鋼結構梯形屋架課程設計計算書

1、2、屋架形式和幾何尺寸屋面材料為大型屋面板，故采用無檁體系平破梯形屋架。屋面坡度 i=1/10；屋架計算跨度L02400030023700mm；端部高度取H=1990mm，中部高度取H=3190mm（為L0/7.4）。屋架幾何尺寸如圖1所示：圖1：24米跨屋架幾何尺寸三、支撐布置由于房屋長度有60米，故在房屋兩端及中間設置上、下橫向水平支撐和屋架兩端及跨中三處設置垂直支撐。其他屋架則在垂直支撐處分別于上、下弦設置三道系桿，其中屋脊和兩支座處為剛性系桿，其余三道為柔性系桿。（如圖2所示）4、設計屋架荷載屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。由于風荷載

2、為0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考慮風荷載的影響。沿屋面分布的永久荷載乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式（=0.12+0.011跨度）計算，跨度單位為m。標準永久荷載： 二氈三油防水層 1.004x0.35=0.351kN/m220mm厚水泥砂漿找平層 1.004x 0.4=0.402kN/m260mm厚泡沫混凝土保溫層1.004x 0.06x 6=0.36kN/m2預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.004x 1.4=1.406kN/m2屋架和支撐自重為 0.120+0.011x24=0.384kN/m2 _共 2.90k

3、N/m2標準可變荷載：屋面活荷載 0.7kN/m2積灰荷載 0.75kN/m2雪荷載 0.5kN/m2_共 1.95kN/m2考慮以下三種荷載組合 全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨桁架、天窗架和支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載效應控制的組合）全跨節(jié)點荷載設計值：F=(1.35x 2.90kN/m2+1.4x 0.7x 0.7kN/m2+1.4x 0.9x 0.75kN/m2 )x 1.5mx 6m=49.91kN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨永久荷載設計值：對結構不利時：（按永久荷載效應控制的組合）（按可變荷

4、載效應控制的組合）對結構有利時：半跨可變荷載設計值： （3）全跨桁架包括支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載效應控制的組合） 全跨節(jié)點桁架自重設計值：對結構不利時：對結構有利時：半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設計值：5、屋架桿件內力計算用圖解法先求出全垮和半跨單位節(jié)點荷載作用下的桿件內力系數(shù)，然后乘以實際的節(jié)點荷載，屋架在上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿，內力均達到最大，在第二種和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內力可能達到最大或發(fā)生變號。因此，在全垮荷載作用下所有桿件的內力均應計算，而在半跨荷載作用下僅需計算靠近跨中的斜腹桿內力。如圖：計算結果列于下

5、表：桿件名稱內力系數(shù)（F=1）第一種組合F×第二種組合第三種組合計算桿件內力/KN全跨左半跨右半跨F1×+F2×F1×+F2×F3×+F4×F3×+F4×最大壓力最大拉力上弦AB000000000BD-8.72-6.25-2.47-378.462 -363.212 -339.874 -185.789 -95.295 -378.462DF-13.53-9.04-4.49-587.224 -559.502 -531.411 -272.529 -163.602 -587.224FH-15.26-9.17-6.0

6、9-662.308 -624.709 -605.693 -282.816 -209.081 -662.308HI-14.71-7.38-7.38-638.438 -593.182 -593.182 -237.683 -237.683 -638.438下弦ac4.733.481.25205.290 197.572 183.804 102.927 49.541 205.29ce11.5383.53500.420 478.626 451.028 239.337 132.325 500.42eg14.659.345.31635.833 603.050 578.168 284.356 187.878 6

7、35.833gi15.178.446.73658.402 616.851 606.294 264.967 224.029 658.402斜腹桿aB-8.87-6.53-2.34-384.972 -370.525 -344.656 -193.114 -92.805 -384.972Bc6.884.762.12298.603 285.514 269.215 142.487 79.286 298.603Dc-5.44-3.14-2.03-236.105 -221.905 -215.051 -97.732 -71.159 -236.105De3.71.91.8160.586 149.473 148.8

