钢结构梯形屋架课程设计算书资料.docx
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钢结构梯形屋架课程设计算书资料
黄淮学院建筑工程学院
《钢结构原理与设计》课程设计
所选题号：
31
（跨度为21m，材料为：
Q235.雪荷载为：
0.75保温荷载为0.35）
系（院）：
建筑工程学院
姓名：
王东亮
学号：
1137110236
专业：
土木工程
年级：
2011级
完成日期：
2013.12.15
目录
1设计资料4
1.1结构形式4
1.2屋架形式及荷载4
1.3屋盖结构及荷载4
2屋架尺寸及支撑布置5
2.1屋架几何尺寸及内力图5
2.2支撑布置图5
3荷载计算6
3.1永久荷载6
3.2可变荷载6
3.3荷载组合6
4内力计算7
5杆件设计7
5.1上弦杆7
5.2下弦杆8
5.3端斜杆8
5.4斜腹杆9
5.4.1Bc杆9
5.4.2cD杆9
5.4.3de杆9
5.4.4eF杆10
5.4.5Fg杆10
5.4.6gH杆11
5.5竖杆11
6节点设计12
6.1下弦节点e12
6.2下弦中央节点g13
6.3上弦节点E14
6.4屋脊节点H15
6.5支座节点a16
6.5.1底板计算16
6.5.2加劲肋与节点板连接焊缝的计算17
6.5.3节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算17
7参考文献19
8致谢19
9附录19
1设计资料
某厂房总长90ｍ，跨度21m，屋盖体系采用1.5×6.0预应力混凝土屋板
1.1结构形式：
钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。
柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1:
10；L为屋架跨度。
地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.1g，二类场地。
屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。
1.2屋架形式及荷载：
屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。
屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型。
1.3屋盖结构及荷载：
无檩体系：
采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：
①屋架及支撑自重：
按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；
②屋面活荷载：
施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值值根据不同学号按附表取。
施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载取0.6KN/m2。
③屋面各构造层的荷载标准值：
见下表
荷载类型
荷载名称
荷载标准值（KN/m2）
永久荷载
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层
0.4
水泥砂浆找平层
0.4
保温层
0.35
一毡二油隔气层
0.05
水泥砂浆找平层
0.3
预应力混凝土屋面板
1.45
屋架自重
0.12+0.11x21=0.351
可变荷载
屋面活荷载标准值
0.7
积灰荷载
0.6
雪荷载
0.75
2屋架尺寸及支撑布置
2.1屋架几何尺寸及内力图
2.2支撑布置图
3荷载计算
3.1永久荷载各项标准值为
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层0.4KN/m
水泥砂浆找平层0.4KN/m
保温层0.35KN/m
一毡二油隔气层0.05KN/m
水泥砂浆找平层0.3KN/m
预应力混凝土屋面板1.45KN/m
屋架自重0.12+0.11x21=0.351KN/m
则永久荷载标准值为：
3.301KN/m
3.2可变荷载各项标准值为
屋面活荷载（或雪荷载）标准值：
0.75KN/m
积灰荷载：
0.6KN/m
则可变荷载标准值为：
0.75+0.6=1.35KN/m
3.3荷载组合：
设计时，考虑三种荷载组合：
（1）全跨永久荷载+左半跨可变荷载
（2）全跨永久荷载+右半跨可变荷载
（3）全跨永久荷载+全跨可变荷载
在本题设计时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。
节点荷载设计值：
按照可变荷载效应控制的组合：
Fd=（1.2×3.301+1.4×0.75+1.4×0.9×0.6）×1.5×6=51.9KN
其中，永久荷载，荷载分项系数；
屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数；
组合系数；
积灰荷载，;
按照永久荷载效应控制的组合：
Fd=（1.35×3.301+1.4×0.75×0.7+1.4×0.9×0.6）×1.5×6=54KN
其中，永久荷载，荷载分项系数；
屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数；
组合系数；
积灰荷载，;
故节点荷载取54KN，支座反力为7x54=378KN。
4内力计算
用图解法或数乘法皆可解出在全跨荷载作用下屋架杆件的内力，屋架杆件内力表如下：
屋架杆件内力表：
（注：
表中加粗、倾斜的为该类杆件中所受荷载最大的杆件）
杆件
轴线长度（mm）
单位荷载内力（KN）
荷载作用内力（KN）
杆件
轴线长度（mm）
单位荷载内力（KN）
荷载作用内力（KN）
上弦杆
AB
1507.5
0
0
下
弦
杆
ac
2850
4.1
221.4
BD
3015
-7.472
-403.5
ce
3000
9.744
526.2
DF
3015
-11.262
-608.1
eg
3000
11.962
645.9
FH
3015
-12.18
-657.7
gg
3000
11.768
635.5
斜腹杆
