梯形钢屋架钢结构课程设计大学论文.doc

大威整理XXXXXX学院钢结构课程设计计算书题 目 梯形钢屋架 班 级 XXXXXXXX 姓 名 XXXXXXXXXXXXXXX 指导教师 XX 成 绩 目录1 设计资料11.1 结构形式11.2 屋架形式和几何尺寸12 桁架支撑布置23 荷载计算33.1 全跨永久荷载+全跨可变荷载43.2 全跨永久荷载+半跨可变荷载43.3 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载44 内力计算55 杆件设计65.1 上弦杆65.2 下弦杆75.3 端斜杆aB85.4 腹杆95.4.1 Bb杆95.4.2 bD杆95.5 竖杆Aa,Cb,Ec,Gd.105.6 其余各杆件的截面见表5-1106 节点设计126.1 下弦节点“b”（图6-1）126.2 上弦节点“B”(图6-2)136.3 屋脊节点“I”（图6-3）146.4 支座节点“a”（图6-4）156.4.1 支座底板的计算166.4.2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算176.4.3 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算176.5 下弦中央节点“e”（图6-5）17参考文献19辽宁工程技术大学钢结构课程设计1 设计资料1.1 结构形式某厂房跨度为24m，柱距为6m，厂房总长度为90m。车间内设有一台50t、一台20t中级工作制软钩桥式吊车，冬季室外最低温度-20。屋面采用1.5m6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为=1:10，上铺泡沫混凝土保温层和二毡三油防水层。屋面活荷载标准值0.7KN/m2,雪荷载标准值0.5 KN/m2，积灰荷载标准值1.2KN/m2。桁架采用梯形钢桁架，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450mm 450mm,混凝土强度等级为C25。钢材采用Q235B级，焊条E43型，手工焊。1.2 屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋架计算跨度 L02400030023700mm；24m端部高度取 H=1990mm，23.7m端部高度 H=2005mm中部高度取 H=3190mm。屋架几何尺寸如图1-1所示：图1-1 24米跨屋架几何尺寸2 桁架支撑布置根据厂房长度（90m），跨度及载荷情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性细杆，以保证安装上弦杆的稳定性。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形屋架支撑布置图如下图2-1所示: 桁架及桁架上弦支撑布置 桁架下弦支撑布置图 图2-1 桁架支撑布置图符号说明：SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GG-刚性细杆；LG-柔性细杆。3 荷载计算屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久载荷：预应力湖北凝土大型屋面板1.0051.4=1.407二毡三油防水层1.0050.35=0.352找平层厚20mm1.0050.02m20=0.402泡沫混凝土保温层1.0050. 45=0.452桁架和支撑自重0.12+0.01124=0.384管道荷载 0.182共计: 3.179标准可变活荷载：屋面活荷载（大于雪荷载0.5）0.7积灰荷载1.2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1 全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：F=(1.353.179+1.40.70.7+1.40.91.2)1.5m6m =54.41KN3.2 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：=1.353.1791.5m6m= 38.62KN（按永久载荷为主的组合）=1.2 3.1791.5m6m= 34.33KN（按可变载荷为主的组合）对结构有利时：=1.03.1791.5m6m28.61KN半跨节点可变荷载设计值：=1.4(0.70.7+0.91.2)1.5m6m =19.78KN(按永久载荷为主的组合)=1.4(0.7+0.91.2)1.5m6m=22.43KN（按可变载荷为主的组合）3.3 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：=1.20.3841.5m6m=4.15KN对结构有利时：=1.00.3841.5m6m=3.46KN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：=(1.21.4+1.40.7)1.5m6m=23.94KN3.1,3.2为使用阶段的荷载情况，3.3为施工阶段荷载的情况。计算详图见图3-1（桁架内力计算图）。 （a） (b) (c)图3-1 桁架内力计算图 4 内力计算由PKPM软件先解得F=1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4-1（桁架杆件内内力组合表）。