梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)例題

1、梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書1 設(shè)計(jì)資料：1、 車間柱網(wǎng)布置：長(zhǎng)度90m ；柱距6m ；跨度18m2、 屋面坡度：1：103、 屋面材料：預(yù)應(yīng)力大型屋面板4、 荷載1） 靜載：屋架及支撐自重0.45KN/m²屋面防水層 0.4KN/m²；找平層0.4KN/m²大型屋面板自重（包括灌縫）1.4KN/m²。2） 活載：屋面雪荷載0.3KN/m²；屋面檢修荷載0.5KN/m²5、 材質(zhì) Q235B鋼，焊條E43XX系列，手工焊。2 . 結(jié)構(gòu)形式與選型屋架形式及幾何尺寸如圖所示上弦橫向水平支撐一般設(shè)置在房屋兩端且間距不宜大于60m，根據(jù)廠房長(zhǎng)度(

2、90m>60m)、跨度及荷載情況，設(shè)置上弦橫向水平支撐3道。下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支撐對(duì)應(yīng)的布置在同一柱間距內(nèi)，以形成穩(wěn)定空間體系。下弦縱向水平支撐不進(jìn)行布置。垂直支撐設(shè)置在上、下弦橫向支撐的柱間內(nèi)，在屋架兩端及跨中的豎直面內(nèi)。系桿沿房屋縱向通長(zhǎng)設(shè)置，以保證屋架的側(cè)向穩(wěn)定。支撐布置如圖所示：梯形鋼屋架支撐布置如圖所示：3 . 荷載計(jì)算屋面雪荷載與檢修荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取屋面活荷載0.5KN/m²進(jìn)行計(jì)算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，跨度單位為米（m）荷載計(jì)算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m²）設(shè)計(jì)值（

3、KN/m²）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板自重1.41.4×1.351.89屋架及支撐自重0.450.45×1.350.608屋面防水層0.40.4×1.350.54找平層0.40.4×1.350.54永久荷載總和2.653.578屋面檢修荷載0.50.5×1.40.7可變荷載總和0.50.7設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：1、 全跨永久荷載全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：2、 全跨永久荷載半跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：3、 全跨屋架（包括支撐）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重

4、及活荷載：1、2為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，3為施工階段荷載情況。4. 內(nèi)力計(jì)算屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：由圖解法或數(shù)解法解得F=1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果如下表：屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱桿件編號(hào)單位荷載 F1靜載作用（KN/m²）活載（KN/m²）0.7桿件內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力在左在右全跨全部恒載3.578屋架支撐0.608大型屋面板1.89左右全部組合一組合二組合三在左在右全部左右左右上弦桿AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

5、000.000.000.000.000.00BC-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87CD-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87DE-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310

6、.66-180.43-127.51-346.13EF-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180.43-127.51-346.13FG-4.55-4.56-9.1-32.56-5.53-8.60-8.62-17.20-3.19-3.19-6.37-350.37-321.70-321.77-155.86-156.09-350.37下弦桿ab2.541.043.5812.812.184.801.976.771.780.732.51137.84131.29121.8478.804

7、3.83137.84bc5.322.647.9628.484.8410.054.9915.043.721.855.57306.48289.84272.96167.57105.10306.48cd5.313.979.2833.205.6410.047.5017.543.722.786.50357.30332.29323.85174.56143.32357.30斜腹桿aB-4.75-1.81-6.56-23.47-3.99-8.98-3.42-12.40-3.33-1.27-4.59-252.57-241.17-222.65-146.62-78.09-252.57Bb3.171.354.5216.

