24米跨梯形钢屋架课程设计计算书.doc

某24米跨梯形屋架设计
一、设计资料
某车间跨度24米，长度192米，柱距6米。车间内设有两台20/5T中级工作制吊车。计算温度高于-20℃，地震设防烈度为7度。采用3.0×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，8cm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度为i=1/10。雪荷载为0.4KN/m2，积灰荷载为0.75KN/m2。屋架简支于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400×400，混凝土标号为C20。要求设计屋架并绘制屋架施图。
二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置
本例题为无檩屋盖方案，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度为L0=L-300=23700mm，端部高度取H0=1990mm，中部高度取H=2790mm（为L0/8.5）,屋架杆件几何长度见附图1（跨中起拱按L/500考虑）。根据建造地区的计算温度和荷载性质，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下、弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，见附图2。因连接孔和连接零件上的区别图中给出了W1、W2和W3等三种编号。
附图1：屋架杆件几何长度及设计内力

附图2：屋面支撑布置图
三、荷载和内力计算
1、荷载计算：
二毡三油上铺小石子 0.35 KN/m2
找平层（2cm厚） 0.40 KN/m2
泡沫混凝土保温层（8cm厚） 0.50 KN/m2
预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 1.40 KN/m2
悬挂管道 0.10 KN/m2
屋架和支撑自重 （0.12 +0.011L）=0.12+0.011×24=0.384 KN/m2

恒载总和 3.134 KN/m2

活荷载（或雪荷载） 0.50 KN/m2
积灰荷载 0.75 KN/m2

由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。
2、荷载组合
一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆（一般为跨中每侧各两根斜腹杆）可考虑半跨组合，本例题在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。
节点荷载：
组合一：
Fd=(1.2×3.134+1.4×0.4+1.4×0.9×0.75)×6×3.0=94.78KN
组合二：
Fd=(1.35×3.134+1.4×0.7×0.4+1.4×0.9×0.75) ×6×3.0=100.22KN
节点荷载取100.22KN，支座反力 Rd=4Fd=4×100.22=400.9KN
3、内力计算
用图解法或数解法均可计算出全跨荷载作用下，屋架的杆件内力。其内力设计值见附图1。
四、截面选择
腹杆最大轴力为574.56KN，查表8.4，选用中间节点板厚t=8mm，支座节点板厚t=10mm。
1、上弦
整个上弦不改变截面，按最大内力计算。
Nmax=-738.92KN，lox=301.5cm，loy=301.5cm (l1取两块屋面板宽度)。
选用2L140×10，A=54.7cm2，=4.34cm，=6.05cm

由于
所以
由查b类截面的

填板每节间放一块（满足范围内不少于两块）

2、下弦
整个下弦也不改变截面，按最大内力计算。
Nmax=759.46KN，lox=600.0cm，loy=600cm ，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm（de节间），可不考虑螺栓孔的削弱。
选用2L180×110×10（短肢相并），A=56.8cm2，=3.13cm，=8.56cm

填板每节间放一块

3、腹杆
① 杆件A-F、C-G：
NAF=-50.2KN，lox=161.2cm，loy=201.5cm ; NCG =100.22KN，lox =208cm，loy =260cm。
由于内力较小，可按长细比选择截面，按内力较大者计算。

选2L63×6, A=14.58cm2，=1.93cm，=2.91cm

由于
所以
由查b类截面的

填板放两块

② 杆件E-H：
N=46.8KN
该杆件内力较小，按长细比控制截面。为了便于连接垂直支撑，截面采用十字行截面。
lo =0.9320=288cm
选用2L10010 , A=38.52 cm2，＝3.84。

③ 杆件B-F：
N=-574.56KN，lox=366.3cm，loy=366.3cm。
选用2L18011010（长肢相并），A=56.8cm2，=5.81cm，=4.23cm

由于 ， 故

由查表得，

填板放两块
。

④ 杆件B-G：
N=301.06KN，lox=302.4cm，loy=378cm。
选用2L636，A=14.58cm2，=1.93cm，=2.91cm

填板放两块
。

⑤ 杆件D-G、D-H：
N=-119.36KN，lox=333.6cm，loy=417.3cm。
选用2L806，A=18.8cm2，=2.47cm，=3.58cm

由于 ， 故

由查表得（b类截面）

填板四块

屋架杆件截面选用表 表一

杆 件
名 称

杆 件
号

内力设计值
N(KN)

