24跨90梯形钢屋架课程设计计算书

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专班

业：[请 输 入 专 业] 级：[土木0901]

学生姓名：[蒋家顺] 指导教师：[王洪涛] 完成时间：

目录

一、设计资料 .......................................... 3 二、结构形式及支撑布置 ................................. 3 （1）桁架的形式及几何尺寸 ........................... 3 （2）桁架支撑布置 ................................... 4 三、荷载计算 .......................................... 5 四、内力计算 .......................................... 6 五、杆件设计 .......................................... 7 （1）上弦杆 ........................................ 7 （2）下弦 .......................................... 7 （3）斜腹杆 ........................................ 8 六、节点设计 .......................................... 9 （1）下弦节点“C” ................................. 10 （2）上弦节点“B” ................................. 11 （3）屋脊节点“I” ................................. 12

一、设计资料哈尔滨郊区，某厂房跨度 24m,总长 90m,柱距 6m,屋面坡度 i=1/10,屋 架下弦标高为 18m。 简支于钢筋混凝土柱上， 混凝土强度等级 C30, 上柱截面 400 ×400mm, 房内还设有桥式吊车 2 台 150/30t。 采用梯形钢屋架， 钢材选用 Q235B, 焊条采用 E43 型。1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板(1.4KN/m²) 、铺上 70mm 厚保温层(0.7KN/m² ) 、三毡四油上铺绿豆砂防水层(0.4KN/m²) 、一 毡二油隔气层(0.05 KN/m²) 、找平层 2cm 厚(0.3KN/m²) ;屋面荷载标准值 0.7KN/m²,积灰荷载标准值 0.9KN/m²,雪荷载标准值 0.35KN/m²。要求设计屋架 并绘制屋架施工图。

二、结构形式及支撑布置(1)桁架的形式及几何尺寸本例题为无檩屋盖方案，i=1/10,采用平坡梯形屋架。屋架杆件几何长度见 附图 1(跨中起拱按 L/500 考虑) 。 ①. 屋架计算跨度 L0=24000-300=23700mm; ②. 端部高度取 H=1990mm, ③. 中部高度取 H=3190mm。

2 8 90

2 590

312

22 9 0

31 90

339

5

9

1508 1 508 8 150 8 15 08 H I 15 08 15 0 G F 509 15 08 1 D B C A9 6

a 150 1350 c e 1500× 8 =12000 g I

起 拱5 0图3

33

1 9 90

253

285

28

31

26 08

70

2.1 桁架形式及几何尺寸

59

19

(2)桁架支撑布置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。

三、荷载计算标准永久荷载： 三毡四油(上铺绿豆砂)防水层 水泥砂浆找平层 保温层 一毡二油隔气层 水泥砂浆找平层 预应力混凝土屋面板 悬挂索道 屋架和支撑自重为 0.4KN/m² 0.4KN/m² 0.7KN/m² 0.05KN/m² 0.3KN/m² 1.4KN/m² 0.15 KN/m

² 0.120+0.011x24=0.384kN/m² _____________________________ 共 3.784kN/m² 0.7kN/m²

标准可变荷载： 屋面活荷载 积灰荷载 0.9kN/m² _____________________________ 共 1.6kN/m² 永久荷载设计值 1.35×3.784=5.1084KN/m²取 5.0KN/m²(由永久荷载控制) 可变荷载设计值 1.4×1.6×0.7=1.512KN/m² 取 1.50KN/m² 考虑以下三种荷载组合 组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载 F=(5.0+1.5)×1.5×6 = 58.5KN 组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载 F1=5.0× 1.5× 6=45.0kN F2=1.5× 1.5× 6=13.5kN 组合三：全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨节点桁架自重设计值： F3=0.384× 1.5× 6=3.46KN

半跨节点屋面板自重及活荷载设计值： F4＝（1.4×1.35+0.7×1.4）×1.5×6＝25.83KN

四、内力计算

荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.