8、172.755.992.558.542.220.953.16174.03165.52154.0698.6356.20174.03bD-1.83-1.58-3.41-12.20-2.07-3.46-2.99-6.44-1.28-1.11-2.39-131.29-121.34-119.76-61.32-55.49-131.29Dc0.571.271.846.581.121.082.403.480.400.891.2970.8462.8467.2523.3639.6770.84Cf0.64-1.38-0.74-2.65-0.451.21-2.61-1.400.45-0.97-0.52-28.49-1

9、9.80-32.5210.87-36.22-36.22 10.87Fd-1.61.11-0.49-1.75-0.30-3.022.10-0.93-1.120.78-0.34-18.87-25.86-8.79-39.9823.19-39.98 23.19豎桿Aa-0.50-0.5-1.79-0.30-0.950.00-0.95-0.350.00-0.35-19.25-19.25-16.10-14.39-2.74-19.25Cb-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50Ec-10-1-

10、3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50Gd0.410.410.822.930.500.770.771.550.290.290.5731.5728.9928.9914.0414.0431.575. 桿件設(shè)計(jì)（1）上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按FG桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即N=350.37KN上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)點(diǎn)軸線長(zhǎng)度：在屋架平面外：本屋架為無(wú)檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距離，即：根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，上弦截

11、面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。如右圖：腹桿最大內(nèi)力N=252.57KN，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm設(shè)60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得0.807（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b類），則需要截面積為需要回轉(zhuǎn)半徑：查表選用2125×80×7 a=8mm驗(yàn)算 滿足長(zhǎng)細(xì)比的要求，查表，則故所選截面合適。（2）下弦桿整個(gè)下弦采用等截面，按cd桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即N=357.3KN下弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：下弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。所需截面面積：查表選用2 80×50×7，a=8mm 即，且 滿足要求。（3）腹桿 aB桿

12、: 計(jì)算長(zhǎng)度： 桿件軸力：N=-252.57KN 因?yàn)?，故選用等肢角鋼 設(shè)=100，=0.555所需面積：所需回轉(zhuǎn)半徑： 選290×7 a=8 則 Bb桿: 計(jì)算長(zhǎng)度：桿件軸力：N=174.03KN 選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 45×5 a=8mm 即且bD桿： 計(jì)算長(zhǎng)度：桿件軸力： N=131.29KN 選用等肢鋼 設(shè)所需面積：所需回轉(zhuǎn)半徑： 選用270×5 ，a=8，即 則cD桿： 計(jì)算長(zhǎng)度：桿件軸力： N=70.84KN ，選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且 cF、Fd桿： 當(dāng)桿件受壓時(shí)取，計(jì)算長(zhǎng)度 選用等

13、肢角鋼 設(shè)，所需面積：需要回轉(zhuǎn)半徑：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且當(dāng)桿件受拉時(shí)取， 計(jì)算長(zhǎng)度： 選用等肢角鋼 滿足要求（4）豎桿豎桿Aa :桿件軸力：N=19.25KN 計(jì)算長(zhǎng)度：內(nèi)力較小 按=150選擇 需回轉(zhuǎn)半徑：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得豎桿Cb：桿件軸力：N=-38.5KN 計(jì)算長(zhǎng)度：內(nèi)力較小 按=150選擇 需回轉(zhuǎn)半徑查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得豎桿Ec：桿件軸力：N=38.5KN 計(jì)算長(zhǎng)度： 內(nèi)力較小 按=150選擇 需回轉(zhuǎn)半徑選用250×5 a=8mm ，即 則豎桿Gd：桿件軸力：N=31

14、.57KN 計(jì)算長(zhǎng)度： 按=350選擇 所需截面面積：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得其結(jié)果見下表屋架桿件截面選擇表?xiàng)U件名稱桿件編號(hào)內(nèi)力（KN）計(jì)算長(zhǎng)度cm截面規(guī)格截面面積（cm²）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力或N/A （N/mm²）上弦FG-350.37150.8301.62125×80×728.22.305.9765.650.5150.000.7760.851-160.1下弦ab357.3300885.0280×50×717.451.394.00215.83221.25350.00_2

15、00.7斜腹aB-252.57253253290×724.602.784.0091.0063.3150.000.6140.807-167.2Bb174.03209.00261.3245×58.581.372.18152.6123.8350.00202.8bD-131.29229.1286.42 70×513.742.163.17106.190.3150.000.5160.601-185.04Dc70.84229.1286.42 45×46.981.382.16166.0132.6350.00104.8cF-36.22249.92312.4245×

