梯形鋼屋架課程設計例題

1、鋼結構課程設計班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師： 2012年 12 月 9 日梯形鋼屋架課程設計一、設計資料（1） 題號61，屋面坡度1：16，跨度21m，長度96m，地點：上海，基本風壓：0.20kN/m,基本雪壓：0.55 kN/m。該車間內設有兩臺200/50kN中級工作制吊車，軌頂標高為8.5m。（2） 采用1.5m×6m預應力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保護層，卷材屋面，屋面坡度i=1/16。屋面活荷載標準值0.7kPa，血荷載標準值為0.55 kN/m，積灰荷載標準值為0.6 kN/m。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm。

2、（3） 混凝土采用C20，鋼筋采用Q235B級，焊條采用E43型。（4） 屋架計算跨度：=21m-2×0.15m=20.7m（5） 跨中及端部高度：采用無檁體系屋蓋方案，緩坡梯形屋架，取屋架在21m軸線處的端部高度。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。二、結構形式與布置 屋架形式及幾何尺寸如下圖：梯形鋼屋架支撐布置如下圖：1、 荷載計算屋面荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時取較大值進行計算，故取屋面活荷載0.7 kN/m進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度單位為米（m）。荷載計算表如下：荷載名稱標準值（kN/m）設計值（kN/m）預應力混凝土大型屋面板1.

3、41.4×1.35=1.89三氈四油防水層0.40.4×1.35=0.54找平層(厚20mm)0.2×20=0.40.4×1.35=0.5480厚泡沫混凝土保護層0.08×6=0.480.48×1.35=0.648屋架和支撐自重0.12+0.011×030=0.450.45×1.35=0.608管道荷載0.10.1×1.35=0.135永久荷載總和3.234.361屋面活荷載0.70.7×1.4=0.98積灰荷載0.60.6×1.4=0.84可變荷載總和0.31.82設計屋架時，應考慮

4、以下三種荷載組合（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載：（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：半跨節(jié)點可變荷載：（3）全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點屋架自重：半跨接點屋面板自重及活荷載：（1）、（2）為使用節(jié)點荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4、內力計算 屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如下:由數(shù)解法解得F=1時的屋架各桿件的內力系數(shù)(F=1作用于全跨左半跨和右半跨).然后進行組合,如下表: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

5、15;F2×F3×F4×F3×F4×上弦AB000000000BC、CD-11.29-8.46-3.46-628.05141-581.69601-499.79601-258.9589-142.4089-628.15141DE、EF-18.19-13.05-6.28-1011.8915-927.69831-816.80571-403.6948-245.8861-628.05141FG、GH-21.58-14.61-8.52-1200.4738-1086.30522-986.55102-458.6017-316.6438-1011.8915HI-2

6、2.43-13.98-10.33-1247.7585-1109.34747-1049.5605-448.5659-363.4844-1200.4738IJ、JK-22.9-14.45-10.33-1273.9041-1135.4931-1068.0075-462.0925-366.0553-1247.7585下弦ab6.024.61.75334.88658311.62698264.94398140.155473.7219334.88658bc15.1811.154.93844.44822778.43682676.55322342.9411197.9529844.44822cd20.1414.0

7、77.421120.368061020.94146912.01446438.1375283.1261120.36806de22.1514.459.421232.182351106.056351023.66495457.99340.74071232.18235ef21.311.6611.771184.89771026.99451028.7963388.3056390.86971184.8977斜腹桿aB-11.32-8.63-3.28-629.72028-585.65808-498.02508-263.0857-138.3772-629.72028Bb9.056.642.95503.442454

8、63.96665403.52445204.2819118.268503.44245bD-7.56-5.23-2.85-420.55524-382.38984-343.40544-163.2645-107.7867-420.55524Dc5.553.52.51308.74095275.16195258.94575111.943588.8666308.74095cF-4.27-2.27-2.45-237.53583-204.77583-207.72423-76.2706-80.4664-237.53583Fd2.740.952.18152.42346123.10326143.2506637.132

9、365.8036152.42346dH-1.570.19-2.14-87.33753-58.50873-96.67413-4.159-58.4713-96.67413He0.36-1.231.9420.02644-6.0177645.90684-26.702147.190647.1906-26.7021eg1.563.44-2.386.78124117.5756423.5544488.7196-45.0798117.57564-45.0798gK2.284.16-2.3126.83412157.6285251.81372109.4412-41.1414157.62852-41.1414gI0.

10、650.65036.1588536.1588525.5118518.7073.555536.15885Aa-0.5-0.50-27.8145-27.8145-19.6245-14.39-2.735-27.8145豎桿Cb、Ec-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Gd-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Jg-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Ie-1.5-1.50-83.4435-83.4435-58.8735-43.17-8.205-83.