表4-1桁架杆件内内力组合表杆件名称 内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN)全跨左半跨右半跨FF1+F2F1 +F2F3 +F4F3 +F4上弦AB000000000BC，CD-8.71-6.24-2.47-508.75-508.75DE，EF -13.52-9.04-4.48-789.70-789.70FG，GH -15.25-9.17-6.08-890.75-890.75HI-14.76-7.38-7.38-862.13-862.13下弦ab 4.693.461.23273.94273.94bc 11.487.983.51670.54670.54cd14.609.32529852.79852.79de 15.138.426.71883.74883.74斜腹杆aB-8.86-6.52-2.34-517.51-517.51Bb6.874.762.11401.27401.27bD-5.44-3.40-2.03-317.75-317.75Dc3.701.901.80216.12216.12cF-2.46-0.71-1.75-143.69-143.69Fd1.12-0.451.5665.4234.35 (F1,1,F2,1)74.11(F1,1,F2,1)-6.9(F3,2,F4)41.99 (F3,1,F4)-6.9074.11dH0.021.55-1.531.1735.45 (F1,2,F2,2)-33.75 (F1,3,F2,2)37.19(F3,1,F4)-36.56 (F3,1,F4)-36.5637.19He-1.08-2.471.3963.08-92.48(F1,2,F2,2)-14.22(F1,1,F2,1)-63.61(F3,1,F4)29.54(F3,2,F4)-92.4863.08竖杆Aa-0.50-0.500.00-29.21-29.21Cb-1.00-1.000.00-58.41-58.41Ec-1.00-1.000.00-58.41-58.41Gd-1.00-1.000.00-58.41-58.41Ie1.940.970.97113.32113.32注：F=58.41KN ; F1,1=38.62KN ; F1,2=34.33KN ; F1,3=28.61KN ; F2,1=19.78KN;F2,2=22.43KN ; F3,1=4.15KN ; F3,2=3.46KN ; F4=23.94KN.5 杆件设计5.1 上弦杆整个上弦架采用等截面，按FG、GH杆件之最大设计内力设计。N= 890750 N （受压）上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：因为，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆aB最大内力=517.51 kN，查表9.6.4，中间节点版厚度选用12mm，支座节点板厚度用14mm。设=60查附录4得。需要截面积： 需要的回转半径： 根据需要的A，ix，iy查角钢规格表，选用， ，按所选角钢进行验算： 满足长细比的要求。截面在x和y平面内皆属b类，由于 ，只要求 ，查表得。所需截面合适5.2 下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按de杆最大设计值计算。，根据桁架下弦支撑布置情况，得所需截面积： 根据所需截面积查表选用，不等肢角钢，短肢相并。，考虑下弦杆有221.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：所需截面适合。5.3 端斜杆aB杆件轴力：计算长度。因为，故采用不等边角钢，长肢相并，使。设=80，查附录4得，需要的回转半径：根据需要的，查角钢规格表，选用2L1409010。 ，。又所选截面合适。5.4 腹杆5.4.1 Bb杆杆件轴力： 所需截面积： 杆件计算长度： ，选用2L758等边角钢， 满足长细比的要求。 满足要求。 5.4.2 bD杆杆件轴力：计算长度： 设=100查附录4得所需的 ，选用2L7510，由于，只求，查附录4，得所选截面满足。5.5 竖杆Aa,Cb,Ec,GdAa,Cc,Ee,Gg都受压，各个竖杆采用同类截面，按Gg杆件的最大设计内力设计。，内力较小，按选择，需要的回转半径为：，查型钢表，选截面和较上述计算的和略大些。选用2L635，由于，只求，查附录4，得，所选截面满足。5.6 其余各杆件的截面见表5-1杆件截面选择表19杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(N/mm2)名称编号上弦FG、GH-890.75 2L1601001260.11150.8452.42.827.5453.48601500.807183.63下弦de883.74 2L1601001050.6330011852.857.78105.26152.31350190.75斜腹杆aB-517.51 2L140901044.522 253.5 253.5 3.16 3.16 56.71 75.32 150 0.718 161.89Bb401.272L75823.01208.6260.82.283.5791.5173.05350174.39bD-317.75 2L751028.25228.7285.92.263.61101.2080.651500.547 205.62Dc216.12 2L50611.38228.7285.91.512.56 151.47111.68350189.91cF-143.692L75514.82250.3312.92.323.50107.9094.891500.587165.17Fd74.11 2L63512.286250.3312.91.943.04128.62105.7535061.13dH 37.19 2L63512.286271.2339.01.943.04139.79114.6135030.27He-92.482L63512.286271.2339.01.943.04139.79114.611500.349214.68竖杆Aa-29.21 2L63512.286159.2199.01.943.0488.0665.461500.48748.82Cb-58.41 2L63512.286183.2229.01.943.0494.4375.331500.440108.05Ec-58.41 2L63512.286207.2259.01.943.04106.8185.201500.396120.06Gd-58.41 2L63512.286231.2289.01.943.04119.1898.471500.336141.49Ie 113.322L63512.286255.23192.452.45104.16130.2035092.24表5-1杆件截面选择表6 节点设计6.1 下弦节点“b”（图6-1）各类杆件的内力由表4-1桁架杆件内内力组合表查得。