16、;46.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-103.0Fd-39.98249.92312.4245×46.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-113.69豎桿Aa-19.25199.0199.0245×46.981.382.16144.2144.6150.000.3280.592-83.98.Cb-38.5183.2229.02 45×46.981.382.16132.8106.0150.000.37480.435-147.2Ec-38.5207.2259.0250×59.6

17、1.532.3135.42108.8150.000.3630.478-110.5Gd31.57231.22892 45×46.981.382.16167.5133.8350.000.255177.4考慮施工和實(shí)際條件，可將Dc、Cf、Fd、Aa、Cb、Gd桿件統(tǒng)一采用截面規(guī)格為245×5的角鋼。6.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦節(jié)點(diǎn)用E43型焊條角焊縫的抗拉和抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160MPa。 下弦節(jié)點(diǎn)“b”設(shè)“Bb”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取103mm。肢尖：，取57mm。設(shè)“bD” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取81m

18、m。肢尖：，取46mm?！癈b”桿內(nèi)力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點(diǎn)板尺寸280mm×265mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為28cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差N168.640KN，受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為:焊縫強(qiáng)度滿足要求。 下弦節(jié)點(diǎn)“c”設(shè)“Dc”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取49mm。肢尖：，取40mm。設(shè)“Fc” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。“cE”桿內(nèi)力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點(diǎn)板尺寸240mm&#

19、215;250mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為24cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差N50.82KN，受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為:焊縫強(qiáng)度滿足要求。 下弦節(jié)點(diǎn)“d”設(shè)“dF”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。 “dG”桿內(nèi)力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點(diǎn)板尺寸300mm×225mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為20cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差N0KN，焊縫強(qiáng)度滿足要求。.（2）上弦節(jié)點(diǎn)上弦節(jié)點(diǎn)B“Bb”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸同上。設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和

20、5mm，所需焊縫長(zhǎng)度為肢背： ,取150mm.肢尖：，取80mm節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，按構(gòu)造要求取節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為350mm×272mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，需在強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下：等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度，7mm上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長(zhǎng)度為350mm，則滿足要求。 上弦節(jié)點(diǎn)D設(shè)“bD”和“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據(jù)前面的計(jì)算，所需焊縫長(zhǎng)度為肢背：取81mm和49mm肢尖：取45mm和40mm節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，按構(gòu)造要求取節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為250m

21、m×212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，需在強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下：等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度，7mm上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長(zhǎng)度為280mm，則滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為滿足要求。 上弦節(jié)點(diǎn)“F”設(shè)“Fc”和“Fd”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據(jù)前面的計(jì)算，所需焊縫長(zhǎng)度為肢背：取50mm和50mm肢尖：取40mm和40mm節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，按構(gòu)造要求取節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為200mm×212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)。槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，需在強(qiáng)

22、度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下：等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度，7mm上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長(zhǎng)度為280mm，則滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為 滿足要求。 上弦節(jié)點(diǎn)“A” 豎桿“Aa”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“Aa”的內(nèi)力為19.25 KN，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節(jié)點(diǎn)板為200mm×200mm. 上弦節(jié)點(diǎn)“C”豎桿“Cb”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“Cb”的內(nèi)力為38.5 KN，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節(jié)點(diǎn)板為200mm×200mm.豎桿“Ec”同豎桿“Cb”。屋脊節(jié)點(diǎn)“G”設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫6mm，則所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為（一條焊縫）拼接角鋼長(zhǎng)度+弦桿桿端空隙20，拼接角鋼長(zhǎng)度取400mm。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算如下設(shè)“Gd”桿的肢背和肢尖焊縫為6mm和6mm。所需的焊縫長(zhǎng)度為肢背：，取190mm。肢尖：，取70mm。驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為350mm，節(jié)點(diǎn)板的寬度為150m