梯形钢屋架钢33米课程设计报告计算书模板.docx
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梯形钢屋架钢33米课程设计报告计算书模板
钢结构课程设计
―、设计资料
1、已知条件：
梯形钢屋架跨度33m，长度120m，柱距6m。
屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用单层彩色钢板波形瓦，屋面坡度i=1/10。
屋面活荷载标准值为0.7kN/m2,屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm>400mm,混凝土标号为C20。
钢材采用Q345B级，焊条采用E50型。
2、屋架计算跨度：
Lo=33—2X0.15=32.7m，
3、跨中及端部高度：
端部高度：
h'=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。
屋架的中间高度h=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取
60mm。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸见图1所示，支撑布置见图2所示。
图1屋架形式及几何尺寸
LG4
L34
:
i.11
L、
1
1
II
4
L卞
V、~
/
1
1
右
XX
X.fJB|jpA.
1
1
J
f—
1
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1
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1
1
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\z
1
1
1
j
匚*己uLS||CC^||jUBJ-己
IXIXIL十內「皿丐
符号说明：
GWJ-（钢屋架）;SC-（上弦支撑）：
XC-（下弦支撑）;
CC-（垂直支撑）;GG-（刚性系杆）;LG-（柔性系杆）
图2屋架支撑布置图
三、荷载与内力计算
1•荷载计算
荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。
永久荷载标准值
钢屋架和支撑自重0.12+0.011X30=0.45kN/m2
单层彩色钢板波形瓦0.12kN/m
总计0.57kN/m'
可变荷载标准值
屋面活荷载0.70kN/m
总计0.7kN/m
1.2X0.57=0.684kN/m
永久荷载设计值
可变荷载设计值1.4X0.7=0.98kN/m
2.荷载组合
设计屋架时，应考虑以下三种组合：
1全跨永久荷载+全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载：
2全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
半跨节点可变荷载：
F=（0.684+0.98）xl.5^6=14.97kN
F1=0.684X1.5X6=6.156kN
F2=0.98X1.5X6=8.82kN
③全跨屋架及支撑自重+屋面板重+半跨屋面活荷载
全跨节点屋架及支撑自重:
半跨大型屋面板重及活荷载：
3.内力计算
F3=0.45Xl.2Xl.5X6=4.86kN
F4=（1.4X0.12+0.7X1.4）X1.5X6=10.33kN
本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1
杆件名称
内力系数（F=1）
第一种组
合F*
①
第二种组合
第三种组合
计算杆
内力
（KN）
全跨①
左半跨
①
右半跨
②
F1*①+F2*②
F1*①
+F2*③
F3*①
+F4*②
F3*®
+F4*③
上弦
AB
0
0
-0.01
0.00
0.00
-0.16
0.00
-0.26
-0
BC
CD
-11.35
-8.49
-3.45
-631.39
-584.54
-501.99
-281.38
-151.20
-631
DE
EF
-18.19
-13.08
-6.25
-1011.89
-928.19
-816.31
-437.36
-260.94
-1011
FG
GH
-21.53
-14.62
-8.46
-1197.69
-1084.51
-983.61
-495.40
-336.29
-1197
HJ
-22.36
-13.98
-10.25
-1243.86
-1106.60
-1045.50
-483.41
-387.07
-1243
IJJK
-22.73
-14.39
10.2
-1264.45
-1127.84
-725.05
-496.03
139.13
-1264
下弦
ab
6.33
4.94
1.83
352.13
329.36
278.42
162.23
81.89
352
be
15.36
11.3
4.98
854.46
787.96
684.44
375.90
212.65
854
cd
20.21
14.14
7.43
1124.26
1024.84
914.93
475.78
302.47
1124
de
22.12
14.44
9.39
1230.51
1104.72
1022.00
493.98
363.54
1230
ef
21.23
11.68
11.68
1181.00
1024.57
1024.57
417.82
417.82
1181
斜腹
杆
aB
-11.34
-8.66
-3.27
-630.83
-586.93
-498.65
-285.72
-146.49
-630
Bb
8.81
6.47
2.87
490.09
451.76
392.79
215.31
122.32
490
bD
-7.55
-5.23
-2.84
-420.00
-382.00
-342.85
-176.39
-114.66
-420
De
5.39
3.39
2.44
299.84
267.08
251.52
117.05
92.51
299
cF
-4.23
-2.25
-2.43
-235.31
-202.88
-205.83
-81.26
-85.91
-235
Fd
2.62
0.88
2.13
145.75
117.25
137.72
37.06
69.35
145
dH
-1.51
0.22
-2.12
-84.00
-55.66
-93.99
-2.58
-63.02
-93
He
0.29
-1.25
1.89
16.13
-9.09
42.34
-30.70
50.41
50
-27
eg
1.53
3.4
-2.28
85.11
115.74
22.70
96.19
-50.25
115
-50
gK
2.16
4.07
-2.32
120.16
151.44
46.78
116.94
-48.11
151
-48
gI
0.49
0.54
-0.06
27.26
28.08
18.25
16.63
1.13
28
竖杆
Aa
-0.55
-0.54
0
-30.60
-30.43
-21.59
-16.96
-3.01
-30
Cb
Ec
-1
-0.99
0
-55.63
-55.47
-39.25
-31.04
-5.47
-55
Gd
-0.98
-0.98
0
-54.52
-54.52
-38.46
-30.67
-5.36
-54
Jg
-0.85
-0.9
0
-47.28
-48.10
-33.36
-27.90
-4.65
-48
Ie
-1.42
-1.43
0
-78.99
-79.16
-55.73
-44.70
-7.77
-79
Kf
0.02
0
0
1.11
0.78
0.78
0.11
0.11
1
四、杆件截面设计
