1、遠程教育學院鋼結構課程設計題 目設計18M跨焊接梯形鋼屋架學 習 中 心 哈工大（威海）分校專 業 土木工程層 次 專升本學 生 高國成學 號 鋼結構課程設計任務書設計18M跨焊接梯形鋼屋架一、教學要求：1） 正確布置鋼屋架的支撐；2） 掌握鋼屋架的設計步驟和方法；3） 能正確繪制鋼屋架施工圖。二、設計資料： 某地一金工車間，長90m，跨度18m，柱距6m，柱頂標高10m，山墻處采用封閉結合，車間內設有兩臺20t/3t中級工作制橋式吊車。采用梯形鋼屋架，1.56m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，膨脹珍珠巖制品保溫層（容重為4kN/，厚度見下表），卷材屋面，屋面坡度i =1/10，屋架簡支于鋼筋混凝

2、土柱上，混凝土強度等級C20。車間地點哈爾濱伊春吉林通化保溫層厚度(cm)81012灰荷載( kN/)00.30.50.75三、設計內容：1) 確定屋架型式尺寸，選擇鋼材及連接材料；2) 布置屋蓋支撐并按比例繪出支撐布置圖;3) 用力學方法求桿力系數；4) 荷載匯集；5) 桿力組合（填附表1）；6) 選擇桿件截面（填附表2）；7) 節點設計；8) 繪制施工圖；9) 計算書一份。ABCDEFGabcd目錄一、 屋蓋支撐布置圖.(1)二、 荷載計算.(2)三、 桁架內力圖.(3)四、 桁架內力組合表.（4）五、 桁架截面選用表及計算.(6)六、 節點計算.(11)屋蓋支撐布置圖屋架形式及幾何尺寸如

3、圖所示上弦橫向水平支撐一般設置在房屋兩端且間距不宜大于60m，根據廠房長度(90m60m)、跨度及荷載情況，設置上弦橫向水平支撐3道。下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支撐對應的布置在同一柱間距內，以形成穩定空間體系。下弦縱向水平支撐不進行布置。垂直支撐設置在上、下弦橫向支撐的柱間內，在屋架兩端及跨中的豎直面內。系桿沿房屋縱向通長設置，以保證屋架的側向穩定。支撐布置如圖所示：梯形鋼屋架支撐布置如圖所示：荷載計算屋面雪荷載與檢修荷載不會同時出現，計算時，取較大的荷載標準值進行計算。故取屋面活荷載0.5KN/m進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式計算，跨度單位為米（m）荷載計算

4、表荷載名稱標準值（KN/m）設計值（KN/m）預應力混凝土大型屋面板自重1.41.41.351.89屋架及支撐自重0.450.451.350.608屋面防水層0.40.41.350.54找平層0.40.41.350.54永久荷載總和2.653.578屋面檢修荷載0.50.51.40.7可變荷載總和0.50.7設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：1、 全跨永久荷載全跨可變荷載全跨節點永久荷載及可變荷載：2、 全跨永久荷載半跨可變荷載全跨節點永久荷載：半跨節點可變荷載：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點屋架自重：半跨節點屋面板自重及活荷載：1、2為使用節點荷載情況，

5、3為施工階段荷載情況。桁架內力圖屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如下：桁架內力組合表桿件名稱桿件編號單位荷載 F1靜載作用（KN/m）活載（KN/m）0.7桿件內力計算內力在左在右全跨全部恒載3.578屋架支撐0.608大型屋面板1.89左右全部組合一組合二組合三在左在右全部左右左右上弦桿AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-1

6、35.96-77.45-239.87CD-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87DE-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180.43-127.51-346.13EF-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.6

7、6-180.43-127.51-346.13FG-4.55-4.56-9.1-32.56-5.53-8.60-8.62-17.20-3.19-3.19-6.37-350.37-321.70-321.77-155.86-156.09-350.37下弦桿ab2.541.043.5812.812.184.801.976.771.780.732.51137.84131.29121.8478.8043.83137.84bc5.322.647.9628.484.8410.054.9915.043.721.855.57306.48289.84272.96167.57105.10306.48cd5.313.9

