2022年梯形钢屋架课程设计例题.pdf

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1、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，基本雪压： kN/m2，基本风压： m2。该车间内设有两台200/50kN 中级工作制吊车，轨顶标高为 8.5m。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，血荷载标准值为kN/m2，积灰荷载标准值为kN/m2。屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm。混凝土采用 C20， ，钢筋采用 Q235B级，焊条采用E43型。（2）屋架计算跨度：l0=30m-20.15m=29.7m。（3）

2、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mh005.20。屋架跨中起拱按500/0l考虑，取 60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如下图：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 根据厂房长度（ 10260） 、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合， 厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间的支撑规则有所不同。梯形钢屋架支撑布置如下图：精品

3、资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 三、荷载计算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kN/m2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2/)11.012.0(mkNlgk计算，跨度单位为米（ m） 。荷载计算表如下：荷载名称标准值（ kN/m2）设计值（ kN/m2）预应力混凝土大型屋面板=三毡四油防水层=找平层 (厚 20mm)20=80 厚泡沫混凝土保护层6=屋架和

4、支撑自重+030=管道荷载=永久荷载总和屋面活荷载=积灰荷载=可变荷载总和设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合（1） 全跨永久荷载 +全跨可变荷载：全跨节点永久荷载及可变荷载：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - - - kNF629.5565.1)82.1361.4(（2） 全跨永久荷载 +半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kNF249.3965 .1361.41半跨节点可变荷载：kNF38.1665 .182.12（3）全跨屋架（包括支撑）自重

5、+半跨屋面板自重 +半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：kNF47.565.1608.03半跨接点屋面板自重及活荷载：kNF31.2365 .1)7 .089.1 (4（1） 、 （2）为使用节点荷载情况， （3）为施工阶段荷载情况。四、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:精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 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

6、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精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 上弦AB000000000BC 、CDDE、EFFG 、GHHIIJ、JK下弦abbccddeef斜腹杆aBBbbDDccFFddHHeeg精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - -

7、-第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - - - gKgI0竖杆Aa0Cb、Ec-1-10Gd-1-10Jg-1-10Ie0Kf五、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= 上弦杆计算长度：屋架平面内：为节间轴线长度，即mllox508.10屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并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yl0为支撑点间的距离，即yl0=3=4.524m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：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - -

8、- - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 腹杆最大内力N= ，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807.0（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 :2349.7191215807.01076.1247mmfNA需要的回转半径：mmmlioxx1.2560508.1mmlioyy4.7560524.4根据需要 A、xi、yi 查角钢表，选用 218011014，肢背间距 a=12mm，则：A=78002mm，

9、xi=30.8mm，yi =88.0mm验算：41.510.88452496.488.301508yoyyxoxxilil由于=150，所以满足细长比要求。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 因为xy，只需求y，查表得y=，则MPaMPaMPaANy21587.1887800847.01076.12473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=mlox3000,14850229700o

10、yl(因跨中有通长系杆 ),所需截面为 :2231.5707.57312151232180cmmmfNA选用 218011012,因oxoyll,故用不等肢角钢 ,短肢相并 ,如下图cmicmicmcmAyx75.8,10. 3,31.5740.67223507.16975. 8148535077.9610. 330000yyyxxxilil故所选截面符合要求。(3) 端斜杆 aB杆件轴力 : N= 计算长度 : mmlloyox2535精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 21 页

11、 - - - - - - - - - - 因为oyoxll,故采用不等肢角钢 ,长肢相并 ,使oyoxll.选用 21409010,则A=44.6cm2，cmix47.4，cmiy73.371.5647.45.253xoxxil96.6773. 35.253yoyyil因为yx，只需要求y，查表得，则MPaMPaANy21581.1844460764.01072.6293所以所选截面符合要求。（4）腹杆eKeg此杆可在 g 点处不断开，采用通杆。最大拉力：kNNkNNeggK5756.117,628.157最大压力：kNNkNNgKeg14.44,0798.45在桁架平面内的计算长度取节点中心

12、间距mmlx23060，在桁架平面外的计算长度：cmNNlly95.449)08.4514.4125.075.0(460)25.075.0(1210选用 2635，查表有：1500 .14804.395.44915087.11894.16 .23004.3,94.1,26.12002yyyxxxyxililcmicmicmA因yx，只需求y，查表得y=，则精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 21 页 - - - - - - - - - - MPaMPaANMPaMPaANy215