8、55 60.831 58.437 160.586Fe-2.460.71-1.75-106.768 -87.196 -102.384 6.795 -52.097 -106.7686.795Fg1.11-0.451.5648.176 38.544 50.954 -6.170 41.950 -6.1750.954Hg0.021.55-1.530.868 10.314 -8.702 37.190 -36.545 -36.54537.19Hi-1.08-2.471.39-46.874 -55.456 -31.624 -63.611 28.798 -63.61128.798豎桿Aa-0.5-0.50-21

9、.701 -21.701 -18.614 -14.044 -2.074 -21.701Cc-1-10-43.402 -43.402 -37.228 -28.087 -4.147 -43.402Ee-1-10-43.402 -43.402 -37.228 -28.087 -4.147 -43.402Gg-1-10-43.402 -43.402 -37.228 -28.087 -4.147 -43.402II2.930.970.97127.167 115.066 115.066 35.373 35.373 127.1676、桿件截面選擇上弦桿整個上弦桿采用等截面，按FH桿件的最大內力計算，即NFH

10、=959.027kN，上弦桿計算長度：在屋架平面內：為節(jié)間軸線長度，即l0x = l0=1.085m，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(jù)支持布置和內力變化情況，取l0y 為支撐點間的距離，即l0y =3×1.085=3.255m根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。如圖所示。腹桿最大內力N= 509.577KN，查表，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm。設60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得0.807，則需要的截面積為A=N/f=959.027×1000/0.807×215

11、=3817.2 mm2需要的回轉半徑：ixreq=l0x /1.085 / 60m=17.9mmiyreq=l0y /3.255 / 60m=54.25mm根據(jù)需要的A、ix 、iy 查角鋼規(guī)格表，選用2 L 160×100×12，肢背間距a8mm，則A = 60.11cm2，ix = 2.82cm，iy = 7.67cm截面驗算： x=l0x / ix=108.5 /2.82=38.48 150 （滿足）y=l0y/iy=325.5/7.67=58.75 150 （滿足） 由于y > x ，只需求y 。查表y =0.814，則N /A=662.308×10

12、3 /( 0.814×50.64×102）160.67 N/mm2f=215 N/mm2（滿足）下弦桿整個下弦桿采用等截面，按最大內力所在的桿計算，N=946.485kN計算。l0x=230cm，l0y= 1135cm。所需截面積Areq=N / f =946.485×103 /215 =4402.3mm2 查角鋼規(guī)格表，選用2 L160×100×10，因l0y l0x，故用不等肢角鋼，短肢相并。 肢背間距a10mm，則A = 50.63cm2，ix = 2.846cm，iy = 7.62cmx=l0x / ix=230 / 2.846=80.

13、8 350 (滿足)y=l0y / iy=1135 /7.62=186.67 350 (滿足)端斜桿 aB桿桿件軸力：N= -384.972kN，計算長度：l0x l0y2535mm，因為l0x l0y ，故用不等肢角鋼，長肢相并，使ixiy 。 選用2 140×90×10，則A=44.52cm2，ix=4.47cm，iy=3.74cmx=l0x / ix=2535 /44.7 =56.7 < 150 (滿足)y=l0y / iy=2535 /37.4 =67.8< 150 (滿足)因為y>x，只需求y ，查表得y = 0.764。N /A = 38497

14、2 /（0.764×44.52×102 ）113.2 N/mm2f=215 N/mm2（滿足）斜腹桿Hi最大拉力N1=28.798KN 最大壓力N2= -63.611KN計算長度：l0x =3370mm，l0y = l1 (0.75+0.25N2/N1)=4388mm選用2 75×5，ix =2.33cm，iy =3.52cm，A=14.82 cm2x=l0x / ix=337 /2.33 =144.6 150 (滿足)y=l0y / iy=438.8 /3.52=124.7 150 (滿足)因為x>y，只需求x ，查表得x =0.327。則壓應力N /A=