这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算与腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，图6-1 “b”节点板布置图然后根据的大小按比例绘出节点板的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：“Cb”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为。下弦与节点板连接的焊缝长度为36cm,所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为：焊缝强度满足要求。6.2 上弦节点“B”(图6-2)图6-2 “B”节点板布置图 Bb杆（2L 756）与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。即肢背，肢尖aB（2L1409010）杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为：为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：上弦与节点板间焊缝长度为505mm。同书上。节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：满足要求。6.3 屋脊节点“I”（图6-3）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点板长度为40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为： 图6-3 “I”节点板布置图 因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。 腹杆Hg与节点板的连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。6.4 支座节点“a”（图6-4）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取160mm。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等，厚度为14mm。图6-4 “a”节点板布置图6.4.1 支座底板的计算支座反力： 支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm350mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中，为混凝土强度设计值，对C25混凝土，底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：式中，为底板下的平均应力：为两支承边之间的对角线长度：为系数，由b1/a1查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离。由相似三角形的关系，得：，查表8.4.1得底板厚度：又根据构造要求，桁架跨度，取。6.4.2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4，即：则焊缝内力为：， 设焊缝，焊缝计算长度，则焊缝应力为：6.4.3 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设节点板与底板的连接焊缝的焊脚尺寸为6mm，焊缝传递全部支座反力，加劲肋、节点板与底板的连接焊缝长度之和： 满足要求6.5 下弦中央节点“e”（图6-5）焊缝尺寸可按构造要求取，肢背和肢尖的。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为185mm360mm。 图 6-5 下弦中央节点“i”弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊接长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。下弦与节点板之间的角焊缝，假定承受节点荷载。下弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝，节点板长度为36cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：，焊缝应力为：肢背验算： 满足要求。参考文献1张耀春.主编.钢结构设计原理M.北京：高等教育出版社,2004.8.2戴国欣.主编.钢结构（第3版）M.武汉：武汉理工大学出版社，2011.1.3中华人民共和国建设部.建筑结构可靠度设计统一标(GB 50068-2001)S.北京：中国建筑工业出版社,2001.4中华人民共和国建设部.钢结构设计规范(GB 50017-2003)S.北京：中国建筑工业出版社，2003.5中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)S.北京：中国建筑工业出版社，2010.6钢结构设计规范编写组.钢结构设计规范专题指南M. 北京：中国建筑工业出版社，2003.7钢结构设计手册编写组.钢结构设计手册M. 北京：中国建筑工业出版社，1983.8中国工程建设标准化协会. 建筑结构荷载规范（GB500092002）S.北京：中国建筑工业出版社，2002.9中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局.建筑结构制图标准（GB/T501052001）S.北京：中国建筑工业出版社，2001.10陈志华 编著.建筑钢结构设计M. 天津：天津大学出版社,2004.3.