13、36.128122810628.1572154.118122831.01008.4533拉应力：符合要求（5）竖杆 IecmlcmllkNNyx319,2.2553198. 08.04435.8300由于杆件内力较小，按150选择，则需要的回转半径为cmlicmliyyxx13.215031970.11502.22500查型钢表，选截面的xi和yi 较上述计算的xi和yi 略大。选用 2635，其几何特征为15097.10404.33191505 .13194.12 .25504.3,94.1,26.12002yyyxxxyxililcmicmicmA因yx，只需求y，查表得y=，则MPaMP

14、aANy2158.178122838.01044.833符合要求。其余各杆见下表：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 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IJ、 JK21801

15、1014150de3001485218011012350Aa1991992635150aB21409010150Bb21006350精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 21 页 - - - - - - - - - - Cb2292505150bD21007150Dc2706350Ec2505150cF2906150Fd2505350Gd289250590606150dH270615精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 -

16、- - - - - - - - -第 14 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 0He2635150Ie3192635150eg2635150gK2635150Kf3493492635200gI2505350Jg2505150精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 六、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MPaff160。设“ Bb”杆的肢背和肢尖焊缝mmmmhf68

17、和，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）mmlhmmfhNlmmlhmmfhNlffeffe150,122,86.12416067 .021044.50332231210,162,29.18716087 .021044.5033223233取考虑肢尖：取考虑肢背：设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝mmmmhf68和，则所需的焊缝长度为mmlhmmfhNlmmlhmmfhNlffeffe120,122,3.10416067 .0210555.42032231180,162,45.15616087 .0210555.4203223233取考虑肢尖：取考虑肢背：“Cb”杆的内力很小

18、（），按构造确定焊缝，取fh =5mm。按比例绘出详图，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，fh =6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差kNN56.49989.34445.844，受力较大的肢背处的焊缝应力为MPaMPaf1600.100)12458(67 .021056.49975.03焊缝强度满足要求。节点图如下：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 21 页 - - - - - - - - - - （2）上弦节点“ B”

19、设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝mmmmhf610和，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）mmlhmmfhNlmmlhmmfhNlffeffe180,122,99.16316067.021072.62935.0235.0210,202,7 .182160107 .021072.62965.0265.033取考虑肢尖：取考虑肢背：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

20、算得mmhmmhff10,6122121节点板厚度上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则MPalhPNNkf3.125)12460(67. 02)22.1255629()62815075. 0(7. 02)22.12()(2222211MPaff1288 .0上弦肢间角焊缝的切应力为精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 21 页 - - - - - - - - - - MPalhPNNkf3 .25)12460(107. 02)22. 1255629()62815025. 0(7.

21、 02)22.12()(2222212160MPa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mmhf10，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）mml52.278160107.045.1247758拼接角钢的长度)2(2fshll+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mmhf10，取节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为mml220)20102/500(，焊缝应力为MPaNf

22、77.60220107 .025 .124775815.0MPaMf21.139220107.02845.124775815.062精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 21 页 - - - - - - - - - - MPaMPaMfNf16028.12922.121.139)77.60(22.1)(2222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、斜杆与节点板连接用工厂焊缝

23、。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 .支左反力 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=655202mm。 验算柱顶混凝土的抗压强度：MPafMPaARcn5.1249.865520556290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精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳

24、 - - - - - - - - - -第 19 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 222aM底板下的平均应力，即=;22a两边支承之间的对角线长度，即mma6.172110)214140(222；2系数，由22/ab查表确定。2b为两边支承的的相交点到对角线2a的垂直距离。由此得49.06.1728.84,8 .846.172133110222abmmb查表得2=，则单位宽度的最大弯矩为mmNaM?3.148216.17249.80586.02222底板厚度为mmfMt3 .202153 .1482166，取 t=22mm（b）加劲肋与节点板的连接焊逢计算。加劲肋与节

25、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=，则焊缝内力为V=则M=65=mmN ?设焊缝mmhf6，焊缝计算长度mml4961220528，则焊缝应力为MPaMPa16056.40)22.149667.0265.9039712()49667 .025 .139072(222（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=，节点板传递 R/278145N 。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 20 页，共 21 页 - - - - - - - - - - 节点板与底板的连接焊缝长度mml156)1220110(2所需焊缝尺寸为mmRhf52.622.11601567.05 .13907222.11601567.04/故取mmhf8。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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 21 页，共 21 页 - - - - - - - - - -