梯形钢屋架课程设计一、设计资料(1)题号72，屋面坡度1: 10,跨度30m，长度102m,,地点：哈尔滨，基本2 2雪压：kN/m，基本风压：m。
该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.5m。
采用1.5m x 6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。
屋面活荷载标准值，血荷载标准值为2 2kN/m，积灰荷载标准值为kN/m。
屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm x 400mm。
混凝土采用C20,,钢筋采用Q235B级，焊条采用E43 型。
(2)屋架计算跨度：l0=30m-2X 0.15m=29.7m。
(3)跨中及端部高度：采用无檩无盖方案。
平坡梯形屋架，取屋架在30m轴线处的端部高度h。
2.°05m。
屋架跨中起拱按l0 /500考虑，取60mm。
二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如下图：ism 5根据厂房长度（102>60）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。
因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间的支撑规则有所不同。
梯形钢屋架支撑布置如下图：* 7垂直支擢IT垂直支撑27三、荷载计算1、荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载kN/m 2进行计算。
屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式g k（0.12 0.11l）kN/m2计算，跨度单位为米（m）。
荷载计算表如下：（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：F (4.361 1.82) 1.5 6 55.629kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F, 4.361 1.5 6 39.249kN半跨节点可变荷载：F2 1.82 1.5 6 16.38kN（3）全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：F3 0.608 1.5 6 5.47kN半跨接点屋面板自重及活荷载：F4（1.89 0.7） 1.5 6 23.31kN （1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。
四、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下：由数解法解得F=1时的屋架各杆件的内力系数(F=1作用于全跨左半跨和右半跨).然后进行组合,如下表：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)杆件名称全跨①左半跨②右半跨③F1X①+F2X ②F1X①+ F2X③F3X①+ F4X②F3X①+ F4X③五、杆件设计(1)上弦杆整个上弦采用等截面，按IJ、JK杆件的最大设计内力设计，即N=上弦杆计算长度：屋架平面内：为节间轴线长度，即l ox 10 1.508m屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取l0y为支撑点间的距离，即l0y=3X =4.524m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图:1508x14mm 。
十字形截面均属b 类），则需要的截面积为：需要的回转半径:验算:腹杆最大内力N=，查表得中间节点板厚度选用 12mm ，支座节点板厚度选用设入=60，查Q235钢的稳定系数表，得0.807 （由双角钢组成的T 形和3N 1247.76 100.807 21527191.49mmi xlox 1.508m6025.1mmi yloy 4.5246075.4mm根据需要A 、i x 、i y 查角钢表，选用 2L 180X 110X 14，肢背间距 a=12mm ，则:2A=7800mm ， i x =30.8mm ， i y =88.0mm1508x由于[]=150,所以满足细长比要求[oxi 30.848.96i y452488.051.41因为y，只需求y ，查表得y =,则故所选截面符合要求。
(2)下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算N=选用2L 180X 110X12,因％ l ox ,故用不等肢角钢，短肢相并,如下图2 2A 67.40cm 57.31cm ,i x 3.10cm,i y 8.75cm故所选截面符合要求 ⑶端斜杆aB 杆件轴力：N= 计算长度：l ox l oy 2535mm1247.76 1030.847 7800MPa 188.87MPa 215MPaox3000m ,l oy29700 214850(因跨中有通长系杆)，所需截面为: 1232180 21525731.07mm 257.31cm0xi x300 3.196.77 350 0yi y1485 8.75169.7 350因为l ox l oy,故采用不等肢角钢，长肢相并，使l ox l oy.选用2L 140 X 90 X 10,则ox2A=44.6cm , i x 4.47cm , i y 3.73cm因为l ox 253.5x匸^47l oy 253.5y 77 3.73y，只需要求56.7167.96查表得，则629.72 1030.764 4460184.81MPa 215MPa所以所选截面符合要求。
(4)腹杆eg eK此杆可在g点处不断开, 米用通杆。
