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1、钢结构课程设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2013年 12月 30日梯形钢屋架课程设计一、设计资料（1） 题号72，屋面坡度1：10，跨度30m，长度102m，地点：哈尔滨，基本风压：0.45kN/m,基本雪压：0.45 kN/m。该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000m。（2） 采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kPa，血荷载标准值为0.1 kN/m，积灰荷载标准值为0.6 kN/m。屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm。（3） 混凝土采用C
2、20，钢筋采用Q235B级，焊条采用E43型。（4） 屋架计算跨度：=30m-20.15m=29.7m（5） 跨中及端部高度：采用无檩无盖方案。平坡梯形屋架，取屋架在30m轴线处的端部高度,屋架的中间高度h=3.710（为lo/8）。屋架跨中起拱按考虑，取60mm。二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如下图：梯形钢屋架支撑布置如下图：1、 荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载0.7 kN/m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，跨度单位为米（m）。荷载计算表如下：荷载名称标准值（kN/m）设计值（kN/m）预应力混凝土大型屋
3、面板1.41.41.35=1.89三毡四油防水层0.40.41.35=0.54找平层(厚20mm)0.220=0.40.41.35=0.5480厚泡沫混凝土保护层0.086=0.480.481.35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.011030=0.450.451.35=0.608管道荷载0.10.11.35=0.135永久荷载总和3.234.361屋面活荷载0.70.71.4=0.98积灰荷载0.60.61.4=0.84可变荷载总和1.31.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载：（2） 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：（
4、3）全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架自重：半跨接点屋面板自重及活荷载：（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。4、内力计算 屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下:由数解法解得F=1时的屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨左半跨和右半跨).然后进行组合,如下表:杆件名称内力系数(F=1)第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力(kN)全跨左半跨右半跨F1+F2F1F2F3F4F3F4上弦AB0.030.030.001.671.671.180.940.161.67BC、CD-10.21-7.67-2.82-567.97-526.
5、37-446.92-253.96-128.69-567.97DE、EF-16.63-11.98-5.18-925.11-848.94-737.56-400.41-224.77-925.11FG、GH-19.87-13.51-7.08-1105.35-1001.07-895.85-457.65-291.57-1105.35HI-20.78-13.01-8.64-1155.97-1028.70-957.12-449.71-336.84-1155.97IJ、JK-21.24-13.49-8.62-1181.56-1054.61-974.84-464.63-338.84-1181.56下弦ab5.40
6、4.131.42300.40279.59135.20136.2266.22300.40bc13.8210.184.05768.79709.17608.76338.54180.21768.79cd18.5012.976.151029.14938.56826.84436.21260.051029.14de20.4813.417.861139.281023.48932.57458.41315.051139.28ef19.8110.919.911102.01956.23939.85390.17364.341102.01斜腹杆aB-10.95-8.39-2.85-609.14-567.20-476.46
7、-276.61-133.51-609.14Bb8.876.532.60493.43455.10390.73217.19115.68493.43bD-7.44-5.18-2.52-413.88-376.86-333.29-174.50-105.79-413.88Dc5.563.542.25309.30276.21255.08121.8588.53309.30cF-4.31-2.34-2.20-239.76-207.49-205.20-84.02-80.40-239.76Fd2.831.041.98157.43128.11143.5142.3466.62157.43dH-1.680.08-1.95
8、-93.46-64.63-97.88-2.12-59.56-97.88He0.48-1.121.7826.700.4948.00-26.3048.6048.60-26.30eg1.383.27-2.0976.77107.7319.9392.01-46.44107.73-46.44gK2.093.96-2.0976.77107.7319.9392.01-46.44107.73-42.55gI0.660.68-0.0336.7237.0425.4121.172.8437.04Aa-0.50-0.500-27.81-27.81-19.62-15.65-2.74-27.81竖杆Cb、Ec-1-10-5
9、5.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Gd-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Jg-1-10-55.63-55.63-39.25-31.30-5.47-55.63Ie-1.51-1.530-84.00-84.33-58.94-47.78-7.74-84.33Kf0.000.000.000.000.000.000.000.000.005、 杆件设计（1） 上弦杆整个上弦采用等截面，按IJ、JK杆件的最大设计内力设计，即 N= -1181.56kN上弦杆计算长度：屋架平面内：为节间轴线长度，即屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并
10、且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即=31.507=4.521m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图：腹杆最大内力N= -609.14kN，查表得中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设=60，查Q235钢的稳定系数表，得（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），则需要的截面积为:需要的回转半径： 根据需要A、查角钢表，选用218011014，肢背间距a=12mm，则：A=7800，=30.8mm，=88.0mm验算： 由于=150，所以满足细长比要求。 因为，只需求，查表得=0.847
