3025mm。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖一所示：2、荷載組合設(shè)計桁架時，應(yīng)考慮以下三種組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載為主控制的組合）:全跨節(jié)點荷載設(shè)計值：F=（1.35X 3. 12+1.4X 0. 7X 0.5+1. 4X 0. 9X 0.6） X 1. 5X 6=49. 122kN圖三桁架計算簡圖本設(shè)計采用程序計算結(jié)構(gòu)在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）1第一種組 合FX第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力（KN）全跨左半跨右半跨F1X +F2X F1

3、X+F2X F3X +F4X F3X +F4X 上 AB00000000C弦 BC, CD-10. 82-8. 15-2. 67-531. 50-551. 36-456. 42-227. 16-109. 78-551. 36弦DE, EF-17. 85-12. 87-4. 98：-876. 83-899. 63-762. 94-362. 43-193. 42-899. 63FG, GH-21. 55-14. 66-6. 89-1058. 58-1070. 90-936. 29-418. 75-252. 32-1070. 90HJ-22. 72-14. 23-8.49-1116.05-1107.

4、 80-1008. 36-415. 23-292. 28-111605IJ，JK-23.2-14. 72-8.48-1139.63-1134. 49-1026. 38-428. 05-294. 39-1139.63下 弦ab5.994. 591.4294. 24306. 59251. 32127. 4359. 10306. 59be14. 7710.893. 88：725. 53 748. 57627. 12305. 05154. 89748. 57cd19. 9914.035. 96981.951000. 85861. 04397. 67224. 811000. 85de22. 3414.6

5、47. 71097. 391100. 50980. 27422. 16273. 511100 50ef21. 8612.049. 82 11073. 81 11037. 26998. 80364. 14316. 581073. 81斜 腹 桿aB-11.23-8. 6-2.63-551. 64-574. 70-471.27-238. 79-110. 91-574. 7Bb8.996. 622. 37441. 61455. 48381. 85185. 4994.46455. 48bD-7. 71-5.37-2. 34：-378. 73 -385. 31-332.81-152. 50-87. 59

6、-385. 31De5.853. 742. 11：287. 361286. 56258. 32108. 5473. 63287. 36eF-4. 59-2.52-2. 07-225. 47-217. 66-209. 86-76. 29-66. 65-225. 47Fd3. 11. 211.89152. 28138. 48150. 2640. 9855. 55152. 28dH-1.92-0.07-1.85-94. 31-74.00-104. 83-10. 83-48. 96-104.83He0.67-1.021.6932.917. 7354. 68-18. 5939.4654. 68-18.

7、59eg1. 183. 22-2. 0457.96100. 529.3974. 71-37. 96100. 52-37. 96gK1.913. 95-2. 0493.82140. 8437. 0693. 89-34. 41140. 84-34. 41gI0.670. 67032.9137. 0125. 4017.613. 2637.01豎 桿Aa-0. 5-0. 50 :-24. 56 1-27.62-18. 95-13. 14-2.43-27. 62Cb Ee-1-10-49. 121-55.23-37. 91-26. 28-4. 86-55. 23Gd-1-10-49. 12-55.23-

8、37. 91-26. 28-4. 86-55. 23Jg le-1-10 1-49. 12 -55.23-37. 91-26. 28-4. 86-55. 23-1.5-1. 50-73. 681-82.85-56. 86-39. 42-7. 29-82. 85Kf000000000四、桿件截面設(shè)計1、上弦桿：整個上弦桿采用相等截面，按最大設(shè)計內(nèi)力J、JK計算，根據(jù)表得：N= -1139. 63KN，屋架平面內(nèi)計算長度為節(jié)間軸線長度，即：l°x=1355mm,本屋 架為無檁體系，認(rèn)為大型屋面板只起剛性系桿作用，不起支撐作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取屋架平面外計算長度loy為支撐點

9、間的距離，即：l °y =3l ox =4065mm。根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面宜選用兩個不 等肢角鋼，且短肢相并，如圖四所示：圖四 上弦桿腹桿最大內(nèi)力N=-574.7KN，查表可知，中間節(jié)點板厚度取12mm,支座節(jié)點板 厚度取14mm。設(shè)=60，根據(jù)規(guī)范由雙邊角鋼組成的 T行和十字形截面均 屬于b類，查Q235鋼軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.807,3則需要截面積：A N 1139.63 106568.3mm2f 0.807 215需要回轉(zhuǎn)半徑ix匕135.5cm2.26cm，iy竺 4°芟 6.78cm60 60根據(jù)A、ix、iy查角鋼規(guī)格表，初選用2L180

