30米梯形钢屋架设计计算书.docx

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1、梯形钢屋架课程设计计算书专业：年级：学号：姓名:指导老师：2022年6月 日Ij0.700.700.0033.433.419.019.63.733.4Kj2.304.40-2.10109.6152.719.3111.9-35.5152.7ji1.603.70-2.1076.2119.30.392.3-39.2119.3竖 腹 杆Aa-0.50-0.500.00-23.8-23.8-13.6-14.0-2.6-23.8Cc-1.0()-LOOO.(X)-47.7-47.7-27.1-27.9-5.3-47.7Ee-l.(X)-1.000.00-47.7-47.7-27.1-27.9-5.3-47

2、.7Gg-LOO-1.000.00-47.7-47.7-27.1-27.9-5.3-47.7li-1.50-1.500.00-71.5-71.5-40.7-41.9-7.9-71.5Jj-1.00-1.000.00-47.7-47.7-27.1-27.9-5.3-47.7Kk().(X)().(X)().()00.00.00.00.00.00.03.3内力计算采用PKPM软件计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表3. 1。3. 4杆件设计腹杆最大内力N=533. 7kN,由屋架节点板厚度参考钢结构课本下册第73页, 表2-8可知：支座节点板厚度取14mll1；其余节点板与填板厚度取1

3、2mm。3. 4.1上弦杆设计整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，Nmx=T08L8kN (压)。计算长度：屋架平面内取节间轴线长度2=/义2规范741值= 150.8X1.0=150. 8cm,屋架平面外取两个楝条间距，取/0V = 150.8X2.0=301.6cni。选用2L140X90X 14短肢相并，A = 61cm2, ix =2. 51cm, ix =9. 93cmoiy儿=& = 150. 8/2. 51=60. 1X=15O q2 =301. 6/9. 93=30. 4 X =150iy双角钢截面单轴对称，需计算换算长细比(钢结构设计标准7. 2.2-12)：人,=30.

4、 4 = 3. 7 X 140/14=37)2 t.4z=37X (1+0. 06 X (30. 4/37)2 =38. 5由2max = 60. 1,由于是Q345,所以需要进行钢号调整，这时有：2 =60. 1/0. 825=72. 8 III Cl A查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，得Omin=0 733N=(1081. 8X 103)/(0. 733X61X 102 )=241. 9N/mm2,q)A所选截面满足要求。3. 4. 2下弦杆设计整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，Nm” = 1048.4kN。计算长度：屋架平面内取节间轴线长度ZOx= 300cm,屋架平面外根据支

5、撑和内力变化取机=60052。计算需要净截面面积，因连接支撑的螺栓孔在节点板范围内且距节 点板边缘不小于100mm ,故可不考虑截面削弱。选用2L125X80X12短肢相并, A=46. 8cm2, / =2. 24cm, iv =6. 23cmo 4y人=2 = 300/2. 24=133. 9X=250 lx2 =抬=600/6.23=96.3入=250i y1J=(1048. 4 X 103) / (46. 8 X 102) =224N/mm2 A所选截面满足要求。3. 4. 3 斜杆 B-a已知 N =-533.7kN 压)，ZOv = /Ov. =253. 5cmo 因为七二/。、，

6、故米用不等肢角钢长肢相并，使4 = iv。选用长肢相并2L110X70X10, A =39. 4cm2,zv =3 98cm, ix =3. 38cm ay截面刚度和稳定性验算：丸=2 = 253. 5/3. 98=63. 7X=150 X lxA =3=253.5/338=75九二= 5. IX70/10=35. 7 )z tA A =75X (1+0. 16X (35. 7/75)2 =79. 2 yz由4ax = 79.2,由于是Q345,所以需要进行钢号调整，这时有：2 ax = 79. 2/0. 825=96查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，得%=。- 581N=(533. 7X

7、103)/(0. 581 X39.4X 102) =233. 2N/mm2A所选截面满足要求。3 . 4. 4 斜杆 D-e已知 N=262.lkN, Zo =0.8X286=228. 8cm, L = 286cmo 选用 2L80x8的角钢，A = 24.6cm2 , ix = 2.44cm , iy = 3.77cm ,截面刚度和稳定性验算：4=公=228. 72/2. 44=93. 7X=250 lx4 =&=285. 9/3. 77=75. 8X=250 y ly二(262. 1X 103 )/(24. 6X 102) =106. 5N/mm2A所选截面满足要求。3. 4. 11 竖杆