15、63611/(0.327×1482)=131.26 N/mm2 <215 N/mm2拉應力N/A=28798/1482=19.4 N/mm2 <215 N/mm2(5)豎桿 Gg桿NGg= -43.402 kN， l0x 0.8×289231.2cm，l0y289cm.宜按壓桿的容許長細比進行控制。現(xiàn)選用2 63×5，查附表，A2×6.14=12.28cm2，ix1.94cm，iy=2.89cmx=l0x / ix=231.2 /1.94=119.2 150 (滿足)y=l0y / iy=289 / 2.89= 100 150 (滿足)x=0

16、.441y=0.555N /A=43402/(0.441×12.28×102)=80.1 N/mm2<f=215 N/mm2（滿足）設三塊墊板，ld231.2/4=57.840i40×2.89115.6cm（i為2.89cm）Aa桿NAa= -21.701KN, l0x l0y=199cm, 選用2 63×5，查附表，A2×6.14=12.28cm2，ix1.94cm，iy=2.89cmx=l0x / ix=199/1.94=102.6 150 (滿足)y=l0y / iy=199/2.89=68.9 150 (滿足)x=0.54y=0.

17、757N /A=21701/(0.54×12.28×102)=32.7 N/mm2<f=215 N/mm2（滿足）設兩塊墊板，ld199/3=66.340i40×2.89115.6cm（i為2.89cm）其他桿截面見下表，選用時一般腹桿按2 70×8，豎桿選2 63×5 不等肢角鋼長肢相并的T型截面，腹桿采用兩個等肢角鋼組成的T型截面。16桿件 名稱內力（kN）計算長度（cm）截面形式和規(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(shù)min計算應力（N/mm2）l0xl0yixiyxy yz上弦桿AI-662.308150.

18、8452.42L160×100×1050.642.857.752.958.751500.814160.67下弦ai658.402 15011852L125×80×8 31.982.286.0765.8195.2350斜桿aB-384.972 253.5253.52L140×90×1044.524.473.7456.767.81500.764113.2Bc298.603 208.64260.82L70×821.42.123.2398.415 80.743 3500.56513.95341Dc-236.105 228.72285

19、.92L70×821.42.123.23107.887 88.514 1500.50621.8042De160.586 228.72285.92L70×821.42.123.23107.887 88.514 3500.5067.504019eF-106.768（6.795）250.32312.92L63×512.281.942.89129.031 108.270 1500.39222.1798/Fg-6.17(50.954)249.52311.92L63×512.281.942.89128.619 107.924 1500.394gH-36.545 (3

20、7.19)271.68339.62L63×512.281.942.89140.041 117.509 1500.345豎桿Aa-21.7011991992L63×512.281.942.89102.577 68.858 1500.538Cc-43.402183.22292L63×512.281.942.8994.433 79.239 1500.592Ee-43.402207.22592L63×512.281.942.89106.804 89.619 1500.512Gg-43.402231.22892L63×512.281.942.89119.

21、175 100.000 1500.441屋架桿件截面選擇表7、節(jié)點設計在確定節(jié)點板的形狀和尺寸時，需要斜腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度。先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計算公式為：角鋼肢背所需焊縫長度：角鋼肢尖所需焊縫長度：如腹桿aB，設計桿力N-384.972 kN，設肢背與肢尖的焊腳尺寸各為hf18mm，hf26mm。因aB桿系不等邊，角鋼與長肢相連，故K12/3，K21/3。則：l1(0.667×384.972×103)/(2×0.7×8×160)+2×8=159mm 取l1130mml2(0.333×384.972&

22、#215;103)/(2×0.7×6×160)+12=107mm 取l290mm其它腹桿所需焊縫長度的計算結果見下表。未列入表中的腹桿均因桿力很小，可按構造取肢尖: hfmm，l18hf+108×5+1050 mm 肢背：hf6mm, l260mm腹桿焊縫尺寸：桿件 名稱設計內力（kN）肢背焊縫肢尖焊縫l1（mm）ht（mm）l2（mm）ht（mm）aB-384.972 130890 6Bc298.603 1406605cD-236.105 100650 5De160.586706605表中1l、12為取整后數(shù)值1、下弦節(jié)點“c”按表3所列Bc、cD桿所