图 4.1 荷载组合（1）

图 4.2 荷载组合（2）

图 4.3 荷载组合4.3

由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右 半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1

五、杆件设计

按腹杆最大内力515.17KN,查表7.4，选中间节点板厚度为12mm，支座节点板厚度14mm。

（1）上弦杆

整个上弦杆采用等截面，按最大内力Nmax= -886.301KN计算。 在屋架平面内：计算长度为节间轴线长度，即 l

ox

=l。=1508mm,

loy=3000mm；（l1取两块屋面板的宽度）。

选用2L140×10，A=54.74cm2, ix=4.34cm, iy=6.20cm,

x＝lox/ ix＝150.8/4.34=34.7<［ ］＝150

y＝loy/ iy=300/6.20=48.39<［ ］＝150

双角钢T型截面绕对称轴（y）轴按弯扭屈曲计算长细比 yz

b/t=14/1.2=11.6<0.58 loy/b=0.58×300/14=12.4, 故由 max= yz=55.25得 =0.826，则：

＝N/ A=886.301×10/(0.826×54.74×10)=196N/ mm<f=215 N/ mm

3222

填板每个节间放一块，la=75.4cm<40i=40×4.34=173.6cm。

（2）下弦

下弦也不改变截面，按最大内力计算。

Nmax= 881.074KN，lox=l。=300cm, loy=1200mm；连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。

选用2L125×80×12（短肢相并），A=46.8 cm2, ix =2.24cm，iy =6.23cm。

x

=300/2.24=13 <［ ］＝350

y=1200/6.23=193<［ ］＝350

＝N/A=881.074×10/46.8×10=188.3 N/ mm2<f=215 N/ mm2

填板每个节间放一块la =300/2=150cm< 80 i=80×3.95=316cm

（3）斜腹杆

○1杆件B-a：N=-515.17KN，lox =loy =253.5cm

选用2L125×80×10（长肢相连），A=39.4 cm2, ix =3.98cm，iy =3.39cm。（中间节点板厚度t 10mm）

x= lox/ ix=253.5/3.98=63.7 <［ ］ =150

y＝loy/ iy=253.5/3.39=74.8 < ［ ］=150

32

b2/t=8/1.0=8 < 0.48 loy/b2 = 0.48 ×253.5/8=15.21

4

22

4

2

2

yz= y（1+1.09b/ loyt)=74.8×（1+1.09×8/ 253.5×1)=80.0 > y

按b类查表得 =0.688，则：

σ=N/ A=515.17×10/( 0.688×39.4×10)=190N/ mm2< f=215N/ mm2 填板放两块: la =253.5/3=84.5cm< 80 i=80×4.01=320.8cm

○2杆件H-g：N=34.216KN，内力较小，按受压长细比控制截面（跨中腹杆在半跨荷载作用下，内力变号）lox =loy =339.6cm

选用2L75×5，A=7.41×2=14.82cm2， ix=2.32cm， iy=3.43cm

（中间节点板厚度t 10mm）。

x= lox/ ix=339.6/2.32=146<［ ］=150

y＝loy/ iy=339.6/3.43=99 <［ ］=150

3

2

σ=N/A=34.216 ×10/14.82×10=23N/ mm2< f=215N/ mm2

32

填板放三块，la =339.6/4=84.9cm< 40 i=40×2.32=92.8cm。

○3杆件G-g: N=-58.08KN， lox =231cm , loy=289cm，内力较小可按［ ］选择截面。

x= lox/［ ］=231/150=1.54cm y＝loy/［ ］=289/150=1.93cm

选2L50×5，A=9.6 cm2, ix=1.53cm，iy=2.53cm，填板放三块，la =289/4=72.2cm略大于40 i=40×1.53=61.2cm，但实际节点板宽度较大，故仍可够用。其余各杆的截面选择见下表。连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度l0=0.9l,腹杆除支座竖杆A-a和支座斜杆B-a外,l0x 0.8l

六、节点设计

（1）下弦节点“C”

先算腹杆与节点板的连接焊缝：B-a杆肢背及肢尖焊缝尺寸取hf1 8mm，

hf2 6mm

则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：

角钢肢背所需焊缝长度l1 l1 取210mm

角钢肢尖所需焊缝长度l2

l2

a2N2 0.7hf2f

w

f

a1N2 0.7hf1f

wf

2hf

2/3 515.17 10002 0.7 8 160

2 8 208mm，

2hf

1/3 515.17 10002 0.7 6 160

2 6 140mm

，取

140mm

B-c杆肢背及肢尖焊缝尺寸取hf 6mm，（考hf 5mm则所需焊缝长度虑起灭弧缺陷）：

角钢肢背所需焊缝长度l1 l1 取180mm

角钢肢尖所需焊缝长度l2 l2 取120mm

杆件C-c，D-c的杆端焊缝同理计算，其中C-c杆件内力较小，焊缝按构造采用。

其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差

N Nce Nca 669.662 274.718 394.944KN

a1N2 0.7hf1f

w

f

2hf

2/3 339.59 10002 0.7 6 160

2 6 180mm，

a2N2 0.7hf2f

wf

2hf

1/3 339.59 10002 0.7 5 160

2 5 111mm，

。

按比例及角度绘制节点详图如下，由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸量得

实际节点板长度是42cm，角焊缝计算长度lw=42-1.2=40.8cm，采用肢背焊缝应力为：

2

hf

=6mm，

3

2 0.7 6 388

394.944 10

3

80.79N/mm

2

<ffw 200N/mm2满足要求。

（2）上弦节点“B”