8、 A-a已知N =-23.8kN (压)，/ox=H=200.5cm。因为几=九，且受力较小, 故采用等边角钢两肢相并 2L56X5, A = 10.82cm2 , ix= 1.72cm , iy = 2.54cm截面刚度和稳定性验算：几=公=200. 5/1. 72=116. 6X=150 A A =200. 5/2. 54=78. 9= 3 9 X 56/5=43. 68t2VZ=78. 9X (1+0. 16X (43. 7/78. 9)2 =82. 8由= 116.6,由于是Q345,钢，故需要进行钢号调整，2 ax = 116. 6/0. 825=141.2Ill UX查b类截面轴心

9、受压构件的稳定系数表，得9mm =0 339=(23 . 8X 103)/(0. 3 39X 10. 82X 102) =64. 9N/mm2 A3.4. 13中竖杆I-i已知N =OkN, 4 =0. 9义349=314. 1cm。根据螺栓排布要求，中间竖杆最小应当选用2L56x5十字形截面的角钢，并采用十字形截面4 = 10.82加2 ,/= 2.17cm ， 2n=- = 314. 1/2. 17=144. 7 10% = 60mm ,取 191mm肢尖 I = (0. 3 X 428. 9 X 1000)/(2X0.7X5X 200) +2 X 5=101. 9mm r f乙 TOhf

10、 = 50mm ,取 102mm(2)斜杆D-c与节点板的连接焊缝计算杆件轴力N=-357. 4kN肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为hn = 6mm和hf2 = 5mm。所J 1J乙需焊缝长度为：肢背 心 二 (0. 7 X 357. 4 X 1000) / (2 X 0. 7 X 6 X 200) +2 X 6=160. 9mm 10h/= mm ,取 161mm肢尖lw2 = (o. 3X357. 4X 1000)/(2X0. 7X5X200) +2X5=86. 6mm 10/ = 50mm ,取 87mm(3)竖杆C-c与节点板连接焊缝计算杆件轴力N=-47. 7kNo取肢背与肢尖的焊脚尺寸分

11、别为11fl = 6mm和hf2 = 5mm。 所需焊缝长度为：肢背心二(0. 7X47. 7X 1000)/(2X0. 7X6X200)+2X6=31. 9nlm 10%=60mm , 取 60mm肢尖,2 = (0. 3X47. 7X 1000)/(2X0. 7X5X200)+2X5=20. 2mni 10/zf = 60mm ,取 122mm。肢尖=(0.3X262. 1X 1000)/(2X0. 7X5X200)+2X5 =66. 2mm 10/zf = 50mm ,取 104mm(3)节点板尺寸由腹杆的焊缝确定节点板尺寸为：一305X265X 12(4)验算上弦杆与节点板连接焊缝上弦

12、杆肢背处节点板缩进，缩进尺寸为7nl小肢背与节点板采用槽形塞焊缝，焊 脚尺寸为h0.5tNmm。该塞焊缝承担屋面板传来的集中荷载力P=47. 66kN。验算焊缝强度为:47.66 X 10，2 n rwaf = 28.65N/mm Bff 2x0.7x4x(305-2x4)1 f肢尖与节点板采用角焊缝，取肢尖的焊脚尺寸hf2=8mni。该焊缝承担AN = (-533. 7)-(-862. 6)=328. 8kN,1、设计资料12支撑布置12.1上弦横向水平支撑12. 2下弦横向水平支撑12. 3纵向水平支撑13钢屋架设计53.1 屋架形式及几何尺寸53.2 荷载计算53. 2.1荷载计算53.

13、2.2荷载组合53.3内力计算93. 4杆件设计93. 4.1上弦杆设计93. 4. 2下弦杆设计103. 4. 3竖杆A-a错误!未定义书签。3. 4.4斜杆 Ba103. 4.5斜杆 F-g113. 4. 6中竖杆 I-i123.5节点设计（按钢结构上册7. 13方法设计）123. 5. 1下弦节点“c” 153. 5.2上弦节点“D” 163. 5.3屋脊节点“I” 183. 5.4下弦拼接节点飞” 193. 5.6支座节点“a” 21M=AAxe = 328. 8X77. 2X 103 =25385152. 7N mm节点处两侧弦杆轴力差值和由该力产生的弯矩。b/、 = 6X25385

14、152. 7/(2X0. 7X 12X (305-2X 12)2)=172. 23N/mm2%= 328. 8X 103/(2X0. 7X 12X (305-2X 12) =69. 65N/mm2 焊缝强度验算：j % + C =)2+69.652 = 157.42 N/mm1 Qhf = 80 mm wJ,取 /M. =213. 2mm拼接角钢总长度为：2X213. 2+50=476mm,取542mm。(2)上弦杆与节点板连接焊缝：参考上弦节点“C”，取/“, 400mm。上弦杆肢背处节点板缩进，缩进尺寸为7nim。肢背与节点板采用槽形塞焊缝，焊 脚尺寸为htl=0. 5t=4mm,按节点板