11、，则故所选截面符合要求。（2） 下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的杆计算. N=1139.28kN,(因跨中有通长系杆),所需截面为:选用218011012,因,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图 故所选截面符合要求。(3) 端斜杆aB杆件轴力: N= -609.14kN计算长度: 因为,故采用不等肢角钢,长肢相并,使.选用21409010,则 A=44.6cm， 因为，只需要求，查表得0.764，则所以所选截面符合要求。（4）腹杆此杆可在g点处不断开，采用通杆。最大拉力： 最大压力： 在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度：选用2635，查表有：因，只需求，查
12、表得=0.31，则符合要求（5）竖杆由于杆件内力较小，按选择，则需要的回转半径为查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大。选用2635，其几何特征为因，只需求，查表得=0.38，则符合要求。其余各杆见下表：杆件编号内力(kN)计算长度截面规格截面面积回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数计算应力xyxyxyxyIJ、JK-1181.56150.8452.421801101477.933.088.848.9651.411500.847179.00de1139.28300148521801101267.423.18.7496.77169.91350168.98Aa-27.8119919926351
13、2.2861.943.04102.6065.461500.53842.07aB-609.14253.5253.52140901044.5224.473.7456.7167.781500.764179.08Bb493.43208.64260.82100623.8643.14.5167.3057.83350206.77Cb-55.63183.222925059.6061.532.53119.7490.511500.439131.92bD-413.88229.52286.92100727.5923.094.5374.2863.331500.724207.18Dc309.30228.72285.927
14、0616.322.153.33106.3885.86350189.52Ec-55.63203.84254.825059.6061.532.53133.23100.711500.363159.54cF-139.76250.32312.9290621.2742.794.1389.7275.761500.621105.79Fd157.43249.44311.825059.6061.532.53163.03123.24350168.89Gd-55.63231.228925059.6061.532.53151.11114.221500.304190.50dH-97.88271.6339.5270616.
15、322.153.33126.33101.951500.304197.29He48.60-26.30270.8338.5263512.281.943.04139.59111.351500.34761.72Ie-84.33255.2319263512.281.943.04131.55104.931500.381180.24eg107.73-46.44230.6449.95263512.281.943.04118.87148.011500.31121.99gK146.90-42.55230.6449.95263512.281.943.04118.87148.011500.31111.77Kf0.00
16、349349263512.282.452.45142.45142.452000gI37.04166.32207.925059.6061.532.53108.7182.1735038.56Jg-55.63120.64150.825059.6061.532.5378.8559.601500.66587.096、节点设计(1) 下弦节点b用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算） 设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为“Cb”杆的内力很小（-55.63kN），按构造确定焊缝，取=5mm。按比
17、例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：329mm458mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为45.8cm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。节点图如下：（2）上弦节点“B”设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）为了在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊逢作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。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460mm
18、，则上弦肢间角焊缝的切应力为160MPa节点详图如下：（3） 屋脊节点“K”设拼接角钢与收压弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度+弦杆杆端空隙，拼接角钢角度取620mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处演算略。上弦脂尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝，取节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点下弦中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点
19、板连接用工厂焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与上几个节点相同。节点详图如下：（4） 支座节点”A”(a) 支座底板的计算.支座反力R=556290N设支座底板的平面尺寸采用280mm400mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,则承压面积为280234=65520。验算柱顶混凝土的抗压强度：支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板每块板的单位宽度的最大弯矩为底板下的平均应力，即=8.49MPa;两边支承之间的对角线长度，即；系数，由查表确定。为两边支承的的相交点到对角线的垂直距离。由此得查表得=0.0586，则单位
20、宽度的最大弯矩为底板厚度为，取t=22mm（b）加劲肋与节点板的连接焊逢计算。加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如右图：偏于安全的假定一个加劲肋的受力屋架支座反力的1/4，即556290/4=139072.5N，则焊缝内力为V=139072.5则 M=139072.565=9039712.5设焊缝，焊缝计算长度，则焊缝应力为（b）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部支座反力R=556290N，其中每块加劲肋各传R/4=139072.5N，节点板传递R/2=278145N。 节点板与底板的连接焊缝长度所需焊缝尺寸为故取。节点详图如下：其他节点的计算不在一一列出，详细的施工构造见施工图。7.绘制屋架施工详图 屋架施工详图如图所示