腹杆B-a、B-c的杆端焊缝计算从略。

验算上弦与节点板的连接焊缝：节点板缩进8mm, 肢背用塞焊缝．承

受节点荷载 Q= 58.1KN。hf

t

2

6mm，由斜杆焊缝决定的节点板尺寸，量的节点板长

度是：710mm，则焊缝的计算长度为lw1 lw2 71 1.2 69.8cm。

58.1 10

3

2 0.7 6 698

9.9N/mm²< f ffw 1.22 200 244N/mm²

肢尖焊缝承担弦杆内力差 N 506.5 0 506.5KN,偏心距e=14-4=10cm，偏心距

M Ne 506.5 10 10

3

50.65KN·m 采用hf2 10mm 则:

f

N2 0.7hf2lw

506.5 10

3

2 0.7 10 698

52N/mm

6

2

2

2

f

6M2 0.7hf2lw

2

6 50.65 10

2 0.7 10 689

44.6N/mm

则焊缝强度为：

f f

) f

2

2

44.61.22

) 52

22

63.6N/mm < 200N/mm2\

2

（3）屋脊节点“I”

腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要

求决定焊缝尺寸，可不计算。只进行拼接角钢计算：

拼接角钢采用与上弦相同的截面2L140×10，除倒棱外，竖直肢应切去

t h

f

5mm 12 10 5 27mm取, 30mm,并按上弦坡度热弯。拼接角

钢与上弦的焊缝在接头一侧总计算长度（设hf 10mm）

lw

N

0.7hfff

w

886.3 10

3

0.7 10 200

633mm

共4条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度为：

lw

拼接角钢所需长度

6334

20 178.3mm

L 2lw 20 2*178.3 20 376.6mm 为了保证并接节点处的刚度，取L=500mm。 ① 底板计算

底板承受屋架的支座反力Rd = 8Fd =464.8 kN.,柱采用C30混凝土，

fc 14.3N/mm

2

，底板需净面积为：

32503.5mm

2

An

464.8 10

14.3

3

325.0cm

2

锚栓直径取d=20，锚栓孔直径为40mm，则所需底板面积：

A An A0 325 2 4 4

3.14 4

4

2

369.56cm

2

2

按构造要求采用底板面积为A a b 28 28 784mm板采用-100×100×20，孔径26mm。实际底板净面积: A 784 2 4 4

3.14 4

4

2

382.36mm。垫

2

739.4mm

32

2

底板承受的实际应力 q

464.8 10739.4 10

6.29N/mm

2

节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板 对角线长度a1= 14 1.2/2)2 (14 1.4/2 18.9cm

2

内角顶点到对角线的距离b1=13.3×13.4/18.9=9.43cm。 b1/a1=0.5，查表得 0.056

两相邻边支承板单位板宽的最大弯矩为 M= qa²=0.056×6.29×189²=13843N

6M

mm

2

所需底板厚度为t

f

6 13843205

20.13mm，取t=22mm，底

板尺寸为-280×280×22。 ② 加劲肋与节点板的焊缝计算

一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为

V

Rd4

464.84

116.2KN

M=Ve=116.2×6.65=773KN cm。加劲肋高度、厚度与节点板相同，取-459×140×12。采用hf 6mm，验算焊缝应力： 对V： f

116.2 10

3

2 0.7 6 (459-12)

6 773 10

4

40.6N/mm

2

2

对M： f

2 0.7 6 (459-12)

2

36.3N/mm

2

2

f f

) f

2

36.31.22

) 40.6

22

50.4N/mm<160N/mm2

③节点板、加劲肋与底板的焊缝计算 采用hf 8mm，实际焊缝总长度：

lw 2a 2(b t 2c) 12hf

2 28 2 (28 1.2 2 1.5) 12 0.8 94cm

焊缝设计应力:

f

464.8 10

3

0.7 8 940

88.3N/mm

2

ff

f

w

1.22 200 244N/mm

2

其余节点见施工图。

附表1

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附表2

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lyzm.html