15、长度满焊肢尖与节点板采用角焊缝，取肢尖的焊脚尺寸hf2=8mm。该焊缝承担的荷载为：N = 0. 15X1081.8=162. 3kNM = A7Vxc = 162. 3X77. 2X 103=12527021N mm节点处两侧弦杆轴力差值和由该力产生的弯矩。af =6X 12527021/(2X0. 7X8X (450-2X8)2)=35. 63N/mm2Tf = 162. 3X 103/(2X0. 7X8X (450-2X8)=33. 38N/mm2焊缝强度验算:( 35.63?K 1.22 7+ 33.382 =44.35N/w病 10% = 60mm ,取/二117 mm 肢尖 lw2

16、 =0. 3X 150. 8X 103/(2X0. 7X5X200)+2X5=42. 3111nl 10% = 50mm ,取 lw2 = 50 mm 可见，由于荷载很小，需要的焊缝长度也小。节点板尺寸远大于该焊缝长度，施 工时按构造满焊。（3）腹杆与节点板连接焊缝计算：腹杆焊缝长度小于节点板长度（计算过程略）。（4）确定节点板尺寸为：-280X210X123. 5.6支座节点“a”支座节点板厚度为14mll1。如下所示示意图：图3. 5. 5支座端节点(1)支座底板计算支座反力 H =47. 66 X 20/2=476. 6kN取底板尺寸为360义280.，则承压面积为：2= 360 x 2

17、80 -2x30x50 -的 =95837 .54验算柱顶的抗压强度fcc = 0.85 x 14.3 = 12.167VImm? , a = = 476. 6X 103/95837. 5=4. 97kN/m24 12.16 N / nvn2底板厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四个区格, 每个区格为相邻边支承而另相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为式中O 一底板下的平均应力，=4. 97kN/m2 ；a2一两支撑边对角线长；B一系数，由b2/a2决定，b2为两支承边的交点到对角线的垂直距离。 该支座中，4=）（180-7）2+（140-7）2 =218加,仇=1

18、05能加,b2/a2=0A83查表得，/ = 0.0573故”=0. 0573X4. 97X2182=13570. 4N mm底板厚度：t = y6M/ f = 76x13570.4/295 = 16.61mm ,取 t = 18mm。（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4,则焊缝受力：V=476. 6X 103 /4=119 1 38 . 8NM = Ve= 119138. 8 X 360/4=10722496. 3N mm设焊脚尺寸为8mm,焊缝长度为398-2X8-20=362mm ,则焊缝应力为:/7、2/、2f 6xl.072xl071 (

19、 1.191 xlO5 1r + 1.22 x2x0.7x8x3622 J (2x0.7x8x362 J= 46A2N/)wn2 ff满足要求。（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力R = 476.56左N 。节点板、加劲肋与底板的连接焊缝焊脚尺寸为8nrni,焊缝实际总长度为：,二2义(280-2X8)+4X (180-10/2-20-2X8) =1084mm设焊脚尺寸为8ninb验算焊缝应力RL22.Z4476.56 xlO31.22x0.7x8x1084=64.35 7V/mm2 10/?r =60mm ,取(讨=132mm肢尖，配=(0. 3X285.

20、9X1000)/(2X0. 7X5X200)+2X5=71. 3mm 10/?z = 50 mm ,取 /u9 = 72 mm(5)腹杆与节点板的连接焊缝计算：腹杆与节点板连接焊缝的计算同前，此处 计算过程从略。(6)确定节点板尺寸为：398mmx367mmx 14mm其余节点不一一列出。1、设计资料某车间跨度30米，柱距为6米，厂房总长度为90米，车间内设一台50吨 和一台20吨中级工作制软勾吊车，吊车轨顶标高+9.000m,冬季最低气温-20。该厂房屋面采用L5X6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。采用梯形钢屋架， 屋架端部高度1990mm，跨中高度为3490mm0屋面活荷载0.8kN/m2,

21、雪荷载 0. 5kN/m2,积灰荷载 0. 8kN/m2o该屋架采用Q345B钢板及热轧角钢，焊条采用E50型，手工焊接。钢屋架构 件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架两端为简支支座。2支撑布置2.1上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端或当有横向伸缩缝时在温度缝区段 的两端。一般设在第一个柱间。横向水平支撑的间距以不超过60nl为宜，2. 2下弦横向水平支撑一般情况下应该设置下弦横向水平支撑，尤其当设有10t以上桥式吊车的厂 房，为了防止屋架水平方向振动，必须设置。本工程厂房设有一台50吨和一台 20吨中级工作制软钩桥式吊车，考虑工程的安全可靠性，设置下弦水平支撑， 且与上弦横向