腹杆最大内力，N=-630.83KN,由屋架节点板厚度参考可知：
支座节点板刚
度取14mm;其余节点板与垫板厚度取12mm
N=-1264.45KN
1•上弦杆
整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算,
计算长度：
屋架平面内取节间轴线长度Ox=1507mm
屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取
上弦横向水平支撑的节间长度：
"°y=4521mm
根据屋架平面外
截面宜选用两个
并，见图3
图3上弦截面
上弦杆的计算长度，故
不等肢角钢，且短肢相
设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807
*n2
需要截面积A==1246.45*10=7287.7mm
.f
*・
根据需要的A、*、iy查角钢型钢表，初选2L18011014,
2
A=7793mm，ix=308mm，iy=88mm。
按所选角钢进行验算:
2.下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1230.51KN
计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度"°x=3000mm
屋架平面外根据支撑布置取loy=29700/2=14850mm
*N12305102
计算需要净截面面积A==5723.30mm，选用2L18011012,
f215
因为lOy>lOx，故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。
下弦截面
3.
端斜杆Ba
截面刚度和稳定验算:
yA
4.再分腹杆eg-gK
此杆在g节点处不断开，采用通长杆件
拉力：
Ngk151.44KN,Neg115.74kN
计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度lOx=0.8X2250=0.8X2250=1800mm
屋架平面外根据支撑布置取:
选用2L635，见图5。
2
A=1228.6mm，ix=19.4mm，iy=30.4mm。
x=lox
=匚
180092.78=53.9<[]=150
19.4
因为y
拉应力:
y=loyI
x只需求
4446-3146.25<[]=150
30.4
查表得y=0.32，则
50.52103
yA0.321228.6代叩吋215咙
3
N151.4410
1228.6
123.26MPa
215MPa所选截面满足要求
5.竖杆Ie
N=-79.16KN，
l0x
0.8l=0.8
3052=2442mm,
IOyI3052mm
由于杆件内力较
按=[
]=150
需要的回转
lox244.2
1x
[]150
1.63cm
loy
305.2
ly
150
2.03cm
查型钢表，选用2L63X5,其几何特性为
因为
A=1228.6
2mm
lox
lx
Ioy
ly
lx
244.2
1.94
305.2
3.04
19.4mm
125.88cm
100.39cm
150
150
xy只需求
查表得
x=0.406,
iy30.4mm
79.16103
xA0.4061228.6
158.7MPa215MPa
其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2
名称
杆件编号
内力
（KN）
计算长度（cm）
截面规格
截面面
积（cm2）
回转半径（cm）
长细比
稳定系数
计算应力Mpa
l0x
l0y
ix
iy
x
y
容许长细
比[]
x
y
上弦
IJJK
-1264.45
150.8
452.4
2L180X110X14
77.93
3.08
8.8
48.96
51.41
150
0.847
191.59
下弦
de
1230.51
300
1485
2L180X110X12
67.42
3.1
8.74
96.77
169.91
350
182.51
腹杆
Aa
-30.6
199
199
2L63X5
12.286
1.94
3.04
102.6
65.5
150
0.538
46.29
aB
-630.83
253.4
253.4
2L140X90X10
44.522
4.47
3.74
56.71
67.78
150
0.764
185.46
Bb
490.09
208.6
260.8
2L100X6
23.864
3.1
4.51
67.29
57.83
350
205.37
Cb
-55.63
183.2
229
2L50X5
9.606
1.53
2.53
119.7
90.5
150
0.493
131.92
bD
-420
229.5
287
2L100X7
27.592
3.09
4.53
74.3
63.3
150
0.724
210.25
De
299.84
228.7
285.8
2L70X6
16.32
2.15
3.33
106.37
85.83
350
183.73
Ec
-55.63
207.2
259
2L50X5
9.606
1.53
2.53
135.4
102.4
150
0.363
159.54
eF
-235.31
250.8
312.6
2L90X6
21.274
2.79
4.13
89.89
75.69
350
0.621
178.12
Fd
145.75
249.5
311.8
2L50X5
9.606
1.53
2.53
167
123.3
350
151.73
Gd
-54.52
231.2
289
2L50X5
9.606
1.53
2.53
151.1
114.2
150
0.304
186.67
dH
-93.99
271.6
339.5
2L70X6
16.32
2.15
3.33
151.1
101.95
150
0.304
189.45
He
50.41
-27.55
270.8
338.4
2L63X5
12.286
1.94
3.04
139.59
111.32
150
0.347
64.62
le
-79.16
255.2
319.1
2L63X5
12.286
1.94
3.04
131.5
104.9
150
0.381
169.11
eg
115.74
-44.78
230.1
453.73
2L63X5
12.286
1.94
3.04
118.6
149.25
150
0.31
117.54
gk
151.44
-42.26
230.1
453.73
2L63X5
12.286
1.94
3.04
118.6
149.25
150
0.31
110.96
Kf
1.12
314.1
314.1
2L63X5
12.286
2.45
2.45
128.2
128.2
200
0
gI
28.08
165.9
207.4
2L50X5
9.606
1.53
2.53
108.7
82.2
350
29.23
Jg
-48.1
127.6
158.9
2L50X5
9.606
1.53
2.53
83.4
63
150
0.665
75.3
屋架杆件截面选择表
五、节点设计
用E50焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160MPa
各杆件内力由表1查得
1.下弦节点b
（1）斜杆Bb与节点的连接焊缝计算:
（2）
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。
所需焊缝长度为:
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。
所需焊缝长度为:
（3）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算:
