1、.成績：鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計梯形鋼屋架計算書所在學(xué)院建筑工程學(xué)院專業(yè) .專注.所屬專業(yè)土木工程班級學(xué)號土木 10-3 1015020324學(xué)生姓名鄭春旭指導(dǎo)教師黃雪芳王曉東設(shè)計時間、設(shè)計資料1、某工廠車間 ，采用梯形鋼屋架無檁屋蓋方案 ，廠房跨度取 27m ，長度為 102m ，柱距 6m 。采用 1.5m ×6m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板 ，保溫層、找平層及防水層自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.3kN/m 2 。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m 2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.5kN/m2 ，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6kN/m 2 ，軸線處屋架端高為1.90m ，屋面坡度為i=1/12，屋架鉸接支承在鋼筋混凝土柱上

2、，上柱截面400mm ×400mm ，混凝土標(biāo)號為 C25。鋼材采用 Q235B 級，焊條采用 E43 型。2、屋架計算跨度 ：Lo=27m 2×0.15m=26.7m3、跨中及端部高度 ：端部高度 ：h =1900mm （端部軸線處 ）， h=1915mm （端部計算處）。屋架中間高度h=3025mm 。二、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖一所示:專業(yè) .專注.圖一 屋架形式及幾何尺寸屋架支撐布置如圖二所示 :圖二 -1屋架上弦支撐布置圖專業(yè) .專注.圖二 -2屋架下弦支撐分布圖圖二 -3屋架垂直支撐符號說明 ： GWJ-（鋼屋架）； SC-（上弦支撐 ）； XC-（

3、下弦支撐 ）；CC-（垂直支撐 ）； GG- （剛性系桿 ）； LG-（柔性系桿 ）。三、荷載與內(nèi)力計算1、荷載計算荷載與雪荷載不同時考慮 ，故計算時取兩者較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算 。由資料可知屋面活荷載等于雪荷載 ，所以取 0.5 kN/ 計算 。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載 :防水層、找平層、保溫層1.30kN/ 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.40kN/ 鋼屋架和支撐自重0.12+0.011 ×27=0.42kN/ 總計 : 3.12kN/ 標(biāo)準(zhǔn)可變荷載 :屋面活荷載0.50 kN/ 積灰荷載0.60kN/ 總計 : 1.1kN/ 2、荷載組合設(shè)計桁架時 ，應(yīng)考慮以下三種組合 ：全跨永久荷載 + 全跨可

4、變荷載(按永久荷載為主控制的組合) ：專業(yè) .專注.全跨節(jié)點荷載設(shè)計值 ：F=(1.35 ×3.12+1.4 ×0.7×0.5+1.4 ×0.9×0.6) ×1.5×6=49.122kN全跨永久荷載 + 半跨可變荷載 ：全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時 ：F1.1=1.35 ×3.12 ×1.5×6=37.908 kN （按永久荷載為主的組合）F1.2=1.2 ×3.12×1.5×6=33.696kN （按可變荷載為主的組合 ）對結(jié)構(gòu)有利時 ：F1.3=1.0

5、×3.12×1.5×6=28.080kN半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值：F2.1= 1.4 ×(0.7×0.5+0.9 ×0.6)×1.5×6=11.214kN （按永久荷載為主的組合 ）F2.2=1.4 ×（0.7+0.9 ×0.6）×1.5×6=17.325kN （按可變荷載為主的組合 ）全跨屋架包括支撐自重+ 半跨屋面板自重 + 半跨屋面活荷載 (按可變荷載為主的組合 )：全跨節(jié)點屋架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時 ：F3.1=1.2 ×0.45 ×1.5

6、5;6=4.86kN對結(jié)構(gòu)有利時 ：F3.2=1.0 ×0.45 ×1.5×6=4.05kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值：F4=(1.2 ×1.4+1.4 ×0.5) ×1.5×6= 21.42kN其中 為使用階段荷載情況 ， 施工階段荷載情況 。 計算詳圖見圖三 。專業(yè) .專注.圖三桁架計算簡圖3、內(nèi)力計算本設(shè)計采用程序計算結(jié)構(gòu)在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表一。表一內(nèi)力系數(shù) （F=1）第二種組合第三種組合計算桿件第一種組桿件名稱左半跨 右半跨合 F×F1×F1×F3×

7、F3×全跨 內(nèi)力（KN)+F2 ×+F2 ×+F4 × +F4×AB000000000BC，-10.82-8.15-2.67-531.50-551.36-456.42-227.16-109.78-551.36CD上 DE，EF -17.85-12.87-4.98-876.83-899.63-762.94-362.43-193.42-899.63弦 FG，-21.55 -14.66 -6.89-1058.58-1070.90-936.29-418.75-252.32-1070.90GHHJ-22.72-14.23-8.49-1116.05-110

