30米梯形钢屋架钢课程设计计算书.docx
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30米梯形钢屋架钢课程设计计算书
钢结构课程设计
―、设计资料
1、已知条件：
梯形钢屋架跨度30m长度72m柱距6m该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000m。
冬季最低温度为—20C,地震设计烈度为6度，设计基本地震加速度为0.1g。
采用1.5mx6m预应力混凝土大型屋面板，80mn厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。
屋面活荷载标准值为0.7kN/m2,雪荷载标准值为0.65kN/m2。
屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mmX400mm混凝土标号为C25钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。
2、屋架计算跨度：
Lo=30-2X0.15=29.7m，
3、跨中及端部高度：
端部高度：
h'=1900mm（轴线处），h=1915m（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。
502
LH
/旳刊\
/^nnn\
/^nnn\
/^nnn
o
图1屋架形式及几何尺寸
「4中
jGO
L（-：
L\
L-
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
0.40kN/m2
0.02X20=0.40kN/m
0.1X6=0.6kN/m
0.05kN/m
1.40kN/m
0.12+0.011X30=0.45kN/m
0.10kN/m
SBS改型沥青油毡防水层找平层（20mm厚水泥砂浆）保温层（100mm厚水泥珍珠岩）隔气层（冷底子油）
混凝土大型屋面板（包括灌浆）钢屋架和支撑自重
管道设备自重
可变荷载标准值屋面活荷载
总计3.23kN/m'
0.70kN/m
积灰荷载0.60kN/m
总计1.3kN/m
永久荷载设计值1.35X3.23=4.36kN/m
可变荷载设计值1.4X1.3=1.82kN/m
2.荷载组合
设计屋架时，应考虑以下三种组合：
1
F=（4.36+1.82）X1.5X6=55.62kN
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:
F1=4.36X1.5X6=39.24kN
F2=1.82X1.5X6=16.38kN
3全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载
全跨节点屋架及支撑自重：
F3=0.45X1.35X1.5X6=5.47kN
半跨大型屋面板重及活荷载：
F4=（1.4X1.35+0.7X1.4）X1.5X6=25.83kN
3.内力计算
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（
全跨①
左半跨
①
右半跨
②
F1*①+F2*②
F1*①+F2*③
F3*①
+F4*®
F3*①
+F4*③
上弦
AB
0
0
P-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.
IJ
JK
-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
P4.98
854.461
787.96
684.44
375.90
212.65
854
cd
20.21
14.14
7.43
1124.261
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
1181.001
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
eF
-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
计算长度：
屋架平面内取节间轴线长度lOx=1507mm
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。
1.上弦杆
整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1264.45KN
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：
loy=4521mm
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并,见图3
图3上弦截面
、q（p
设’=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807
需要截面积A
N=1246.45*10=7287.7mm
.f
需要回转半径
ix
1ox
空25.1mm
60
iylox
根据需要的A
ix、
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:
Ax=lox=1507
=TT=308
=48.96V［入］=150
y=loy.