11、4435Kf0.170.090.099.456938.146538.146533.02783.02789.456935、 桿件設計（1） 上弦桿整個上弦采用等截面，按IJ、JK桿件的最大設計內力設計，即 N= -1247.76kN上弦桿計算長度：屋架平面內：為節(jié)間軸線長度，即屋架平面外：由于屋架為無檁體系，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，取為支撐點間的距離，即=3×1.508=4.524m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：腹桿最大內力N= -629.72kN，查表得中間節(jié)點板厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度選

12、用14mm。設=60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬b類），則需要的截面積為:需要的回轉半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼表，選用2180×110×14，肢背間距a=12mm，則：A=7800，=30.8mm，=88.0mm驗算： 由于=150，所以滿足細長比要求。 因為，只需求，查表得=0.847，則故所選截面符合要求。（2） 下弦桿整個下弦桿采用同一截面,按最大內力所在的桿計算. N=1232.18kN,(因跨中有通長系桿),所需截面為:選用2180×110×12,因,故用不等肢角鋼,短肢相并,如下圖 故所選截面符合要求。(

13、3) 端斜桿aB桿件軸力: N= -629.72kN計算長度: 因為,故采用不等肢角鋼,長肢相并,使.選用2140×90×10,則 A=44.6cm， 因為，只需要求，查表得0.764，則所以所選截面符合要求。（4）腹桿此桿可在g點處不斷開，采用通桿。最大拉力： 最大壓力： 在桁架平面內的計算長度取節(jié)點中心間距，在桁架平面外的計算長度：選用263×5，查表有：因>，只需求，查表得=0.31，則符合要求（5）豎桿由于桿件內力較小，按選擇，則需要的回轉半徑為查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大。選用263×5，其幾何特征為因>，只需求，查表得=

14、0.38，則符合要求。其余各桿見下表：桿件編號內力(kN)計算長度截面規(guī)格截面面積回轉半徑(cm)長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應力IJ、JK-1247.7585150.8452.42180×110×1477.933.088.848.96151.40911500.847189.0350996de1232.1823530014852180×110×1267.423.18.7496.7742169.908350182.76Aa-27.8145199199263×512.2861.943.04102.57765.46051500.53842.08026

15、545aB-629.72028253.5253.52140×90×1044.5224.473.7456.711467.78071500.764185.131217Bb503.44245208.64260.82100×623.8643.14.5167.303257.8271350210.96Cb-55.629183.2229250×59.6061.532.53119.73990.51381500.439131.9149905bD-420.55524229.52286.92100×727.5923.094.5374.278363.33331500.

16、724210.5238487Dc308.74095228.72285.9270×616.322.153.33106.38185.8559350189.179Ec-55.629203.84254.8250×59.6061.532.53133.229100.7111500.363159.533556cF-237.53583250.32312.9290×621.2742.794.1389.720475.76271500.621179.7994558Fd152.42346249.44311.8250×59.6061.532.53163.033123.241350

17、158.675Gd-55.629231.2289250×5906061.532.53151.111114.2291500.3040.020196249dH-96.67413271.6339.5270×616.322.153.33126.326101.9521500.304194.8572344He47.1906-26.7021270.8338.5263×512.281.943.04139.588111.3491500.34760.11Ie-83.4435255.2319263×512.281.943.04131.546104.9341500.381178

18、.3483803eg117.57564-45.0798230.6449.95263×512.281.943.04118.866148.011500.31118.4gK157.62852-41.1414230.6449.95263×512.281.943.04118.866148.011500.31108.02Kf9.45693349349263×512.282.452.45142.449142.4492007.7gI36.15885166.32207.9250×59.6061.532.53108.70682.173935037.64Jg-55.62912

19、0.64150.8250×59.6061.532.5378.849759.60471500.66587.083730566、節(jié)點設計(1) 下弦節(jié)點b用E43型焊條,角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算） 設“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為“Cb”桿的內力很小（-55.629kN），按構造確定焊縫，取=5mm。按比例繪出詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為：329mm×458mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為45.8cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差，受力較大的肢背處

20、的焊縫應力為焊縫強度滿足要求。節(jié)點圖如下：（2）上弦節(jié)點“B”設“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）為了在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊逢作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設計值乘以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P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內的應力由下面計算得上弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm，則上弦肢間角焊縫的切應力為<160MPa節(jié)點詳圖如下：（3） 屋脊節(jié)點“K”設拼接角鋼與收壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）拼接角鋼的長度+弦桿桿端空隙，拼接角鋼角度取620mm。上弦與節(jié)點板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，驗算與節(jié)點“B”處槽焊縫驗算方法類似，此處演算略。上弦脂尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設肢尖焊縫，取節(jié)點板長度為500mm，則節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為，焊縫應力為因屋架的跨度很大，需將屋架分為兩