钢结构梯形钢屋架

1设计资料

2结构形式与选型

3荷载计算

4内力计算

5杆件设计

6节点设计

   7  参考文献

梯形钢屋架课程设计计算书

一、 设计资料：

题号：普通梯形钢屋架19号

该课程设计题目为：普通梯形屋架，该结构位于佳木斯市。

1、车间柱网布置：长度84m  ；柱距6m ；跨度18m

2、屋面坡度：1：10

3、屋面材料：混凝土大型屋面板（包括灌浆）

4、荷载标准值

1）静载：

屋架及支撑自重                     0.3KN/m²;

SBS改性沥青油毛毡防水层           0.4KN/m²；

20厚水泥砂浆找平层                 0.4KN/m²;

100厚水泥珍珠岩保温层              0.4KN/m²

冷底子油隔气层                     0.05KN/m²

大型屋面板自重（包括灌缝）         1.4KN/m²

管道设备自重                       0.1 KN/m²

2）活载：

屋面雪荷载或活荷载最大值           0.65KN/m²；

积灰荷载                           0.5KN/m²；

屋面坡度不大，对荷载影响小，不予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。

5、材质  Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。

二、  结构形式与选型

屋架形式及几何尺寸如图所示

根据厂房长度(84m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为18m故不设下弦支撑。

梯形钢屋架支撑布置如图所示：

三、  荷载计算

荷载计算表：

1、全跨永久荷载＋全跨可变荷载

F1+F2=(4.118+1.47) ×1.5×6=50.292kN

2、全跨永久荷载＋半跨可变荷载

F1=4.118×1.5×6=37.062 kN

F2=1.47×1.5×6=13.23 kN

3、全跨屋架（包括支撑）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活荷载

F2=1.47×1.5×6=13.23 kN

F3=0.405×1.5×6=3.5 kN

F4=(1.85+0.91)×1.5×6=24.84 kN

四、   内力计算

计算简图如下

复杆最大内力为326.8 KN，查课本表7.4，选用中间节点板厚为10mm，支座板厚为12mm。

1.上弦杆

整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-457.65KN

计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度=1507.5mm

屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度： =21507.5=3015mm

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见下图：

设=60，查轴心受力稳定系数表， =0.807

需要截面积===2637.7 

需要回转半径：

=         ===50.25mm

根据需要的、、   查角钢型钢表，初选 2 L 1409010，

A=4460， =25.6mm ， =67.7mm。

按所选角钢进行验算：

===58.90＜[λ]=150

===44.53＜[λ]=150

双角钢T型截面绕对称(y)轴应按弯扭屈曲计算长细比.

,故应按《钢结构》式4.15计算故

由于  ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，＝0.813

       ==126.21MPa<215MPa 所选截面合适。

填板每个节间放一块，la=75.4cm<40i=40×2.56=102.4cm。

2 .下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=466.7KN

计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=3000mm

          屋架平面外根据支撑布置取=9000mm

计算需要净截面面积==2170.70,选用2L1409010，因为> ,

故用不等肢角钢，短肢相并，见下图：

A=4460， =25.6mm， =67.7mm。

        =<[ ]=350

        =<[]=350     所选截面满足要求。

填板每个节间放一块，la=150cm<80i=40×2.56=204.8cm。

3. 端斜杆aB

已知N＝-326.kN，＝＝2530mm。因为＝，故采用不等肢角钢，长肢相并，使＝，选用角钢2 L 100808 

        A＝2780，＝31.5mm，＝34.9mm

截面刚度和稳定验算：

= <[ ]=150 

= <[ ]=150

因为只需求，查表得=0.687

MPa<215 MPa  所选截面满足要求。

      填板放两块，la=84.5cm < 40i=40×3.15=126cm。 

4斜腹杆Bc

杆件轴力：N=238380 N

计算长度：， 

因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。

设，查Q235钢的稳定系数表，可得，则需要的截面积为

需要的回转半径：

，根据需要A，，查角钢规格表，选用2L906，肢背间距a=10mm,则

A=21.28,=2.79cm, =4.05 cm

按所选角钢进行验算：

满足长细比要求。

由于，只需求。查表=0.740，则

故所选截面合适。

填板放两块，la=87.4cm < 40i=40×2.79=111.6cm。

其他杆件的计算结果列在下表：

aB肢背8-160  肢尖6-110  ；Bc肢背8-120  肢尖6-90

cD肢背8-100  肢尖6-120   ；De肢背5-80  肢尖5-80

eF肢背5-80  肢尖5-80    ;  Fg肢背5-80  肢尖5-80

填板：上下弦杆在节点之间各填一个；复杆之间全部填2个；中间竖杆为三个。

六、节点设计

各杆件的内力由上表查得。

设计步骤：

由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。

用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值MPa

各杆件内力由上表查得 

1.下弦节点c

（1）斜杆Bc与节点的连接焊缝计算：

设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：

肢背：，取＝120mm

肢尖：，取＝90mm

（2）斜杆cD与节点的连接焊缝计算：

设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：

肢背：，取＝100mm

肢尖： =98.+12=110.mm，取＝120mm

（3）竖杆Cc与节点板连接焊缝计算：

因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=6mm。

根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为300mm×400mm。

（4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：

焊缝受力为左右下弦杆的内力差△N=400.32-174.51=225.81KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为400mm,受力较大的肢背处的焊缝应力为：     

  <160MPa

（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图所示：

2 .上弦节点B

（1）斜杆aB与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。

                 N=-326.KN

（2）斜杆aB与节点板连接焊缝计算

设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为

肢背：,取=160mm

肢尖：，取＝110mm

（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：

为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。

上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得

，     

上弦与节点板间焊缝长度为400mm，则

MPa<0.8MPa

上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 △N=313.31KN

偏心距   e =140-25＝115mm

设需焊缝长度为400mm，则

（3）节点板尺寸：方法同前，如图所示

3 .屋脊节点J 

（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：

弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。

设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm，则需焊缝长度为

，取=150mm

拼接角钢长度取2 (150+20)+24＝3mm，取拼接角钢长度为400mm.

( 2 ) 弦杆与节点板的连接焊缝计算：

取节点板的长度为400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为170 mm。上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载： 

上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为10mm。

（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算

此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm。

（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示

4 .端部支座节点a

为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为180mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为12mm。

（1）支座底板计算    

支座反力，采用混凝土强度为C20，Fy=9.6N/mm2.

锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积：按构造要求取底板尺寸为280mm 280mm=78400>37519.79，垫板采用—10010020，孔径为26mm。偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则

承压面积：

验算柱顶混凝土的抗压强度：

满足

底板的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为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为

式中--------底板下的平均应力， =4.18MPa

--------两边支承对角线长， =

--------系数，由决定。为两边支承的焦点到对角线的垂直距离。由相似三角形的关系，得

=0.5得＝0.056宽度的最大弯矩为

M==8361.57N.mm

底板厚度=15.28取t=20

所以底板尺寸为-280*280*20