最大拉力: N gK 157.628kN, N eg 117.5756kN最大压力: N eg 45.0798kN, N gK44.14kN在桁架平面内的计算长度取节点中心间距l°x 2306mm ,在桁架平面外的计算长度:l oy h(0.75 0.25 吐)460 (0.75N1 0.2541 14)449.95cm45.08选用2L63X 5,查表有:212.26cm ,i x l0x 230.6 i x 1.94ley 449.95 i y 3.04 1.94cm, i y 3.04cm 118.87 150 148.0 150因y> x，只需求查表得y=，则N 45.08 103118.4MPa 215MPa y A 0.31 12283N 157.628 103拉应力：128.36MPa 215MPaA 1228符合要求 (5)竖杆leN 83.4435kNl 0x 0.8l 0.8 319 255.2cm, l 0y 319cm查型钢表，选截面的i x 和i y 较上述计算的i x 和i y 略大。
选用2L63X5,其几 何特征为A12.26cm 2,i x 1.94cm,i y 3.04cml °x 255.2131.5 150xi x 1.94yl °y 319i y 3.04104.97 150因y > x ，只需求y ，查表得 y =， 则N83.44 103178.8MPa 215MPay A 0.38 1228符合要求。
其余各杆见下表:由于杆件内力较小，按[]150选择，则需要的回转半径为 l °x门225.2 1501.70cml0y 门3191502.13cmIJ 、JK14852L180X110X 142L180X110X12 de 300Aa1991992L63X52L140X90aBX102L100X6内力(kN)截面规格编亏积杆件计算长度截面面Bb35 0稳定系数许 长15 0 35 0 15 0 15 0回转半径(cm)长细比Cb 229 2L50X5 bD 2L100X 7 De 2L70X6 Ec 2L50X5 cF 2L90X6Fd 2L50X5 Gd 289 2L50X5dH 2L70X61590606 0 15 0 35 0 15 0 15 0 35 0 15 0 15He 2L63X5le 319 2L63X5 eg 2L63X5 gK 2L63X5Kf 349 349 2L63X5gi 2L50X5 Jg 2L50X50 15 0 15 0 15 0 15 0 20 0 35 0 15六、节点设计⑴下弦节点b用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f f 160MPa。
设“ Bb”杆的肢背和肢尖焊缝h f 8mm和6mm，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）肢背：丨2 N 2 503.44 310 187.29mm,考虑 2 hf 16,取丨210mm3 2h e f f 3 2 0.7 8 160肢尖：丨1 N 2 503.44 310 124.86mm,考虑 2 hf 12,取丨150mm3 2h e f f 3 2 0.7 6 160设“ bD”杆的肢背和肢尖焊缝h f 8mm和6mm，贝U所需的焊缝长度为肢背：丨2 N 2 420.555 103156.45mm,考虑 2 h f 16,取丨180mm 3 2h e f f 3 2 0.7 8 160肢尖：丨 1 N 2 420.555 103104.3mm,考虑 2 h f 12,取丨120mm3 2h e f f 3 2 0.7 6 160“Cb”杆的内力很小（），按构造确定焊缝，取h f==5mm。
按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：329mm x 458mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为45.8cm，h f =6mm。
焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N 844.45 344.89 499.56kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为0.75 499.56 1032 0.7 6 (458 12)焊缝强度满足要求。
节点图如下:100.0MPa 160MPa(2) 上弦节点“ B ”设“ aB ”杆的肢背和肢尖焊缝h f 10mm 和6mm ，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)3肢背：丨0.65 N 0.65 629.72 10182.7mm,考虑2 h f20,取I 210mm2h e f f2 0.7 10 16030.35 N 0.35 629.72 10肢尖：I163.99mm,考虑 2 h f 12,取丨 180mm2h e f f2 0.7 6 160为了在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm 。
用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。
槽焊逢作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计 值乘以的折减系数。
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 h f节点板厚度12 6mm, h f 10mm2 2上弦与节点板间焊缝长度为460mm ，则I 12P 2 1255629 2曲佩 N 2)]2 (-—-)2 $0.75 628150)2(T-777；)2-----------2 1.22— ------------2 1.22125.3MPa2 0.7h f l2 0.7 6 (460 12)0.8 f f128MPa上弦肢间角焊缝的切应力为<160MPa设拼接角钢与收压弦杆之间的角焊缝h f 10m m ,则所需焊缝计算长度为(一条焊缝). 1247758.5 “c “ l278.52mm4 0.7 10 160拼接角钢的长度 l s 2(l 2h f )+弦杆杆端空隙，拼接角钢角度取 620mm 0 上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“ B ”处槽焊缝验算方法类似，此处演算略。