10、X 110X12，肢背間距a=12mm， 該截面特性如下：2A =67.42cm ， ix=3. 10cm ， iy=8. 75cm。b1/t 180/12 15按所選角鋼進行驗算:lox 135.5ix3.1043.71 v =1500.56 4065/18012.65 b/t 180/1215 > 0.56loy/b1yz3.7*1l 2t2 oy l52.7b/)3.7 型(11240652 122)52.7 1804)57. 89v150截面在x和y平面皆屬b類，由于 系數(shù)表得y = 0. 819,則有：N 1139630 yA 0.819 6740 所需截面合適。yzx，只需求

11、出206.45 v 215 N . mm2y，查軸心受壓桿穩(wěn)定2、下弦桿：de內(nèi)力最大整個下弦桿采用同一截面，按最大設(shè)計值計算，根據(jù)表得桿N=1100. 50KN。計算長度又有:lox =2700mm, loy=2670C/2=13350mm。需要截面面積 A 11005005118.60mm251.19cm2，選用f 2152L 160 100 12,采用短肢相并，如圖五所示：圖五 下弦桿 2 2該截面特性如下：A= 6011 mm >5118 60mm， ix=28. 2mm，iy=78. 2mm長細(xì)比計算：l oxx300106.38350ix2.82l oy1335 小 c170

12、.72350yIy7.82N1100500A6011a 215MPa滿足要求。3、端斜桿aB:已知桿件軸力N = -574. 70kN , l°x l°y = 2390mm。因為l°x l°y，故采用不等肢 角鋼，長肢相并，使ixiy，選用角鋼2 L 125 80 10，如圖六所示：圖六 端斜桿則其截面特性如下：A = 3942 mm2ix = 39. 8mm, iy =33. 9mm對該截面驗算如下:又因為：b2/t所以：取yz因為:yz丨oxx ix80/10 8 0.48 2390/80 14.34441.09b2y 1 亍loyt，只需求 y ,

13、574.70 100.692 3942239060.05 , y39.8yl oyiy2390 70.5033.91.09 90470.5012223901079.33150查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)表得yz =0. 692,于是有:NyA所需截面合適。4、腹桿 eg-gK:此桿在g節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力：NgK 140.84kN , Neg 100.52kN ;最大壓力：NgK 34.41kN , Neg 37.96kN ;再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)間中心間距:l ox =2027mm2 2210.68N/ mm < f 215 N/ mm在桁架平面外的計

14、算長度：N34 41loy l1(0.750.252)4055 (0.75 0.25)3960mmN137.96選用2 L100 10,如圖七所示。2查角鋼規(guī)格表得：A=3852mm對此截面驗算如下：圖七 腹桿eg-gKix=30. 5mm，iy =46. 0mm。又因為:所以取:因為:壓應(yīng)力:拉應(yīng)力:lx丨0xixb/tyzyz2027 66.4630.5彗 86.0946.0oyI y100/1010 0.58loy/b 0.58 3960/10022.9744d 0.475b0.475 100y 1 廠 86.0912 r 88.70l；yt239602 102只需求yz，查表得yz =

15、0.630，于是有：N_貞NA150，y150150yz，379600 156MPa 215MPa，滿足要求。 0.630 3852140840385236.56MPa 215MPa，滿足要求。5.豎桿Ie: 該桿件 N = -82.85KN ,由于桿件內(nèi)力較小，lx按1 oxl0x 0.8l = 0. 8 =150 選擇,224114.9mm，1502801= 2241mm， loy l 需要的回轉(zhuǎn)半徑為：l oy2801mmly280118.67mm150查型鋼表，選用2L 63X 8,如圖八所示:其截面特性為：iy=31. 0mm對此截面驗算如下：lox 2241xix19.4圖八 中豎

16、桿2A=1902mm ， ix =19.0mm115.2150，yf 簽 92.1150名 稱桿 件 編 號內(nèi)力 （KN）計算長度（cm）截面規(guī)格截面面積（cm2）容許長 細(xì)比計算應(yīng) 力N/mm 2l 0xl0y上 弦IJ JK-1139.63135. 50406. 502L180 X 110X 1267.42150. 00206. 45下 弦de1100. 50270. 001335. 002L160X 100X 1260. 10350. 00183. 08因為: b/t =63 /8=7. 875<0. 58loy/b=0. 582801/63=25. 787所以：4 ,0.475b

17、 yz y 1- 2 t2I oyt因 為x yz只 需求x，查表得 x =0.463,于是有：N 82850 94.1MPa 215MPa xA 0.463 1902其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結(jié)果見表二：Aa-27. 62191. 50191.502L63 x 819.02150. 0094. 10aB-574. 70239. 00239. 002L125 x 80X 1039.42150. 00210. 68Bb455. 48239. 00298. 752L100X 1038.52350. 00118. 25Cb-55. 23212. 70265. 882L63 X 819.0

