梯形钢屋架设计

课程设计

课题名称梯形钢屋架设计课程名称钢结构课程设计学生姓名

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第一章：设计资料

某单跨单层厂房，跨度L ＝18m ，长度54m ，柱距6m ，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于钢柱上，屋盖采用有檩体系，檩距为1.5m 。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，杆件容许长细比：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

屋架选用梯形钢屋架，屋面坡度10/1=i 。屋架跨度l ＝18m ，每端支座缩进0.15m ，计算跨度l 0＝l －2×0.15m ＝17.7m ；端部高度取H 0＝1.5m ，中部高度H ＝2.4m ；起拱按f ＝l 0/500，取35mm 。

钢屋架间距B ＝6m ，上弦节间尺寸1.5m ，屋架杆件的几何长度如图2.2所示。

图2.2 屋架的杆件尺寸

2.3支撑布置

根据厂房长度、跨度及荷载情况，在房屋两端5.4m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，单侧设纵向水平支撑。中间各屋架用系杆联系，上弦设有5道水平系杆，下弦设4道水平系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚性系杆。凡与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-1，不与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-2。

第三章、荷载设计与杆件内力计算

3.1屋架荷载计算

（1）永久荷载

夹芯板 2

/18.015.02.1m kN =⨯ 檩条 2

/4.004.02.1m kN =⨯ 屋架悬挂管道 2/12.01.02.1m kN =⨯ 屋架和支撑自重 2/54.045.02.1m kN =⨯

永久荷载总设计值 2/24.1m kN =∑

（2）可变荷载

雪荷载 2

/35.025.04.1m kN =⨯ 活荷载 2/42.03.04.1m kN =⨯ 可变荷载总设计值取 2

/42.0m kN 计算屋架时应考虑下列两种荷载组合情况： ○1全跨永久荷载+全跨可变荷载

节点荷载 kN 94.1465.1)42.024.1(=⨯⨯+=P ○

2全跨永久荷载+（左）半跨可变荷载 节点荷载 kN 94.1465.1)42.024.1(=⨯⨯+=左P kN 16.1165.124.1=⨯⨯=右P

3.2内力计算

用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数L μ和R μ，二者相加得到全跨单位节点荷载作用下内力系数μ，然后乘以实际的节点荷载，得到相应的内力。屋架在上述第一种荷载组合下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第二种荷载组合作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算近跨中的斜腹杆内力。

计算结果列于表3-1。

屋架杆件内力表3-1

名称

杆件编号

p=1

内力组合

备注 左半跨 右半跨 全跨 最大计算拉力 最大计算压力

1 2 3 4 5 上弦

AB 0.0 0.0 0.0 0.0 BD -5.5 -2.3 -7.8 -103.4 DF -5.5 -4 -9.5 -145.2 FG -4.9 -4.8 -9.7 -143.5 下弦

ab 3.3 1.2 4.5 58.4 bc 5.0 3.3 8.3 130 cd 5.0 4.2 9.2 147.7 斜腹杆

aB -5.2 -1.9 -7.1 -93 Bb 1.9 1.6 3.5 -66.4 bD -3.3 -1.7 -5.0 44.8 Dc 0.8 -1.3 -0.5 -23.5 cF 0.8 1.3 2.1 6.3 Fd -1.8 -1.8 -3.6 -9.2 竖腹杆

Aa -0.5 0.0 -0.5 -6.4 Cb -1.0 0.0 -1.0 -12.6 Ec -1.0 0.0 -1.0 -12.7 Gd

0.0

0.0

第四章：屋架杆件截面选型

由表3-1知，腹杆最大内力N ＝-49.1KN ，查得采用节点板厚t ＝6mm ，但支座节点板加厚为8mm 。

4.1杆件截面选型

整个上弦不改变截面，按最大内力计算，上弦杆DF 为受压杆，N FG=-67.0kN, 先假设

106=MAX λ，b 类截面ϕ＝0.517，f ＝215N/mm 2，

A ＝N/ϕf ＝76700/0.517×215N/mm 2＝602.8mm 2，

0max /x x i l λ==1507/106=14.2mm , 0max /y y i l λ==3000/106=28.3mm

查表，选用2L90×56×5，短肢相并双角钢。

242.14cm A =

。，cm i cm i y x 32.422.2==

验算

：

2

2y /215/208)2.144523.0/(67000/523

.0150][3.8332.4/300150][10522.2/7.150mm N mm N A N x x <=⨯====<===<==ϕσϕλλλλ，，

各杆件选型均按此法，计算数据如表4.1。

表4.1 杆件截面选型及强度验算表

注：○1节点板t ＝6mm ，（腹杆最大内力N max ＝-49.1KN ）；

○

2f ＝215N/mm 2；压杆【λ】＝150，拉杆【λ】＝350。 第五章：屋架节点设计

1.下弦设计 （1）下弦节点b

已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值

160w f f Mpa =。

设“bD ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 45和=，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）：

杆件 内力设计值（KN ） 几何

长度

l (mm 计算长度

（mm ） 截面形式及

规格

A

回转半径 长细比λ 稳定系数 应力设

计值(f<215) mm

l 0x l 0y

i x

i y

<150

<350

Ψx

ψy

弦杆 FG -67 1507 1507 3014 2L

90×56×5 1442 22.2 43.2 105.38 83.72 0.523

67.46 cd 63.5 3000 1507 9000 2L 75×50×5 1226 20.6 36 105.38 250.00 1

130.47 斜杆 aB -49.1 2132 2132 2132 2L 56×5 1083 17.9 23.6 119.11 90.34 0.442 131.78

Bb

-24

2230 1784 2230 2L 50×5 960 16 21.2 111.50 105.19 0.487 99.97 bD 34.6 2460 1968 2460 2L 50×5 960 16 21.2 123.00 116.04 1 205.63 Dc -9

2460 1968 2460 2L 50×5 960 16 21.2 123.00 116.04 0.421 87.3 cF 14.5 2704 2163 2704

2L 50×5 960 16 21.2 135.19 127.55

1

206.40 Fd -25 2704 2163 2704 2L 50×5 960 16 21.2 135.19 127.55 0.365 76.32 竖杆 Aa

-3.4

1508 1508 1508 2L 56×5 1083 17.9 23.6 84.25 63.90 0.661

152.42 Cb -6.9 1800 1440 1800 2L 50×5 960 16 21.2 90.00 84.91 0.621 131.1 Ec -6.9

2100 1680 2100 2L 50×5

960 16 21.2 105.00 99.06 0.523 106.8 Gd

2400 1820 2400

+56×5

1083