钢结构课程设计梯形桁架跨度30米.docx
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钢结构课程设计梯形桁架跨度30米
普通钢屋架设计计算书
一、教学要求
1.了解普通钢屋架设计的全过程；
2.学习结构施工图的绘制和结构计算书的编制方法
3.了解钢屋盖支撑体系的作用并能正确布置支撑；
4.掌握钢屋架的内力计算、杆件截面选择，节点设计的方法；
5.掌握焊接连接的构造要求。
二、屋架形式及主要尺寸的确定
（学号为306,跨度为30m端部高度为1.95m,坡度为1/11）
15011350,彳
44
图一桁架形式及几何尺寸
二、支撑布置
根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。
构件编号采用汉语拼音字母，凡与支撑连接的屋架可编号为WJ1其它编均为WJ2屋架垂直支撑：
CC1CC2,,屋架上弦水平■支撑：
SCISC2,,屋架下弦水平■支撑：
XCtXC2,,刚性系杆：
GG1GG2,柔性系杆：
LG1、LG2,。
X
—
X
'W
zL
*
X
A
X
§
A
A
X
X
X
X
x
■J
*
坛
■d
^UIXIXlxxI
XXXTY1MXJ
II
fxlZIT~t
图二桁架支撑布置
四、屋架内力计算
1.计算的基本假定
节点均为皎接：
所有杆线的轴线均位丁同一平■面内，且同心交汇与节点；荷
载均作用丁结点。
2.荷载计算
屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，由荷载条件知，基本雪压大丁屋面活荷载，基本风压不考虑。
沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/COSa=
Jl12十1/11=1.004换算为沿水平■投影面分布的荷载。
桁架沿水平■投影面积分布
的自重（包括支撑）按经验公式（PW=0.12+0.011*跨度）计算，跨度单位为m
标准永久荷载：
预应力混凝土大型屋面板1.0041.40=1.406kN/m2
改性沥宵防水层1.0040.40=0.402kN/m2
20厚1:
2.5水泥砂浆找平■层
1.004
0.40=0.402kN/m2
80厚加气混凝土保温层
1.005
0.48=0.482kN/m2
屋架和支撑自重为
0.12+0.011
30=0.450kN/m2
标准可变何载：
共
3.242kN/m2
2
0.70kN/m
屋面活荷载
3.荷载组合
考虑三种组合：
（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久效应控制）
全跨节点荷载设计值：
F=（1.353.2421.40.7）1.56=45.56KN
（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载设计值：
对结构不利时：
F1.1=1.35x3.242'1.5x6=39.39kN（按永久荷载为主的组合）
F1.2=1.2」3.242W.5x6=35.01kN（按可变荷载为主的组合）
对结构有利时：
F13=1.03.2471.56=29.18kN.'
半跨节点可变荷载设计值：
F2.1=1.4x（0.7x0.7）K1.5x6=6.17kN（按永久荷载为主的组合）
F2.2=1.4x0.7x1.5x6=8.82kN（按可变荷载为主的组合）
（3）全跨桁架包括支撑+半跨屋面自重+半跨屋面基本雪压（按可变荷载为主的组
合）
全跨节点桁架自重设计值：
对结构不利时：
F31=1.20.451.56=4.86kN3.1
对结构有利时:
F3.2=1.0X0.45乂1.5乂6=4.05kN
半跨节点屋面板自重及雪压设计值：
F4=（1.21.401.40.7）1.56=23.94kN
⑴、
（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。
计算详图如图
（a）
图三桁架计算简图
桁架杆件内内力表
杆件名称
内力系数（F=1）
第一种
组合
FX①
第二种组合
第三种组合
计算杆件
内力/kN
全跨①
左半跨
②
右半跨
③
F1,iX
①+F2,i
X②
FuX
①+F2,i
X③
F3,iX
①+F4
X②
F3,iX
①+F4
X③
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0
上BGCD
-11.67
-8.76
-3.23
-531.69
-531.69
弦DE、EF
-18.95
-13.64
5.91
-863.36
-863.36
FGGH
-22.57
-15.33
-8.04
-1028.29
-1028.29
HI
-23.53
-14.72
-9.79
-1072.03
-1072.03
IJ、JK
-24.03
-15.22
-9.79