根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为457mmX340mm。
（4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：
焊缝受力为左右下弦杆的内力差△N=854.16-352.13=502.33KN，设肢尖
与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为457mm,受力较大的肢背处的焊缝
应力为：
fO'5502.33103100.79MPa<160MPa
20.76（45712）
（5）节点板尺寸：
根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制
作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。
如图7所示
图7节点板b尺寸
2.上弦节点B
（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。
（2）斜杆Ba与节点板连接焊缝计算
设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。
所需焊缝长度为
肢背:
0.7N0.7630830““c怖
lww18320203mm，取lw=210mm
2heffw20.710160
肢尖:
0.3N0.3630830亓
lww164.2812176.48mm，取lw=180mm
2heffw20.76160
（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：
为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背
8mm。
用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。
槽焊缝可按两条焊缝计算，计
算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。
上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得
11
hf节点板厚度126mm，hf10mm
22
上弦与节点板间焊缝长度为470mm，则
55629
20.7hf
1w1
20.76470
14MPav0.8
fffw156MPa
上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差
△N=631.39-0.26=631.13KN
偏心距e=110-25.9=84.1mm
设需焊缝长度为470mm，则
2he
631130
20.710（47020）
100.18MPa
1.22）
6M
20.7hfl：
2
663113084.1
20.710（47020）2
112.33MPa
（f）2
（112.33）2
/1.22）
100.182
140.62MPa160MPa
（4）节点板尺寸：
方法同前，如图8所示
图8节点板B尺寸
3.屋脊节点K
（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：
弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。
拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。
拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。
设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm，则需焊缝长度为
40.7hfffw
282.2420302.24mm，取lw=300mm
40.710160
拼接角钢长度取2（300+20）+24=664mm
（2）斜杆与节点板连接焊缝的计算：
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm，所需焊缝长度为:
肢背：
07151440
lw1290.88mm，取lw=100mm
20.76160
肢尖：
0.3151440'
lw1050mm，取焊缝长度lw=60mm
20.75160
根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误
差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为500mmX240mm。
（3）弦杆与节点板的连接焊缝计算：
取节点板的长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为
500/21020
220mm。
上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载
P
20.7hflw
55629w
18.06MPa0.8f156.16MPa
20.710220
上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩
设焊脚尺寸为10mm
61.58MPa
（4）中竖杆与节点板的连接焊缝计算
此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf=5mm
（5）节点板尺寸：
方法同前，如图9所示
图9节点板K尺寸
4.下弦跨中节点f
（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算
拼接角钢与下弦杆截面相同，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长
f6742100215
度为lw-w67.404mm，取丨w=404+16=420mm
40.7hff；40.78160
拼接角钢长度2420+20=860mm
（3）弦杆与节点板连接焊缝计算
按下弦杆内力的15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为
讥卄0.711810000.15才
肢背：
lw12104.27mm，取lw=110mm
20.76160
zr'0.311810000.15h'
肢尖lv1251.54mm，取lw=60mm
20.76160
（4）节点板尺寸：
方法同前，如图10所示
5.端部支座节点a
图11支座节点a
为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出
肢的宽度，故可取为180mm。
在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm
（1）支座底板计算
支座反力R5562910556290N
取加劲肋的宽度为110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为60mm，则所需底板面积：
R
一锚栓孔缺口面积
fc
5562903.14602/447329.2mm2按构造要求取底
12.5
板尺寸为280mm400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则
承压面积：
Ac280（211014）65520mm2
底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为
式中底板下的平均应力，=8.49MPa
2两边支承对角线长，2=、（14014/2）21102172.6mm
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