梯形钢屋架课程设计
梯形钢屋架课程设计计算书
1．设计资料：
1、车间柱网布置：长度96m ；柱距6m ；跨度15m。
2、屋面坡度：1：10。
3、屋面材料：压型钢板。
4、荷载
1）静载：屋架及支撑自重0.45KN/m²。
2）活载：屋面活荷载0.5KN/m²。
5、材质 Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。
6、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图 1 所示
图1
2 . 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(96m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑2道，下弦由于跨度为15m故不设下弦支撑。如图2
图2
3、垂直支撑
垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 3 所示。
图3
4 . 荷载计算
屋面活荷载0.5KN/m²进行计算。
荷载计算表
| 荷载名称 | 标准值（KN/m²） | 设计值（KN/m²） |
| 屋架及支撑自重 | 0.45 | 0.15×1.35＝0.608 |
| 可变荷载总和 | 0.5 | 0.7 |
1、全跨永久荷载＋全跨可变荷载
2、全跨永久荷载＋半跨可变荷载
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
5 内力计算
屋架构件内力组合表
| 杆件名称 | 杆件编号 | 单位荷载 F＝1 | 静载作用（KN/m²） | 活载（KN/m²）0.7 | 杆件内力 | 计算内力 | ||||||||||
| 在左 | 在右 | 全跨 | 全部恒载3.578 | 屋架支撑0.608 | 大型屋面板1. | 在左 | 在右 | 全部 | 组合一 | 组合二 | 组合三 | |||||
| 在左 | 在右 | 全部 | ||||||||||||||
| 上弦杆 | AB | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| BC | -4.69 | -2.16 | -6.23 | -22.28 | -3.79 | -8.86 | -4.09 | -11.77 | -3.28 | -1.51 | -4.36 | -143.84 | -138.02 | -86.01 | -143.84 | |
| CD | -4.68 | -2.16 | -6.22 | -22.25 | -3.78 | -8.85 | -4.08 | -11.75 | -3.28 | -1.51 | -4.35 | -143.63 | -137.83 | -85. | -143.63 | |
| DE | -6.21 | -3.93 | -9.00 | -32.19 | -5.47 | -11.73 | -7.42 | -17.01 | -4.34 | -2.75 | -6.30 | -207.85 | -197.30 | -116.34 | -207.85 | |
| EF | -6.20 | -3.92 | -8.99 | -32.17 | -5.47 | -11.72 | -7.42 | -16.99 | -4.34 | -2.75 | -6.29 | -207.70 | -197.15 | -116.26 | -207.70 | |
| 下弦杆 | ab | -1.21 | -2.82 | -3.49 | -12.49 | -2.12 | -2.29 | -5.34 | -6.60 | -0.85 | -1.98 | -2.44 | -80.62 | -72.00 | -28.38 | -80.62 |
| bc | 1.87 | -0.83 | 1.01 | 3.60 | 0.61 | 3.53 | -1.57 | 1.90 | 1.31 | -0.58 | 0.70 | 23.25 | 26.51 | 29.44 | 29.44 | |
| cd | 2.07 | 0.72 | 2.31 | 8.26 | 1.40 | 3.91 | 1.36 | 4.36 | 1.45 | 0.51 | 1.62 | 53.33 | 52.43 | 36.52 | 53.33 | |
| 斜腹杆 | aB | -5.06 | -2.05 | -6.51 | -23.31 | -3.96 | -9.56 | -3.87 | -12.31 | -3.54 | -1.43 | -4.56 | -150.49 | -144.99 | -92.14 | -150.49 |
| Bb | 3.38 | 1.83 | 4.68 | 16.76 | 2.85 | 6.39 | 3.46 | 8.85 | 2.37 | 1.28 | 3.28 | 108.19 | 103.28 | 62.69 | 108.19 | |
| bD | -2.15 | -1.79 | -3.42 | -12.25 | -2.08 | -4.06 | -3.39 | -6.47 | -1.51 | -1.25 | -2.40 | -79.09 | -74.28 | -41.31 | -79.09 | |
| Dc | 0.73 | 1.55 | 1.83 | 6.55 | 1.11 | 1.38 | 2.93 | 3.46 | 0.51 | 1.08 | 1.28 | 42.27 | 38.11 | 16.21 | 42.27 | |
| Cf | 0.38 | -1.54 | -0.71 | -2.54 | -0.43 | 0.72 | -2.90 | -1.34 | 0.27 | -1.07 | -0.50 | -16.41 | -12.29 | 2.99 | -16.41 | |
| 竖杆 | Aa | -0.50 | 0.00 | -0.50 | -1.79 | -0.30 | -0.95 | 0.00 | -0.95 | -0.35 | 0.00 | -0.35 | -11.55 | -11.55 | -8.63 | -11.55 |
| Cb | -0.93 | 0.03 | -0.91 | -3.27 | -0.56 | -1.77 | 0.06 | -1.73 | -0.65 | 0.02 | -0. | -21.10 | -21.18 | -16.07 | -21.18 | |
| Ec | -0.95 | 0.03 | -0.93 | -3.34 | -0.57 | -1.80 | 0.05 | -1.77 | -0.67 | 0.02 | -0.65 | -21.58 | -21.66 | -16.42 | -21.66 | |
| Fd | 0.08 | 0.08 | 0.85 | 3.03 | 0.52 | 0.15 | 0.15 | 1.60 | 0.06 | 0.06 | 0.59 | 19.58 | 16.68 | 3.90 | 19.58 | |
1、上弦杆
整个上弦采用等截面，按EF杆件的最大设计内力设计，即N=－255KN
上弦杆计算长度：
在屋架平面内：，
上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。
腹杆最大内力N=－152.9 KN，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用8mm
设λ＝60，φ＝0.807，截面积为
需要回转半径：
查表选用2┐ ┌ 110×70×6
验算
满足长细比要求，查表
满足要求
其余计算结果见下表
屋架杆件截面选择表
| 杆件名称 | 杆件编号 | 内力 （KN） | 计算长度cm | 截面规格 | 截面面积（cm²） | 回转半径（cm） | 长细比 | 容许长细比 | 稳定系数 | 计算应力 （N/mm²） | ||||