23、需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸。由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為325mm，焊腳尺寸hf6mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內力差NNac-Nce205.29-500.42-295.13kN。驗算肢背焊縫的強度：fK1N/(2×0.7×helw)=(0.667×295.13)×103/2×0.7×6×(325-12)=74.87 N/mm2<fwf=160N/mm2（滿足）2下弦結點“e”按表3所列De、Fe桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸。由圖中量出下弦與節(jié)點板

24、的焊縫長度為300mm，焊腳尺寸hf6mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內力差NNce-Neg500.42-635.833-135.413 kN。驗算肢背焊縫的強度：fK1N/(2×0.7×helw)=(0.667×135.413×103)/(2×0.7×6×300)=35.8<fwf=160 N/mm2（滿足）3 .下弦結點“g”按表3所列Hg、Fg桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸。由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為300mm，焊腳尺寸hf6mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內力差NNeg-Ng

25、i635.833-658.40222.569N。驗算肢背焊縫的強度：fK1N/(2×0.7×helw)=(0.667×22.569×103)/(2×0.7×6×300)=6.0 <fwf=160 N/mm2（滿足）4上弦結點“B” 按表3所列腹桿Ba、cB所需焊縫長度，確定節(jié)點板形狀和尺寸。采用塞焊，結點板伸出上弦肢背8mm，量得上弦與節(jié)點板的焊縫長度為330mm， hf5mm，塞焊強度15.9 N/mm2<fwf=160 N/mm2 （滿足）由弦桿與節(jié)點板的四條焊縫共同承受節(jié)點集中荷載P43.4kN , hf=

26、8mm弦桿內力差NNBC-NAB378.462-0378.462 kN和由其產(chǎn)生的偏心彎矩M=(N1-N2)e的共同作用，則焊縫強度為：NN /2×0.7hf×lw=378.462×103/(2×0.7×8×320)105.6 N/mm2f =M/WW=6M/(2×0.7×hf×lw=2)=6×378.462×103×55/(2×0.7×8×3202)=95.3 N/mm2(f2+(M/1.22)2)0.5=131.35 N/mm2<fwf

27、=160 N/mm2（滿足）5上弦結點“D”按表3所列腹桿Dc、De所需焊縫長度，確定節(jié)點板形狀和尺寸。量得上弦與節(jié)點板的焊縫長度為270mm，設hf5mm，因節(jié)點板伸出上弦肢背8mm，塞焊強度19.5 N/mm2<fwf=160 N/mm2故由弦桿與節(jié)點板共同承受弦桿內力差NNcd-Nde-378.462-(-587.224)208.762 kN和由其產(chǎn)生的偏心彎矩M=(N1-N2)e的共同作用hf=8mm,則焊縫應力為：NN /2×0.7hf×lw=208.762×10 /(2×0.7×8×260)=71.7 N/mm2f=

28、M/WW=6M/(2×0.7×hf×lw=2)=6×208.762×103×55/(2×0.7×8×2602)=91.0 N/mm2(f2+(M/1.22)2)0.5=103.5 N/mm2<fwf=160 N/mm26上弦結點“F”按表3所列腹桿Fe、Fg所需焊縫長度，確定節(jié)點板形狀和尺寸。量得上弦與節(jié)點板的焊縫長度為220mm，設hf5mm， 24.2N/mm2<fwf=160 N/mm2節(jié)點板伸出上弦肢背8mm，故由弦桿與節(jié)點板共同承受弦桿內力差NNef-Nfg-587.224-(-662.308)75.084 kN和由其產(chǎn)生的偏心彎矩M=(N1-N2)e的共同作用的共同作用,hf=8mm,。則焊縫應力為：NN /2×0.7hf×lw=75.084×103 / (2×0.7×8×210)=27.9 N/mm2f = M/WW=6M/(2×0.7×hf×lw=2)=6×