=4524-51.41V［入］=150
iy
88
由于'「二x，只需求出\，查轴心受力稳定系数表，y=0.847
N_1264.65103yA一0.8477793
=191.59MPa<215MPa所选截面合适。
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Iox=3000mm
屋架平面外根据支撑布置取lOy=29700/2=14850mm
计算需要净截面面积A*=f二雷初汕曲，选用2L18011012,
因为lOy>Iox，故用不等肢角钢，短肢相并，见图4
X
r
1
r
iaf,y
y
图4下弦截面
2
A=6742mm，ix=31mm，iy=87.4mm。
lox
lx
3000
31
=96.77＜［
］=350
'y=®二14850二169.91<[']=350所选截面满足要求。
iy87.4
3.端斜杆Ba
已知N=-630.83kN，Iox=lOy=2456mm。
因为Iox=lOy，故采用不等肢
角钢，长肢相并，使ix=iy，选用角钢2L1409010
2:
i
A=4452.2mm,ix=44.7mm,y=87.4mm
截面刚度和稳定验算：
1ox
2456
44.7
=54.94<['
]=150
ix
1oy
2456=65.66<[']=150
37.4
因为、「X只需求；：
y，查表得y=0.764
630.83103
0.7644452.2
=185.46MPa<215MPa
所选截面满足要求
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：
Ngk=151.44KN，Neg=115.74kN
压力:
Neg二-50.52kN，
Ngk—48.11KN
计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度
屋架平面外根据支撑布置取：
1ox=0.8x2250=0.8X2250=1800mm
lOy=1（°.75+0.25芒）=450X
4811
（0.75+0.25）=4446.3mm
50.52
图6中竖杆Kf
ix=19.4mm，iy=30.4mm。
选用2L635,见图5。
12
图5再分腹杆egK
2
A=1228.6mm，
i
X
二1800=92.78=53.9<[']=150
19.4
4446.3
30.4
=146.25<[]=150
因为、「X只需求\，查表得y=0.32,则
N50.52103
0.321228.6
=128.5MPa<215MPa
5.竖杆Ie
3
151.4410
1228.6
=：
123.26MPa:
:
:
215MPa所选截面满足要求
N=-79.16KN,
l°x=0.8l=0.83052=2442mm,
10y=I=3052mm
由于杆件内力较小，按'=[
]=150选择,
需要的回转半
1ox
n
244.2
150
二1.63cm
ly
1oy
n
305.2
150
二2.03cm
查型钢表，选用2L63X5,其几何特性为
2
A=1228.6mmix=19.4mm30.4mm
l2442
竺=―-=125.88cm：
150ix1.94
loy305.2
100.39cm:
:
150
iy3.04
因为’x•'y只需求x，查表得x=0.406,则
N
Xa
79.16103
0.4061228.6
=158.7MPa:
:
215MPa
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
容许长细
稳定系数申
计算应
力Mpa
l0x
l0y
ix
iy
容许长细
比［九］
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
PgI
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E43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：
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。
所需焊缝长度为:
肢背：
0.7Nw0.7490090—182.3316_198.33mm,取lw=200mm
2hefT20.78160
0.3N0.3490090、
肢尖：
I：
===109.4+12=121.4mm，取IW=120mm
2heffw2x0.7x6160
（2）斜杆Db与节点的连接焊缝计算：
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm。
所需焊缝长度为：
肢背：
lw07420000164.0616=180.06mm，取I：
=180mm
2汉0.7汉8汉160
肢尖：
I：
'=0.3汉420000=93.75+12=105.75mm,取lw=110mm2X0.7X6X160
（3）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：
因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf=5mm。
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:
100.79MPa<160MPa
0.75502.33103
20.76（457-12）
（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：
0.7Nw0.763083018320=203mm，取lw=210mm
2heffw20.710160
肢尖：
1
0.3N0.3630830廿
wNeffWN0.7®160=164.28+12"6・48mm，取lw=180mm
（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
1、1
hf节点板厚度12=6mm，hf=10mm
22
上弦与节点板间焊缝长度为470mm，则
P
20.7hflw1
14MPa<0.81fffw=156MPa
20.76470
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，贝U
△N
2h「lw
631130
20.710（470-20）
=100.18MPa
6：
M
20.7hfl：
2
=112.33MPa
663113084.1
20.710（470-20）2
Jf22J1123322
（4）节点板尺寸：
方法同前，如图8所示
1/
.（——）2+e）2=J（—）2+100.182=140.62MPac160MPa\1.22V1.22
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
N
40.7hf
fw
f
282.2420=302.24mm
40.710160
取lw=300mm
肢背：
lw0.715144012=90.88mm，取lw=100mm
20.76160
肢尖：
l：
'=0.3汽151440+10=50mm，取焊缝长度lw=60mm
20.75160
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:
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5
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