钢结构梯形屋架课程设计计算书(绝对完整)

第一章：设计资料某单跨单层厂房，跨度L＝24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5*6.0m太空轻质大型屋面板。

钢材采用Q235－BF，焊条采用E43型，手工焊。

柱网布置如图2.1所示，杆件容许长度比：屋架压杆【λ】＝150屋架拉杆【λ】＝350。

第二章：结构形式与布置2.1 柱网布置图2.1 柱网布置图2.2屋架形式及几何尺寸由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i＝1/10。

屋架跨度l＝24m，每端支座缩进0.15m，计算跨度l0＝l－2*0.15m＝23.7m；端部高度取H0＝2m，中部高度H ＝3.2m；起拱按f＝l0/500，取50mm，起拱后的上弦坡度为1/9.6。

配合大型屋面板尺寸（1.5*6m），采用钢屋架间距B＝6m，上弦节间尺寸1.5m。

选用屋架的杆件布置和尺寸如施工图所示。

图2.2 屋架的杆件尺寸2.3支撑布置由于房屋较短，仅在房屋两端5.5m开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支撑，不设纵向水平支撑。

中间各屋架用系杆联系，上下弦各在两端和中央设3道系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚性系杆。

所有屋架采用统一规格，但因支撑孔和支撑连接板的不同分为三个编号：中部6榀为WJ1a ,设6道系杆的连接板，端部第2榀为WJ1b，需另加横向水平支撑的的连接螺栓孔和支撑横杆连接板；端部榀（共两榀）为WJ1c。

图2.3 上弦平面12121---12---2图2.3下弦平面与剖面第三章：荷载计算及杆件内力计算 3.1屋架荷载计算表3.1 屋架荷载计算表3.2屋架杆件内力系数屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数经计算如图所示。

屋架上弦左半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力系数k L、k R、k（＝k L＋k R）按图3.1所示，并已抄入表3.2中。

图3.1屋架内力系数图3.3杆件内力组合○1组合一―――全部恒、活荷载全部恒、活荷载：q=2.25KN/m2，F=2.25*1.5*6=20.25KN,杆件组合内力 N1=20.25k（KN）○2组合二―――全跨恒荷载、半跨活荷载（相应于全垮恒、活荷载减去半跨活荷载）活荷载：q=0.7KN/m2，F=0.7*1.5*6=6.3KN,杆件组合内力 N2= N1－6.3k L,R （KN）○3组合三―――全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载：屋架和支撑重：q=0.15*1.35＝0.20KN/m2，F=0.2*1.5*6=1.8KN,活荷载：q=1.0*1.35+0.7＝2.05KN/m2，F=2.05*1.5*6=18.45KN,杆件组合内力N3= 1.8k+18.45 k L,R（KN）杆件内力组合见表3.2，其中第二、三组合对个别k L、k R正负号的杆件计算，因为这种情况下第二、三组合的弦杆左右节间内力差△N（设计弦杆焊缝用）将大于第一组合的△N。

表3.2 屋架杆件内力组合表第四章：屋架杆件截面选型由表3.2知，腹杆最大内力N ＝-179.658KN ，查得采用节点板厚t ＝8mm ，但支座节点板加厚为12mm 。

4.1杆件截面选型上弦杆AK 为受压杆，先假设max 90λ=，b 类截面ϕ＝0.714，f ＝215N/mm 2， A ＝N/ϕf ＝308347N/0.714*215N/mm 2＝2008.644mm 2，0max /x x i l λ==1508/90=16.75mm , 0max /y y i l λ==3016/90=33.51mm查课本上册附表四，选用L100*80*6，短肢相并双角钢。

各杆件选型均按此法，计算数据如表4.1、4.2，选型见表4.3。

表4.1 受拉杆件截面选型及强度验算表表4.2 受压杆件截面选型及强度验算表表4.3 屋架杆件截面选型表注：○1节点板t＝8mm，（腹杆最大内力N max＝-179.658KN）；○2f＝215N/mm2；压杆【λ】＝150，拉杆【λ】＝350；第五章：屋架杆件焊缝计算5.1腹杆焊缝计算表5.1 腹杆焊缝计算表5.2下弦杆焊缝计算表5.2 下弦杆焊缝计算表5.3上弦杆角钢尖焊缝计算表5.3 上弦杆角钢尖焊缝计算表注：○1上弦杆L100*80*6，b=80mm, z0=21.2mm, e=b-z0=60.3mm,取用65mm；○2焊缝长度l按画节点图时为满足腹杆焊缝长度所确定得节点板实际宽度（中节点K的l略经放大使求得的h f2较为合理）。

第六章：屋架节点设计6.1下弦拼接节点k下弦杆为L90*56*5，拼接角钢用相同规格。

角钢t＝5mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，用h f＝5mm，焊缝为：l w=[N]/4*0.7h f* f f w=491060 N/4*0.7*5mm*160N/mm2=219.22mm,取220mm，采用拼接角钢半长L=2(l w+2h f)+b=2*(220+2*5)+20=480mm,扣除半缝宽5mm和正反面焊口各10mm后，焊缝计算长度为纵向470m m＞220mm，满足要求。