18、2150. 0059. 63bD:-385. 31261. 50326. 88P 2L100X 1038.52150. 00153. 89Dc287. 36261. 50326. 882L100X 1038.52350. 0074. 60Ec-55. 23235. 20294. 002L63 X 819.02150. 0069. 64cF:-225. 47280. 90351. 132L100X 1038.52150. 0096. 431Fd152.28280. 90351. 132L63 X 819.02350. 0080. 06Gd-55. 23257. 60322. 002L63 X 8

19、19.02150. 0079. 99dH-104.83300. 80376. 002L63X819.02150. 00196.14He54. 68-18. 59300. 80376. 002L63 X 819.02150. 00102. 31le:-82. 85280. 10350. 132L63X819.02150. 00137. 41：eg100. 52-37. 96202. 70253. 382L100X 1038.52150. 0033. 80gk140. 84 -34.41202. 70253. 382L100X 1038.52150. 0047. 36Kf0.00302. 5030

20、2. 502L63 X 819.02200. 000. 00gIr 37.01186. 60233. 252L63X819.02350. 0019.46：Jg-55. 23140. 00175. 002L63 X 819.02150. 0039. 89條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值腹 桿w f160 N/mm 2。、節(jié)占八、設(shè)計用E43焊1、下弦節(jié)點“ b”:設(shè)“ Bb”桿的肢背和肢尖焊縫hf 8mm和6mm，各桿件內(nèi)力由表1查得，則所需的焊縫長度為:肢背：lw肢尖：lwKiN2 0.7hf1f1w2hf30.7 455.48 102 0.7 8 1602 8 193.92mm，取

21、lw = 210mm；113.67mm，取 lw = 130mm；K1N2hf0.7385.31102 8w2 0.7hnff20.7 8160K2N2hf0.3385.311032 62 0.7hf2ffw20.7 6160QN2 0.7hf2ffW2hf0.3 455.48 1032 0.7 6 1602 6設(shè)“Db”桿的肢背與肢尖焊縫分別為 8mm和6mm，肢背：lw肢尖：lw則所需的焊縫長度為：166.51mm，取 lw = 180mm；98.01mm，取 lw = 110mm；豎桿“ Cb”，因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造縫確定，取焊腳尺寸hf=5mm根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿

22、件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為390mm x 500mm。下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長度為 500mm， hf6mm。焊縫所受的力在左右兩下弦桿的內(nèi)力差厶N =748. 57-306. 59=441. 98KN，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力 為：2 299.57N/mm160mmKi N0.7 441.98 1032 0.7hflw 2 0.7 5500 2 6焊縫強度滿足要求。節(jié)點板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配 等誤差，按比列作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖九所示圖九 節(jié)點板b尺寸2、上弦節(jié)點“ B ”：斜桿B

23、b與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點 b中Bb桿計算相同。斜桿aB與節(jié)點板連接焊縫計算。設(shè)“ aB”桿肢背與與肢尖的焊縫分別為10mm和8mm。又N=574. 70KN，則所需焊縫長度為：肢背：IwK1N2 0.7hf1 ffw2hf30.65 574.70 1032 0.7 10 160210186.77mm，取lw =200mm；肢尖：lwK2N2 0.7hf2ffw2hf0.35 574.70 1032 0.7 8 16028128.25mm ，取lw =140mm；為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背 8mm< 用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫

24、可按兩條焊縫計算，焊縫強度設(shè) 計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)，計算時可略去屋架上弦坡度的影響， 而假定集中荷 載F與上弦垂直（節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間的內(nèi)力差由角鋼肢尖 焊縫承受，這時槽焊縫必然是安全的，因此可不必驗算）。上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差：N=574.7O 0=574.70KN。1設(shè)需焊縫長度為530mm， hf1 12 6mm, hf 2 10mm。則肢尖：22 F249120K1 N1 N20.65 5747002 1.22 2 1.222 0.7 h'fl'w2 0.7 6 530 1285.98 N 20.8 f/ mm2k2 n1 n2F2

25、 1.2220.35 574700491202 1.222 0.728.31n 2 /mm故焊縫強度滿足要求。節(jié)點板尺寸如圖十所示：2 0.7 10530 20w0.8ff圖十 節(jié)點板B尺寸3、屋脊節(jié)點“ K”：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接， 為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并 便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板 來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)肢尖、肢背焊縫為10m m,則所需焊縫計算長度為：(一條焊縫)11396304 0.7 10 16010264.38mm拼接角鋼總長度取700>264. 37 X 2=528. 74。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫 hf 10mm，節(jié)點板長度為600mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為lw (600/2 10 20)270mm，則焊縫應(yīng)力為：0.15 11396302 0.7 10 27045.22MPa6 0.15 1139630 8022 0.7 10 27080.40MPa 160MPaM f故滿足要求.(80.4)245.22279.92MPa 160MPa.1.22節(jié)點板尺寸如圖一所示:圖一 節(jié)點板K尺寸4、端部支座節(jié)點“ a “：如圖十二所示：圖十二 支座節(jié)點a為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板