8、7.80-1008.36-415.23-292.28-1116.05IJ，JK-23.2-14.72-8.48-1139.63-1134.49-1026.38-428.05 -294.39 -1139.63ab5.994.591.4294.24306.59251.32127.4359.10306.59bc14.7710.893.88725.53748.57627.12305.05154.89748.57下cd19.9914.035.96981.951000.85861.04397.67224.811000.85弦de22.3414.647.71097.391100.50980.27422.16

9、273.511100.50ef21.8612.049.821073.811037.26998.80364.14316.581073.81斜aB-11.23-8.6-2.63-551.64-574.70-471.27-238.79-110.91-574.7專業(yè) .專注.腹Bb8.996.622.37441.61455.48381.85185.4994.46455.48桿bD-7.71-5.37-2.34-378.73-385.31-332.81-152.50-87.59-385.31Dc5.853.742.11287.36286.56258.32108.5473.63287.36cF-4.59-

10、2.52-2.07-225.47-217.66-209.86-76.29-66.65-225.47Fd3.11.211.89152.28138.48150.2640.9855.55152.28dH-1.92-0.07-1.85-94.31-74.00-104.83-10.83-48.96-104.8354.68He0.67-1.021.6932.917.7354.68-18.5939.46-18.59100.52eg1.183.22-2.0457.96100.529.3974.71-37.96-37.96140.84gK1.913.95-2.0493.82140.8437.0693.89-34

11、.41-34.41gI0.670.67032.9137.0125.4017.613.2637.01Aa-0.5-0.50-24.56-27.62-18.95-13.14-2.43-27.62Cb Ec-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23豎Gd-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23桿Jg-1-10-49.12-55.23-37.91-26.28-4.86-55.23Ie-1.5-1.50-73.68-82.85-56.86-39.42-7.29-82.85Kf000000000專業(yè) .專注.四、桿件截面設(shè)計1、

12、上弦桿：整個上弦桿采用相等截面，按最大設(shè)計內(nèi)力IJ、 JK 計算，根據(jù)表得 ：N= -1139.63KN ，屋架平面內(nèi)計算長度為節(jié)間軸線長度，即： l ox =1355mm, 本屋架為無檁體系 ，認(rèn)為大型屋面板只起剛性系桿作用，不起支撐作用 ，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況 ，取屋架平面外計算長度 l oy為支撐點間的距離 ，即：l oy =3 l ox =4065mm 。根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度 ，上弦截面宜選用兩個不等肢角鋼 ，且短肢相并 ，如圖四所示 ：圖四上弦桿腹桿最大內(nèi)力 N=-574.7KN ，查表可知 ，中間節(jié)點板厚度取 12mm ，支座節(jié)點板厚度取 14mm 。設(shè) =60 ，

13、根據(jù)規(guī)范由雙邊角鋼組成的 T 行和十字形截面均屬于 b 類，查 Q235 鋼軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表 ， =0.807 ，3則需要截面積 ： AN 1139.63 10 6568.3mm2 f 0.807 215l ox135.5cm2.26cm ， i yloy406.5需要回轉(zhuǎn)半徑 i x606.78cm根據(jù) A、 i60、 i查角鋼規(guī)格表 ，初選用×× ，肢背間距a=12mm，xy2 180 110 12該截面特性如下 ：A=67.42 cm2，i x=3.10cm ，i y=8.75cm115。 b / t 180 / 12按所選角鋼進(jìn)行驗算 ：xlox135.543.7

14、1=150i x3.10b1 / t 180 /1215 0.56loy / b10.564065 /180 12.65專業(yè) .專注.b12t218040652122l oy4 )yz 3.7(13.7(14t52.7b11252.71 8 0=57.89 150截面在 x 和 y 平面皆屬 b 類，由于yzx ，只需求出y ，查軸心受壓桿穩(wěn)定系數(shù)表得y 0.819,則有 :N1139630206.45 215 N mm2y A0.8196740所需截面合適 。2 、下弦桿 :整個下弦桿采用同一截面，按最大設(shè)計值計算，根據(jù)表得桿de 內(nèi)力最大N=1100.50KN 。 計算長度又有 :l ox

15、 =2700mm,l oy =26700/2=13350mm 。需要截面面積 AN11005005118.60mm 251.19cm2 ，選用f215216010012，采用短肢相并 ，如圖五所示 ：圖五下弦桿該截面特性如下：A= 6011mm 2>5118.60 mm2，ix =28.2mm ，i y =78.2mm 。長細(xì)比計算 ：l ox300106.38350x2.82i xl oy1335170.72350y7.82i yN1100500A6011183.08MP a 215MP a專業(yè) .專注.滿足要求 。3、端斜桿 aB：已知桿件軸力 N -574.70kN ， lox l