拼接角钢水平肢宽90mm，故采用斜切，安装螺栓位置考虑以后连横向水平支撑时可以应用，其与斜切边的边距经检查足够。

拼接角钢竖肢原宽56mm，为焊缝需切肢：△＝t+h f+5=5+5+5=15mm,切后余高h－△＝56-15＝41mm，端部直切。

因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。

6.2上弦拼接节点K上弦杆起拱后坡度1/9.6，端部取直切，截面为L100*80*6，拼接角钢用相同规格，热弯成型，角钢t ＝5mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，用h f＝5mm，焊缝为：l w=[N]/4*0.7h f* f f w=308347 N/4*0.7*5mm*160N/mm2=137.655mm,取300mm，焊缝计算长度为300m m＞2*137.655＝275.31mm，满足要求。

拼接角钢竖肢原宽80mm，为焊缝需切肢：△＝t+h f+5=6+5+5=16mm,实用20mm，切后余高h－△＝80-15＝65m，端部直切。

6.3下弦一般节点cBc 杆： h f1=6mm, h f2=6mm焊缝长度：肢背：l w1=0.7N/2h e f f w =0.7*137.275*103/(2*0.7*6*160)=71.50mm,取80mm ；肢尖：l w2=0.3N/2h e f f w =0.3*137.275*103/(2*0.7*6*160)=30.64mm,取80mm ；cD 杆： h f1=5mm, h f2=5mm焊缝长度：肢背：l w1=0.7N/2h e f f w =0.7*109.836*103/(2*0.7*5*160)=68.64mm,取80mm ；肢尖：l w2=0.3N/2h e f f w =0.3*109.836*103/(2*0.7*5*160)=29.42mm,取80mm ；Cc 杆为竖杆，N=-20.25KN 很小，焊缝长度也按构造取80mm 。

（其余下弦节点按此方法计算腹杆焊缝见表5.2 下弦杆焊缝计算表。

）由上求得长度确定节点板尺寸240mm *320mm,下弦节点连接焊缝长度为32.0cm ，h f =5mm, △N ＝233.361－95.965＝133.396KN, 受力较大的肢背处的剪应力为f τ=0.75*137396/【2*0.7*5*（320-10））】＝47.49N/mm 2＜f f w ＝160 N/mm 2， 焊缝强度满足要求。

6.4上弦一般节点BBC 杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c ”相同： aB 杆： h f1=6mm, h f2=5mm焊缝长度：肢背：l w1=0.7N/2h e f f w =0.7*179.658*103/(2*0.7*6*160)=93.57mm,取105mm ；肢尖：l w2=0.3N/2h e f f w =0.3*179.658*103/(2*0.7*5*160)=40.10mm,取50mm ；为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm ，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来（详见施工图），塞焊缝做两条焊缝计算，焊缝设计强度值应乘以0.8的折减系数。

计算时可略取屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P 与上弦垂直。

（其余上弦节点按此方法计算腹杆焊缝见表5.3 上弦杆角钢尖焊缝计算表。

） 验算强度如下：肢背塞焊缝 h f1=1/2*节点板厚＝00.5*8＝4mm,按构造取5mm ，上弦与节点板间（满焊焊缝长度为245mm 。

111)f f w h l τ=＝10]-＝82.73N/mm 2＜0.8*f f w ＝128 N/mm 2， 焊缝强度满足要求。

肢尖焊缝 h f1=6mm,上弦与节点板间（满焊）焊缝长度为245mm 。

122)f f w h l τ=＝10]-＝27.27N/mm 2＜f f w ＝160 N/mm 2， 焊缝强度满足要求。

6.5支座节点a屋架支座中线缩进轴线（柱外边线）150mm ，柱宽400mm ，支座底板三面与柱边留距离10 mm ，内侧面按对称，故底板尺寸为2a*2b,a=140 mm,b=190 mm,锚栓采用2M24，位置和锚栓孔尺寸如图。

支座中心处设加劲肋90*10，加劲肋外侧离锚栓垫板边c=14 mm.6.5.1 底板计算为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm ，在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度为10mm 。

计算时底板尺寸偏安全仅按节点板加劲肋范围，加劲肋以外部分底板刚度较差，认为受反力较小而忽略，故底板尺寸按2a=2*140 mm,2b 1=2*95mm 。

支座反力R=162.0KN,底板压应力为：p ＝R/（2a*2b 1）=162.0*103/(280*190)=304 N/ mm 2＜f ce =10 N/ mm 2； 上式中f ce 为柱混凝土强度等级为C20时的轴心抗压强度设计值。

节点板和加劲肋将底板分隔为四个a*b 1=140*95 mm,两相邻边支承区格，确定底板厚度如下：a 12169.2mm ==， 211/140*95/169.278.61b ab a mm '===11/78.61/169.20.465b a == 查设计指导书表4弯矩系数0.0544β=；两相邻支撑板单位板宽最大弯矩：22310.0544*3.04*169.2 4.734*10M pa N β===,底板厚：11.5t mm ===，选底板厚度15mm (安全考虑)。

6.5.2 ∑l w =2a+2(b-δ-2c-)60mm=2*140+2(190-10-2*15)-60=280+300-60=580-60=520mm,/(*0.7)w f f w f h R l f β=∑=162.0*103/(1.22*0.7*520*160)=2.28mm,按构造 5.81f h mm ≥==，因此h f ＝6mm 。