计算长度(m)
选用截面
截面积A(cm2)
计算应力
（N/mm2）
容许长细比[]
杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）
填板数
l0x
l0y
上
弦
杆
A-B
D-E
-738.92
301.5
301.5
2L140×10
54.7
179.2
150

2
下
弦
杆
G-H
759.46
600
600
2L180×110×10
56.8
133.7
250

1
腹
杆
A-F
-50.12
161.2
201.5
2L63×6
14.58
67.9
150

2
C-G
-100.22
208
260
2L63×6
14.58
135.8
150

2
E-H
46.8
288
288
2L100×10
38.52
1.62
200

4
B-F
-574.56
366.3
366.3
2L180×110×10
56.8
175.6
150

2
B-G
301.06
302.4
378
2L63×6
14.58
206.5
250

2
D-G
-59.68
333.6
417.3
2L80×6
18.8
176
150

4
D-H
-16.84
333.6
417.3
2L80×6
18.8
49.6
150

4

五、节点设计
1、下弦节点“G”
先计算腹板与节点板的连接焊缝：B-G杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=8mm，hf2=6mm，则所需焊缝长度：

肢背： 用140mm
肢尖： 用100mm
腹杆C-G和D-G杆件的内力较小，焊缝按构造采用，肢背：hf1=6mm, lw1取80mm
肢尖：hf2=6mm, lw2取80mm
其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差ΔN=NGH-NFG=759.46-434.66=342.8KN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为63cm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=63-1.2=61.8cm。肢背焊缝应力为：

附图3 下弦“G”节点

2、上弦“B”节点（见附图4）
同样先计算腹杆B-F、B-G的杆端焊缝，方法同上。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为81cm。现验算上弦与节点板的连接焊缝：节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，
承受节点荷载F=100.22KN，hf=t/2=4mm，lw1=81-0.8=80.2cm

肢尖焊缝承担弦杆内力差ΔN=NBC-NAB=676.98-0=676.98KN，偏心距e=10-2.8=7.2cm，偏心力矩M=ΔN·e=676.98×7.2=4874KN·cm，采用hf2=10mm，lw2=81-2=79cm，则
对ΔN：
对M：

附图4 上弦“B”节点

3、屋脊“E”节点（附图5）
①计算腹杆与节点板的连接焊缝：
E-H杆件内力较小，按构造设置焊缝，即取hf1=6mm，hf2=6mm, lw1 =80mm, lw2 =80mm。

②验算弦杆和节点板的连接焊缝：由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为 40cm。节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，节点竖向集中荷载, hf =t/2=4mm，lw1 =40-0.8cm。

肢尖焊缝内力差ΔN=0,可按构造要求设置焊缝。
③拼接计算：拼接角钢采用与弦杆截面相同的2L100×12，焊脚尺寸hf取8mm，则拼接角钢除到角外，竖肢需切去 Δ=t+hf+5=12+8=5=25mm，按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度

共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度为

拼接角钢总长度为

取拼接角钢长度为600mm。

附图5 屋脊节点“E”

4、支座节点“F”（附图6）

①、腹杆杆端焊缝计：
B-F杆由前面计算结果取肢背及肢尖角焊缝尺寸分别为：hf1=8mm，hf2=6mm, lw1 =220mm, lw2 =170mm。
A-F杆件内力较小，按构造设置焊缝，即肢背及肢尖角焊缝尺寸均为6mm，焊缝长度为lw=80mm。
②验算弦杆焊缝：由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为42 cm。肢背及肢尖焊角尺寸均取为8mm，则计算长度lw1 = 42-1.6=40.4cm。肢背焊缝应力为：

③、底板计算
支反力Rd=400.9KN，fc=10N/mm2，所需底板净面积：

取锚栓直径d=24mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积为：

按构造要求采用底板面积为a×b=26×26=676>470.5cm2，底板净面积为：

垫板采用100×20×100，孔径26mm。底板实际应力为：

，查表5.8，，则

所需底板厚度

用t=24mm，底板尺寸为-280×24×280。

④、加劲肋与节点板连接焊缝计算
一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为，，加劲肋高度低于A-F杆下端18mm，厚度取与中间节点板相同为10mm。采用hf=6mm，验算焊缝应力
对V：
对M：

⑤、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算
取hf=8mm，实际焊缝总长度：

焊缝设计应力：

其余节点见施工图。