-1094.81
-1094.81
ab
6.76
5.16
1.78
307.98
307.98
下bc
16.05
11.80
4.72
731.24
731.24
弦cd
21.16
14.81
7.05
964.05
964.05
de
23.26
15.23
8.95
1059.73
1059.73
ef
22.40
12.32
11.20
1020.54
1020.54
aB
-11.66
-8.90
-3.07
-531.23
-531.23
Bb
8.88
6.51
2.63
404.57
404.57
bD
-7.77
-5.37
-2.66
-354.00
-354.00
Dc
5.54
3.49
2.28
252.40
252.40
cF
-4.39
-2.33
-2.28
-200.00
-200.00
Fd
2.77
0.96
2.00
126.20
126.20
斜dH
-1.62
0.17
-2.00
-73.81
-62.76
-76.15
2.49
-55.75
-76.15
腹
2.49
杆He
0.39
-1.23
1.79
17.77
0.53
26.40
-27.87
44.75
-27.87
44.75
Eg
1.56
3.50
-2.16
71.07
85.49
48.12
91.37
-45.39
-45.39
85.49
gK
gI
2.29
0.67
4.24
0.67
-2.16
0
104.33
30.53
116.36
30.53
76.87
112.64
-42.44
-42.44
116.36
30.53
竖
Aa
-0.5
-0.5
0
-22.78
-22.78
杆
Cb、Ec
-1
-1
0
-45.56
-45.56
Gd、Jg
-1
-1
0
-45.56
-45.56
Ie
-1.5
-1.5
0
-68.34
-68.34
Kf
0
0
0
0
0
五.杆件设计
（1）上弦杆
整个上弦杆采用等截面,按HI、IJ杆件的最大内力设计。
N=-1094.81kN上弦杆计算长度：
在桁架平■面内，为节间轴线长度：
lox=150.6cm
在桁架平■面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：
l0y=3150.6=451.8cm
因为l°y=3l°x,故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
乂腹杆最大内力为
N=531.23kN，查表得，节点板厚度选用12mm支座节点板厚度选用14mm
设乳=60，查附录得中=0.807。
WJ
req
1094810
0.807215
2
=6310.0mm
ix
l0x
150.6
=2.51cm,iv
60y
l°y451.8
——==7.53cm
60
根据需要的A、i”iy查角钢规格表，选用2L180^110X12
ELlSOxllOxlO
A=6742mm2,ix=3.11cm
iy=8.76cm,灯/t=180/12=15
按所选的角钢进行验算:
'x
0x
150.6
3.11
=48.42
=14.06
l0，0.56451.8
b1/t=15:
:
:
0.560y.=
1b18
/.2_\/22*
Ayz=3.7也1+0y4=3.7x180、1+4518X124=58.45〈原］=150
tI52.7b1.12I52.7^180y
截面x和y平面皆届丁b类，由丁知zAb，查表得气=8162
1094810
0.8166742
=199N/mm2：
：
215N/mm2
所选截面合适。
（2）下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值计算:
N=1059.73kN
l°x=300cml0y=1485cm
N
Areq-f
10597302
=4929mm
215
选用2』180勺10尺10,因l0y》〉l0x,故用不等肢角钢，短肢相并
A=5674mm25818.9mm2ix=3.13cmiy=8.71cm
10y1485
0y170.•-350
yiy8.71
由后面支座节点设计可知，下弦有2©21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积:
..一―一2
An=5674-221.512=5158mm
N105973022
—==205.5N/mm：
215N/mm
An5158
⑶端斜杆aB
杆件轴力：
N=-531.23kN计算长度l0x=l0y=248.5cm采用不等肢角钢，长肢
相并，使ixEy。
选用2L120x80x10,A=3942mm2,
ix=3.98cmiy=3.38cm,b2/t=80/10=8
-^Ll_-5xSOxlO
yz—y
l°x248.5e…
0x62.44
'x
ix3.98
b2/t=8：
：
：
0.48l0y.