16、oy 2390mm 。因為 l ox l oy ，故采用不等肢角鋼，長肢相并 ，使 ix i y ，選用角鋼 2 125 80 10 ，如圖六所示 ：圖六端斜桿則其截面特性如下 ：A3942 mm2 ， i x 39.8mm ， i y 33.9mml ox239060.05 ， yl oy239070.50對該截面驗算如下 ： x39.8i y33.9i x又因為： b2 / t80 /108 0.48 2390 / 8014.34所以：取 yzy 1 1.09b2470.5011.0990 479.33150l 02yt 223902102因為 ： yzx ，只需求y ，查軸心受壓桿穩(wěn)定系

17、數(shù)表得yz =0.692 ，于是有：N574.70103210.682215 N/ mm2yA0.6923942N/ mm < f所需截面合適 。4、腹桿 eg-gK ：此桿在 g 節(jié)點處不斷開 ，采用通長桿件 。最大拉力 ：NgK140.84kN ， Neg100.52kN ；最大壓力 ：NgK34.41kN ， Neg37.96kN ；再分式桁架中的斜腹桿 ，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)間中心間距：專業(yè) .專注.l ox =2027mm在桁架平面外的計算長度：l oyl1(0.75 0.25 N 2 )4055 (0.75 0.25 34.41) 3960mmN137.96選用 2 1

18、0010 ，如圖七所示 。圖七腹桿 eg-gK查角鋼規(guī)格表得 :A=3852 mm 2， i x =30.5mm ， i y =46.0mm 。對此截面驗算如下 ：lox202766.4 6l oy3960150i x3 0.51 5 0 ， yi46.0 86.09xy又因為： b / t100 /10100.58loy / b0.58 3960 /10022.97所以取： yzy10.475b486.091 0.475 100488.70150l oy2t 239602102因為： yzx只需求yz ，查表得 yz =0.630 ，于是有：壓應(yīng)力：N379600156MP a 215MP

19、a ，滿足要求 。y A0.6303852拉應(yīng)力：N14084036.56 MPa215MPa ，滿足要求 。A38525.豎桿 Ie：該桿件 N -82.85KN ， l 0x0.8l 0.82801 2241mm ， l oyl2801mm由于桿件內(nèi)力較小 ，按=150 選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為 ：ixlox2241l oy2801mm，15014.9mm， iy18.67150查型鋼表 ，選用 2 L 63 ×8,如圖八所示 ：專業(yè) .專注.圖八中豎桿其截面特性為 ：A=1902 mm 2， i x =19.0mm， i y =31.0mm對此截面驗算如下 ：l ox224111

20、5.2150 ，l oy280192.1150x19.4y30.4i xi y因為：b/t=63/8=7.875<0.58 loy /b=0.582801/63=25.787所以： yzy 10.475b40.47563493.47150loy2t 292.112801282因為 xyz ，只需求x ，查表得x =0.463 ，于是有：N8285094.1MP a215MPax A0.4631902其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結(jié)果見表二 ：專業(yè) .專注.名稱桿件編內(nèi)力計算長度 （cm)截面規(guī)格截面回轉(zhuǎn)半徑 （cm)長細(xì)比容許長穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)N/mm屋架桿件截面選擇表表二專業(yè) .

21、專注. .l 0 xl 0 yi xi yxyxy上弦IJ JK-1139.63135.50406.502L180 ×110 ×1267.423.108.7543.7157.89150.000.819206.45下弦de1100.50270.001335.002L160 ×100 ×1260.102.827.8295.74170.72350.00183.08Aa-27.62191.50191.502L63×819.021.903.10100.7961.77150.000.46394.10aB-574.70239.00239.002L125 &#

22、215;80×1039.423.983.3960.0570.50150.000.692210.68Bb455.48239.00298.752L100 ×1038.523.054.6078.3664.95350.00118.25Cb-55.23212.70265.882L63×819.021.903.10111.9585.77150.000.48759.63bD-385.31261.50326.882L100×38.523.054.6085.7471.06150.000.650153.8910腹桿Dc287.36261.50326.882L100 

23、5;1038.523.054.6085.7471.06350.0074.60Ec-55.23235.20294.002L63×819.021.903.10123.7994.84150.000.41769.64cF-225.47280.90351.132L100 ×1038.523.054.6092.1076.33150.000.60796.43Fd152.28280.90351.132L63×819.021.903.10147.84113.27350.0080.06Gd-55.23257.60322.002L63×819.021.903.10135.58

24、103.87150.000.36379.99dH-104.83300.80376.002L63×819.021.903.10158.32121.29150.000.281196.14He54.68300.80376.002L63×819.021.903.10158.32121.29150.000.281102.31專業(yè) .專注. .-18.59Ie-82.85280.10350.132L63×819.021.903.10147.42112.94150.000.317137.41100.52eg202.70253.382L100 ×1038.523.054

