梯形钢屋架计算书.doc

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，设立上弦横向水平支撑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
垂直支撑必须设立。对于本屋架结构，在跨度中央设立一道中间垂直支撑，在屋架两端各设立一道垂直支撑。垂直支撑只设立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
荷载组合方法：
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（涉及支撑）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
所有恒载3.578
屋架支撑0.608
大型屋面板1.89
在左
在右
所有
组合一
组合二
组合三

在左
在右
所有
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
-85.89
-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
-0.64
-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

6 杆件设计
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

满足长细比规定，查表

满足规定
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
允许长细比

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
159
4.32
131.47
60.49
350.00
0.383
0.807
195.89

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
64.40
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
289
2┐ ┌ 56×5
11.22
1.28
3.14
180.63
92.04
350.00
0.225
0.608
77.56
7、 节点设计
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
焊缝强度满足规定
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
节点板上边沿缩进上弦肢背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。在节点中心线上设立加劲肋，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＝64400mm²。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。设焊缝传递所有支座反力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。