8、79.2833.205.6410.047.5017.543.722.786.50357.30332.29323.85174.56143.32357.30斜腹桿aB-4.75-1.81-6.56-23.47-3.99-8.98-3.42-12.40-3.33-1.27-4.59-252.57-241.17-222.65-146.62-78.09-252.57Bb3.171.354.5216.172.755.992.558.542.220.953.16174.03165.52154.0698.6356.20174.03bD-1.83-1.58-3.41-12.20-2.07-3.46-2.99-6

9、.44-1.28-1.11-2.39-131.29-121.34-119.76-61.32-55.49-131.29Dc0.571.271.846.581.121.082.403.480.400.891.2970.8462.8467.2523.3639.6770.84Cf0.64-1.38-0.74-2.65-0.451.21-2.61-1.400.45-0.97-0.52-28.49-19.80-32.5210.87-36.22-36.22 10.87Fd-1.61.11-0.49-1.75-0.30-3.022.10-0.93-1.120.78-0.34-18.87-25.86-8.79-

10、39.9823.19-39.98 23.19豎桿Aa-0.50-0.5-1.79-0.30-0.950.00-0.95-0.350.00-0.35-19.25-19.25-16.10-14.39-2.74-19.25Cb-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50Ec-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50Gd0.410.410.822.930.500.770.771.

11、550.290.290.5731.5728.9928.9914.0414.0431.57桁架截面選用表及計算5. 桿件設計（1）上弦桿整個上弦采用等截面，按FG桿件的最大設計內力設計，即N=350.37KN上弦桿計算長度：在屋架平面內：為節點軸線長度：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，根據支撐布置和內力變化情況，取為支撐點間的距離，即：根據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。如右圖：腹桿最大內力N=252.57KN，中間節點板厚度選用8mm，支座節點板厚度選用10mm設60，查Q235鋼的穩定系數表，可得0.807（由雙角鋼組成

12、的T形和十字形截面均屬于b類），則需要截面積為需要回轉半徑：查表選用2125807 a=8mm驗算 滿足長細比的要求，查表，則故所選截面合適。（2）下弦桿整個下弦采用等截面，按cd桿件的最大設計內力設計，即N=357.3KN下弦桿計算長度：下弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。所需截面面積：查表選用2 80507，a=8mm 即，且 滿足要求。（3）腹桿 aB桿: 計算長度：桿件軸力：N=-252.57KN 因為，故選用等肢角鋼 設=100，=0.555所需面積：所需回轉半徑： 選2907 a=8 則 Bb桿: 計算長度：桿件軸力：N=174.03KN 選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 4

13、55 a=8mm 即且bD桿： 計算長度：桿件軸力： N=131.29KN 選用等肢鋼 設所需面積：所需回轉半徑：選用2705 ，a=8，即 則cD桿： 計算長度：桿件軸力： N=70.84KN ，選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 454 a=8mm 即 且cF、Fd桿： 當桿件受壓時取，計算長度 選用等肢角鋼 設，所需面積：需要回轉半徑：查表選用2 454 a=8mm 即 且當桿件受拉時取， 計算長度： 選用等肢角鋼 滿足要求（4）豎桿豎桿Aa :桿件軸力：N=19.25KN 計算長度：內力較小 按=150選擇 需回轉半徑：查表選用2 454 a=8mm 即 且，查表得豎桿Cb：桿件軸力

14、：N=-38.5KN 計算長度：內力較小 按=150選擇 需回轉半徑查表選用2 454 a=8mm 即 且，查表得豎桿Ec：桿件軸力：N=38.5KN 計算長度： 內力較小 按=150選擇 需回轉半徑選用2505 a=8mm ，即 則豎桿Gd：桿件軸力：N=31.57KN 計算長度： 按=350選擇 所需截面面積：查表選用2 454 a=8mm 即 且，查表得其結果見下表屋架桿件截面選擇表桿件名稱桿件編號內力（KN）計算長度cm截面規格截面面積（cm）回轉半徑（cm）長細比容許長細比穩定系數計算應力或N/A （N/mm）上弦FG-350.37150.8301.6212580728.22.305