Bc
2613
5.808
313.6
竖
杆
Aa
1990
-0.5
-27
cD
2864
-4.409
-238.1
Cc
2290
-1.0
-54
De
2864
2.792
150.8
Ee
2590
-1.0
-54
eF
3124
-1.572
-84.9
Gg
2890
-1.0
-54
Fg
3124
0.328
17.7
端
斜
杆
aB
2530
-7.684
-414.9
gH
3390
0.713
38.5
5杆件设计
腹杆的最大内力值为414.9KN,查课本表7.4，得出中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为12mm。
5.1上弦杆
整个上弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大的是FH杆，N=-657.7KN=150.75cm=300cm
选用：
2L140x90x12（短肢相并）
A=52.8cmcmcm
两角钢之间加10mm厚填板。
=150
=150,（b类）
双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比,
故由，按b类查附表4.2得:
N/mm<215N/mm满足要求
填板每个节间放一块（满足l范围内不少于两块）l=75.4cm<40i=402.26=90.4cm。
5.2下弦杆
整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大的是eg杆，N=645.9KN=300cm=1050cm
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：
2L125x80x8（短肢相并）
A=32cmcmcm
满足要求
填板每个节间放一块（满足l范围内不少于两块）l=150cm<80i=802.37=189.6cm。
5.3端斜杆
整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中设计内力最大的是aB杆，杆长L=253cm，N=-414.9KN=L=253cm=L=253cm
选用：
2L140x90x10（长肢相并）
A=44.6cmcmcm
由于大于，热轧不等边角钢长肢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：
N/mm<215N/mm满足要求
填板放两块，
5.4斜腹杆
5.4.1Bc杆
整个Bc杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力
N=313.6KN=0.8×261.3=209cm=261.3cm
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：
2L70x6
A=16.32cmcmcm
满足要求
填板每个节间放两块（满足l范围内不少于两块）l=87.1cm<80i=801.94=155.2cm。
5.4.2cD杆
整个cD杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力
N=-238.1KN=286.4×0.8=229.12cm=L=286.4cm
选用：
2L90x6
A=21.28cmcmcm
由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：
N/mm<215N/mm满足要求
填板每个节间放两块（满足l范围内不少于两块）l=95.4cm<80i=80×2.47=197.6cm。
5.4.3De杆
整个De杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力
N=150.8KN=0.8×286.4=229.12cm=286.4cm
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：
2L50x4
A=7.8cmcmcm
满足要求
填板每个节间放两块l=95.4cm<80i=801.22=97.6cm。
5.4.4eF杆
整个eF杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力
N=-84.9KN=312.4×0.8=249.92cm=L=312.4cm
选用：
2L63x6
A=14.58cmcmcm
由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：
N/mm<215N/mm满足要求
填板每个节间放三块l=62.48cm<80i=80×1.93=154.4cm。
5.4.5Fg杆
整个Fg杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力
N=17.7KN=0.8×312.4=249.9cm=312.4cm
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：
2L50x4
A=7.8cmcmcm
满足要求
填板每个节间放三块l=78.1cm<80i=801.22=97.6cm。
5.4.6gH杆
杆件gH为跨中央两侧的斜腹杆，由于在荷载组合时未考虑半跨荷载作用的情况，故gH杆应按压杆控制其长细比。
整个gH杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力
N=38.5KN=3390×0.8=271.2cm=L=339cm
选用：
2L63x6
A=14.58cmcmcm
由于大于，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：
N/mm<215N/mm满足要求
填板每个节间放三块l=84.75cm<80i=801.93=154.4cm。
5.5竖杆
整个竖杆不改变截面，采用热轧等边角钢，设计内力最大的是Gg杆
N=-54KN=289×0.8=231.2cm=L=289cm
选用：
2L63x
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