22、水平支撑设在同一柱间，以形成空间稳定体。2. 3纵向水平支撑当房屋内设有较大吨位（大于75t）的重级、中级工作制吊车，以及房屋高 度较大（柱顶高度大于22m）,空间刚度要求高时，均应在屋架下弦端节间设置 纵向水平支撑。本工程吊车吨位不大，故下弦不需设置纵向水平支撑。2. 4垂直支撑所有房屋中均应设置垂直支撑，梯形屋架在跨度小于等于30m时，仅在跨度 中央设置一道，梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置一道。本工程跨度 30m,所以在跨中设置一道垂直支撑，另外在屋架两端分别设置一道垂直支撑， 共设三道垂直支撑。图2.1上弦平面布置图图2. 2下弦平面布置图AAi：wo图2. 3垂直支撑布置图3钢

23、屋架设计3.1屋架形式及几何尺寸屋架的计算跨度：30000-150X2=29700。屋架形式与几何尺寸见图3.1所示。图3.1屋架杆件几何尺寸长度及内力设计值3. 2荷载计算3. 2. 1荷载计算1）永久荷载：三毡四油防水层100厚泡沫混凝土保温层预应力混凝土屋面板重屋面共重：l.86AN/m2钢屋架和支撑自重永久荷载标准值总计：永久荷载设计值：2）可变荷载：3. 2荷载计算3. 2. 1荷载计算1）永久荷载：三毡四油防水层100厚泡沫混凝土保温层预应力混凝土屋面板重屋面共重：l.86AN/m2钢屋架和支撑自重永久荷载标准值总计：永久荷载设计值：2）可变荷载：OAkN/m20A5kN/m2l.

24、OW/m20A5kN/m21. 86/0. 995+0. 45=2. 319kN/m21. 3X2. 319=3. 02kN/m2屋面活荷载（取屋面活荷载与雪荷载较大值）O.SkN/m2积灰荷载0.8枚/苏可变荷载设计值：1. 5义0. 8+0. 9X1. 5X0. 8=2. 28kN/m23. 2. 2荷载组合因屋面夹角较小，风载为吸力，起卸载作用，在进行屋架设计时，负风压设 计值均小于永久荷载标准值，永久荷载与风荷载组合作用下不致使杆件内力变号，故可不考虑风荷载作用的组合。本设计考虑以下三种组合:组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载设计值:P= (3. 02+2. 28) X

25、1.5X6=47. 66kN组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载设计值：Pl=3. 02X1. 5X6=27. 14kN;P2=2. 28X1. 5X6=20. 52kN组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载设计：P3=l. 3X0. 45X 1.5X6=5. 27kN;P4=(l. 3X 1. 015+1. 2) X 1. 5X6=22. 68kN如下图所示为加载图，由电算算出桁架各杆件的内力系数，其中F=L0作用 于全跨，左半跨，右半跨，然后求出各种荷载下的内力进行组合。表31内力计算表杆件名称内力系数(P=D组合一组合二组合三控制内力 (

26、kN)全跨左半跨右半跨PxPl x+P2xPl x+P2x P3 X +P4X P3x +P4x 上弦杆AB0.000.000.000.00.00.00.00.00.0BD-11.20-8.10-3.10-533.7-470.1-367.5-242.6-129.3-533. 7DF-18.10-12.40-5.60-862.6-745.6-606.1-376.5-222.3-862.6FH-21.40-13.80-7.60-1019.8-863.9-736.7-425.6-285.0-1019.8HI-22.20-13.00-9.20-1058.0-869.2-791.2-411.7-325.

27、5-1058.0IK-22.70-13.50-9.20-1081.8-893.0-804.8-425.6-328.1-1081.8下 弦 杆a-c6.004.401.60285.9253.1195.6131.467.9285.9c-e15.1010.704.40719.6629.3500.0322.1179.3719.6e-g20.0013.406.60953.1817.7678.1409.2255.0953. 1gi22.0013.5()8.401048.4874.0769.3422.0306.31048. 4i-k21.1010.5010.501005.5788.0788.0349.234

28、9.21005. 5斜 腹 杆Ba-11.20-8.30-2.90-533.7-474.2-363.4-247.2-124.7-533. 7Be9.(X)6.402.60428.9375.5297.6192.5106.3428.9De-7.5()-4.90-2.50-357.4-304.1-254.8-150.6-96.2-357.4De5.503.302.30262.1217.0196.4103.881.1262. 1Fe-4.20-2.00-2.20-200.2-155.0-159.1-67.5-72.0-200. 2Fg2.700.702.(K)128.787.6114.330.159.6128.7Hg-1.500.40-1.90-71.5-32.5-79.71.2-51.0-79.7Hi0.30-1.401.7014.3-20.643.0-30.240.143.0