| 上弦 | FG | -210.32 | 150.8 | 30.16 | 2┐ ┌ 110×70×6 | 21.2 | 2.01 | 3.54 | 75.0 | 85.2 | 150.00 | 0.720 | 0.655 | 151.55 |
| 下弦 | ab | -80.62 | 300 | 885 | 2┐ ┌ 80×50×5 | 34.40 | 2.53 | 4.63 | 118.58 | 191.14 | 150.00 | 0.447 | 0.204 | -114.88 |
| 斜腹 | aB | -150.49 | 253 | 253 | 2┐ ┌ 56×5 | 31.00 | 1.74 | 4.86 | 145.40 | 52.06 | 150.00 | 0.322 | 0.847 | -150.76 |
| Bb | 108.19 | 209.04 | 261.3 | 2 ┐ ┌ 50×5 | 14.42 | 1.59 | 4.32 | 131.47 | 60.49 | 350.00 | 0.383 | 0.807 | 195. | |
| bD | -79.09 | 229.12 | 286.4 | 2 ┐ ┌ 50×5 | 14.42 | 1.59 | 4.32 | 144.10 | 66.30 | 150.00 | 0.329 | 0.774 | -166.71 | |
| Dc | 42.27 | 229.12 | 286.4 | 2 ┐ ┌ 50×5 | 11.22 | 1.28 | 3.14 | 179.00 | 91.21 | 350.00 | 0.227 | 0.614 | 165.96 | |
| Cf | -16.41 | 249.92 | 312.4 | 2 ┐ ┌ 50×5 | 19.24 | 1.79 | 4.78 | 139.62 | 65.36 | 150.00 | 0.349 | 0.780 | -24.44 | |
| Fd | -21.82 | 249.92 | 312.4 | 2 ┐ ┌ 50×5 | 19.24 | 1.79 | 4.78 | 139.62 | 65.36 | 150.00 | 0.349 | 0.780 | -32.50 | |
| 竖杆 | Aa | -11.55 | 159.2 | 199 | 2┐ ┌ 56×5 | 8.12 | 1.14 | 3.09 | 139.65 | .40 | 150.00 | 0.349 | 0.786 | -40.76 |
| Cb | -21.18 | 183.2 | 229 | 2 ┐ ┌ 50×5 | 11.22 | 1.28 | 3.41 | 143.13 | 67.16 | 150.00 | 0.333 | 0.769 | -56.69 | |
| Ec | -21.66 | 207.2 | 259 | 2┐ ┌ 50×5 | 23.60 | 1.38 | 3.72 | 150.14 | 69.62 | 150.00 | 0.308 | 0.757 | -29.80 | |
| Gd | 19.58 | 231.2 | 2 | 2┐ ┌ 56×5 | 11.22 | 1.28 | 3.14 | 180.63 | 92.04 | 350.00 | 0.225 | 0.608 | 77.56 | |
1.下弦节点
用E43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值＝160MPa。
下弦节点“b”
a.下弦节点“b”，设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝为＝6mm。所需的焊缝长度为
肢背：，取70mm。
肢尖：，取50mm。
设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝为＝6mm。所需的焊缝长度为
肢背：，取50mm。
肢尖：，取50mm。
“Cb”杆内力很小，取＝6mm。综合取节点板尺寸300mm×230mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为30.0cm，＝6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差ΔN＝110.06KN，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:
<160MPa
焊缝强度满足要求
2.上弦节点“B”
“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸同上。
设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝＝8mm和6mm，所需焊缝长度为
肢背： ，取70mm
肢尖：，取50mm
节点板上边缘缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载P与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：
=6mm，＝8mm
上弦与节点板焊缝长度为290mm，则
上弦肢尖角焊缝的切应力为
4.屋脊节点“K”
设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝＝8mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）
拼接角钢长度+弦杆杆端空隙20，拼接角钢长度取180mm。
上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下
设“FG”杆的肢背和肢尖焊缝为＝8mm和6mm。所需的焊缝长度为
肢背：，取110mm。
肢尖：，取60mm。
验算节点板强度
上弦与节点板焊缝长度为150mm，则
上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15％计算，＝117－6－15＝96mm，焊缝应力为
3.支座节点“A”
为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度10mm。
（1）支座底板的计算。支座反力R＝23101×6（竖向支座反力单位系数）＝138606N。
设支座地板的平面尺寸采用240×360mm，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280×230＝400mm²。验算柱顶混凝土强度：
支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块，块板为两相邻边自由板，每块板的单位宽度的最大弯矩为
底板厚度，取t＝16mm
（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反力的1/4，即138606/4=34651.5N,则焊缝内力为
V=34651.5N
M=34651.5×50=1732575N·mm
设焊缝＝6mm，焊缝长度＝400－20－12＝368mm，焊缝应力为
（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部支座反力R=138606N，其中每块加劲肋各R/4＝34651.5N，节点板传递R/2＝69303N。
节点板与底板的连接焊缝长度＝2（240－12）＝456mm，所需焊脚尺寸为
，故取＝6mm。
每块加劲肋于底板的连接焊缝长度为
＝2（110－20－12）＝156mm
所需焊缝尺寸为
≥，故取＝6mm。
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