15、.9765.650.5150.000.7760.851-160.1下弦ab357.3300885.028050717.451.394.00215.83221.25350.00_200.7斜腹aB-252.57253253290724.602.784.0091.0063.3150.000.6140.807-167.2Bb174.03209.00261.324558.581.372.18152.6123.8350.00202.8bD-131.29229.1286.42 70513.742.163.17106.190.3150.000.5160.601-185.04Dc70.84229.1286.4

16、2 4546.981.382.16166.0132.6350.00104.8cF-36.22249.92312.424546.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-103.0Fd-39.98249.92312.424546.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-113.69豎桿Aa-19.25199.0199.024546.981.382.16144.2144.6150.000.3280.592-83.98.Cb-38.5183.2229.02 4546.981.382.16132.8106.0150.000.3748

17、0.435-147.2Ec-38.5207.2259.025059.61.532.3135.42108.8150.000.3630.478-110.5Gd31.57231.22892 4546.981.382.16167.5133.8350.000.255177.4考慮施工和實際條件，可將Dc、Cf、Fd、Aa、Cb、Gd桿件統一采用截面規格為2455的角鋼。節點計算（1）下弦節點用E43型焊條角焊縫的抗拉和抗壓、抗剪強度設計值160MPa。七、 下弦節點“b”設“Bb”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取103mm。肢尖：，取57mm。設“bD” 桿的肢背6mm和肢尖

18、焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取81mm。肢尖：，取46mm。“Cb”桿內力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構造要求綜合取節點板尺寸280mm265mm下弦與節點板連接的焊縫長度為28cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N168.640KN，受力較大處的肢背出的焊縫應力為:焊縫強度滿足要求。八、 下弦節點“c”設“Dc”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取49mm。肢尖：，取40mm。設“Fc” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。“cE”桿內力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按

19、構造要求綜合取節點板尺寸240mm250mm下弦與節點板連接的焊縫長度為24cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N50.82KN，受力較大處的肢背出的焊縫應力為:焊縫強度滿足要求。九、 下弦節點“d”設“dF”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。“dG”桿內力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構造要求綜合取節點板尺寸300mm225mm下弦與節點板連接的焊縫長度為20cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N0KN，焊縫強度滿足要求。.（2）上弦節點上弦節點B“Bb”桿與節點板的焊縫尺寸同上。設“aB”桿的肢背和

20、肢尖焊縫6mm和5mm，所需焊縫長度為肢背： ,取150mm.肢尖：，取80mm節點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構造要求取節點板的長度為350mm272mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強度設計值乘以0.8的折減系數。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：等于二分之一節點板厚度，7mm上弦與節點板焊縫長度為350mm，則滿足要求。 上弦節點D設“bD”和“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據前面的計算，所需焊縫長度為肢背：取81mm和49mm肢尖：取45mm和40mm節點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構造要求取節點板的長度為25

21、0mm212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強度設計值乘以0.8的折減系數。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：等于二分之一節點板厚度，7mm上弦與節點板焊縫長度為280mm，則滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應力為滿足要求。 上弦節點“F”設“Fc”和“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據前面的計算，所需焊縫長度為肢背：取50mm和50mm肢尖：取40mm和40mm節點板上邊緣縮進上弦肢背8mm，按構造要求取節點板的長度為200mm212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，需在強度設計值乘以0.8的

22、折減系數。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內的應力計算如下：等于二分之一節點板厚度，7mm上弦與節點板焊縫長度為280mm，則滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應力為 滿足要求。 上弦節點“A”豎桿“Aa”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“Aa”的內力為19.25 KN，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節點板為200mm200mm. 上弦節點“C”豎桿“Cb”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“Cb”的內力為38.5 KN，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節點板為200mm200mm.豎桿“Ec”同豎桿“Cb”。屋脊節點“G”設拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫6mm，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）拼接角鋼長度+弦桿桿端空隙20，拼接角鋼長度取400mm。上弦與節點板之間的槽焊縫，假定承受節點荷載，驗算如下設“Gd”桿的肢背和肢尖焊縫為6mm和6