25、.6066.4655.08150.000.77233.80-37.96gk140.84×202.70253.382L10038.523.054.6066.4655.08150.000.77247.36-34.4110Kf0.00302.50302.502L63×819.021.901.90159.21159.21200.000.00gI37.01186.60233.252L63×819.021.903.1098.2175.24350.0019.46Jg-55.23140.00175.002L63×819.021.903.1073.6856.45150.0

26、00.72839.89專業(yè) .專注.五、節(jié)點設(shè)計用 E43 焊條時，角焊縫的抗拉 、抗壓和抗剪強度設(shè)計值f fw160 N/mm 2 。1、下弦節(jié)點 “b”：設(shè) “Bb”桿的肢背和肢尖焊縫 hf 8mm 和 6mm ，各桿件內(nèi)力由表 1 查得 ，則所需的焊縫長度為 ：肢 背 ：lWK1N2hf0.7455.4810328mm ， 取 l w0.7hf 1 f fw20.7 8160193.922210mm ；肢 尖 ： lWK2 Nf fw2hf0.3455.4810326113.67mm ， 取 l w20.7hf 220.7 6160130mm ；設(shè) “Db ”桿的肢背與肢尖焊縫分別為8m

27、m 和 6mm ，則所需的焊縫長度為 ：肢 背 ： lWK1N2hf0.7385.3110328166.51mm ， 取 l w0.7hf 1 f fw20.7 81602180mm ；肢 尖 ： lWK 2 N2hf0.3385.31 103260.7hf 2 f fw20.7 616098.01mm ， 取 l w2110mm ；豎桿 “Cb”，因其內(nèi)力很小 ，焊縫尺寸可按構(gòu)造縫確定，取焊腳尺寸 h f =5mm 。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出接點詳圖 ，從而確定節(jié)點板尺寸為 390mm ×500mm 。下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長

28、度為500mm ， hf6mm 。焊縫所受的力在左右兩下弦桿的內(nèi)力差 N=748.57-306.59=441.98KN，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：f2K1 N0.7441.9810399.57N / mm21 6 0mm20.7hf l w2 0.75 5002 6焊縫強度滿足要求 。節(jié)點板尺寸 ：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作裝配等誤差 ，按比列作出構(gòu)造詳圖 ，從而定出節(jié)點尺寸 。 如圖九所示專業(yè) .專注.圖九節(jié)點板 b 尺寸2 、上弦節(jié)點 “B”：斜桿 Bb 與節(jié)點板連接焊縫計算 ，與下弦節(jié)點 b 中 Bb 桿計算相同 。斜桿 aB 與節(jié)點板連接焊縫計算 。設(shè)

29、“aB”桿肢背與與肢尖的焊縫分別為 10mm 8mm 。 又 N=574.70KN ，則所需焊縫長度為 ：肢 背 : lWK1N2hf0.65574.7010310186.77mm ， 取 l w0.7hf 1 f fw2 0.7 1022160200mm ；肢 尖 :lWK2 Nh0.35574.70 1038mm ， 取 l w0.7hf 2 f fw2f0.7 82128.2522160140mm ；和為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm 。 用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算 ，焊縫強度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8 的折減系數(shù) ，計算時可

30、略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載 F 與上弦垂直 （節(jié)點荷載由槽焊縫承受 ，上弦兩相鄰節(jié)間的內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受 ，這時槽焊縫必然是安全的 ，因此可不必驗算 ）。上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差： N=574.70-0=574.70KN 。設(shè)需焊縫長度為 530mm ，hf 11126 ,f 210則肢尖：2mm hmm。22K1 N1N222F0.65574700 2491201.2221.2220.7h' f l ' w20.765301285.98 N0.8 f fw0.8160N128N222mmmmmm專業(yè) .專注.22K2 N1N222F0.35574

31、700 2491201.2221.2220.7h''f l '' w20.7 105302028.31N20.8 f f wmm故焊縫強度滿足要求 。節(jié)點板尺寸如圖十所示 ：圖十節(jié)點板 B 尺寸3 、屋脊節(jié)點 “K”:弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊 ，需將拼接角鋼進(jìn)行切肢 、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償 。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算 。設(shè)肢尖、肢背焊縫為 10mm ，則所需焊縫計算長度為 ：（一條焊縫 ）lw113963010 264.38mm0.7104160拼接角鋼總長度取 700>264.37 ×2=528.74 。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15% 計算 。 設(shè)肢尖焊縫hf10mm ，節(jié)點板長度為600mm ，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為l w(600 / 21020)270mm，則焊縫應(yīng)力為 ：N022MPaf20.710270M60.15 11396308080.40MPa 160MPaf20.7102702（f 2280.4