2b2
0.482485=14.91
80
4
1+1.09b2
1.09804
22l°yt
3.38
__22
2485^102y
=78.84：
：
：
"I-150
因yzx,、y=0.696
531230
A0.6963942
一-2.2
=193.6N/mm:
:
:
215N/mm
所选截面合适。
⑷腹杆eg-gk
此杆在g处不断开,
采用通长杆件。
最大拉力:
Nk=116.36KN,
另一段Mg=85.49KN
最大压力:
Mg=45.39KN,
另一段Nk=42.44KN
再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距：
10x=223.5cm
在桁架平■面外计算长度:
N2―42.44
l0=l1（0.750.25W）=447（0.750.25）=439.74cm
N145.39
选用2L63^5A=1228.6mm2,
ix=1.94cm,iy=3.04cm,b/t=63/5=12.6
10x
223.5
1.94
=115.2
b1/t
=12.6：
：
：
0.56
l0yb
0.564397.4“，
=36.4
63
lx
4
0.475b1
l0yt2
_439.74
3.04
4
.0.475x6.34
x1+~~2—2
4397.4%52
=146.7：
：
：
LI-150
查表得v=0.320二-=—=—45390—=115.5N/mm2:
：
:
215N/mm2yA0.3201229
N11636022
拉应力；：
.=一==94.7N/mm2:
:
:
215N/mm2
A12286
（5）.竖杆Ie
N=-68.34kNl0x=0.8l=0.8304.1=243.3cml0y=l=304.1cm
150.l°x243.30y304.1
取，=150ixea=~i=1.62cm、2.03cm
qli150㈣li150
选用2L63K5A=1228.6mm2ix=1.94cmiy=3.04cml^/t=63/5=
12.6
l0x=
x
ix
2433=125.4：
LI-150
1.94
yz
.4
1.0.475灯122
l°yt
3041
30.4
工0.475"34
乂1+——2―五
3041乂5）
=103.3'I-150
b¥S0.5、十=28
查表得x=0.409
68340
A0.4091228.6
2.2
=136N/mm:
：
:
215N/mm
⑹.竖杆Aa
N=-22.78kN
l°x-195cm£y=195cm
选用2L56x5
A=1084mm2ix=1.72cmiy=2.77cmb1/t=56/5=11.2
圣=您=113.4II150ix1.72
yzy
0.475b；
122
l0yt
195
2.77
/___4、
<匚0.475玮6
x1+
1_22
I1950乂5
=73."1-150
查表得x=0.473
2278022
=44.4N/mm:
:
215N/mm0.4761084
⑺.腹杆Cb
N=-45.56kNl0x=177.8cml0y=222.3cm
选用2L50X5,A=960.6mmlix=1.53cmiy=2.53cmb/t=50/5=10
El50xb
_l0x
ix
1778=116.2：
L1-150
1.53
b1/t=10:
:
:
0.56’°
0.56222.3clc=25.8
5
■,-"yz=
查表得x=
（8）.腹杆bDN=-354kN
选用2L100
0.457
.4
0.475b1
22
l°yt
l0x
222.3
2.53
45560
0.475X504'
X1+22
I222.3x5,
=89.98：
：
：
L.1-150
22
103.8N/mm:
:
215N/mm
A0.457960.6
=223.7cml0y=279.6cm
A=2759.2mm2ix=3.09cmiy=4.53cmb1/t=1007
=14.3
^2L100x7
l0x
竺7=72.4：
：
IJ-150
ix3.09
yz
查表得x
b1/t=14.3：
：
：
0.56l0yb
=Ay1+
=0.736
056空=25.8
10
_4、
0.475b1
22
l°yt
0.475x1004'
4.53
22
2796272
354000
0.7362759.2
，一-•・,22
=174.3N/mm:
:
:
215N/mm
（9）.腹杆cE
N=-45.56kN
选用2L56x5
b1/t=11.2：
：
0.56*
l0x=199.6cm
l0y=249.5cm
0.562495Mc
=25.8
56
yz
0.475b：
l2yt2
-__一4、
0.475乂56
2.77
2495252
=92.8：
"L150
查表得x
=0.458
—45560—=91.7N/mm2：
：
215N/mm20.4581084
（10）.腹杆cF
N=-200kNlOx=1242.3cml0y=302.9cm
l0x
242.3,i
86.81-150
ix2.79
yz
查表得x
b1/t=11.2：
：
0.56l0
=Zy1+
=0.643
0.475b1
22
l°yt
302.9
4.13
0.563029
=19.5
90
0.475904
2_2
3029X6J
=80.3：
L1-150
200000
0.6432127.4
_2.2
二146.2N/mm:
:
215N/mm
（11）.腹杆dG
N=-45.56kN
l0x
=221.4cml0y=276.8cm
选用2L63乂5,A=1228.6mm2ix=1.94cmiy=3.04cmb1/t=63/5=12.6
yz
b1/t
=Ay1+
.4
0.475b
22
l0yt
查表得x=0.47
N45560
A一0.471228.6
业=221.4=114：
：
|，|-150ix1.94
=12.6■0.56
0.562768
63
=24.6
0.475邓34'
3.04
22
2768x52y
=94.6.1-150
—・，2
=78.9N/mm
…2
:
:
215N/mm
（12）.腹杆Jg
N=-45.56kNl0x=121.6cml0y=152cm
选用2L50x5,A=960.6mm2ix=1.53cmiy=2.53cm0/t=50/5=10
W=12!
^=79.5—J-150ix1.53
b〔/t=10：
0.56l0y=0-56152-17.0
b5
yzy
4
0.475b1
I2t2
l0yt
152
2.53
-4
寸』『0.475〃50
122
I1520邓）
=63.2I-150
查表得x=0.691
N4556022
68.6N/mm:
:
215N/mm
A0.691960.6
（13）腹杆Bb
选2L100x6
12
2L100x6
N=404.57kN原=205.6cml0y=257cm
A=2386mm2,ix=3.10cm,iy=4.51cm
loy
A2386
（14）腹杆Dc
257.i
——=57.0：
：
LI-350
ly4.51
2056=66.3.1-350
ix3.10
N40457022
169.6N/mm:
:
215N/mm
N=252.4kNl0x=223.7cml0y=279.6cm
选2L80x5
A=1582.4mm2,lx=2.48cm,iy=3.71cm
12
°!
=^Z96=75.4：
：
II-350
ly3.71
2L80x^
0x
223.7
2.48
=72.4：
：
：
II-350
选2L50k5
A=960.6mm2,ix=1.53cm,iy=2.53cm
l0y'0y=7~iy
N25240022
c-=一==159.5N/mm:
:
:
215N/mm
A1582.4
（15）腹杆Fd
N=126.2kNl°x=244.8cm箱=306cm
壑=120.9：
：
LI-350
2.53
0x
芸=160.°n=350
N=126200
A一960.6
22
=131.4N/mm:
:
215N/mm
（16）腹杆gI
N=30.53kNl°x=163.3cml0y=204.1cm
选2L50x5,A=960.6mm2,ix=1.53cm,iy=2.53cm
A
X
J
■■
J
>
^c2L50x5
!
oy
ly
204.1
80.7：
：
：
。
I-350
2.53
成二!
633=106.7：
：
：
I，|_350
ix1.53
N3053022
二-=一==68.6N/mm2<215N/mm2
A960.6
其余各杆的截面选择计算结果见下表：
杆件节选择表
杆件
计算内力
/KN
截面规
格
截面面
积/cm2
计算长度/cm
回转半径/cm
长细比
容
许
长
细
比
稳定系数中
应力
CT
N/mnm
名
称
编
号
!
qx
1Qy
ix
iy
Zx
舄y，
上
弦
IJ
JK
-1094.81
180X
110X12
67.42
150.6
451.8
3.11
8.76
48.42
58.45
150
0.816
199
下
弦
de
1059.73
180X
110X10
56.74
300
1485
3.13
8.71
95.8
169.5
350
205.5
腹
杆
Aa
-22.78
56X5
10.84
195
195
1.72
2.77
113.4
73.9
150
0.473
44.4
aB
-531.23
125X80
X10
39.42
248.5
248.5
3.98
3.38
62.44
78.84
150
0.696
193.6
Bb
404.57
100X6
23.86
205.6
257
3.10
4.51
66.3
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