课程设计任务书课程名称：钢结构设计原理设计题目：某梯形钢屋架设计专业层次：土木工程（本科）班级：姓名：学号：指导老师：2 0 14年1 2 月目录1、设计资料 (1)1.1结构形式 (1)1.2屋架形式及选材 (2)1.3荷载标准值（水平投影面计） (2)2、支撑布置 (2)2.1桁架形式及几何尺寸布置 (2)2.2桁架支撑布置如图 (4)3、荷载计算 (5)4、内力计算 (6)5、杆件设计 (8)5.1上弦杆 (8)5.2下弦杆 (9)5.3端斜杆A B (10)5.4腹杆 (10)5.5竖杆 (15)5.6其余各杆件的截面 (17)6、节点设计 (18)6.1下弦节点“C” (18)6.2上弦节点“B” (19)6.3屋脊节点“H” (20)6.4支座节点“A” (22)6.5下弦中央节点“H” (24)参考文献 (25)图纸 (25)1、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为18m，总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为10i。
地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7:1度，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、屋架形式及选材屋架跨度为18m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。
屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用Q345钢，焊条为E50型。
1.3、荷载标准值（水平投影面计）①静荷载：预应力混凝土大型屋面板（包括嵌缝） 1400N/m2二毡三油加绿豆沙防水层 400N/m2水泥砂浆找平层2cm厚 400N/m2保温层 1000N/m2支撑自重 70N/m2②活荷载：屋面活荷载标准值： 700N/m2雪荷载标准值： 400N/m22、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图2.1、2.2、2.3所示199013502290259028903402613286431242530286431243391507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5150A a c e g hB C D F G H15007=10500× 图2.1 18米跨屋架几何尺寸A a +4.1000.000-7.472-11.262-12.18-12.18-7.684-4.409-1.572+.713+5.808+2.792+.328-1.0-1.0-1.0-0.5+9.744+11.962+11.768c e g hB C D E F GH0.51.01.01.01.01.01.01.0图2.2 18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值A a c e g g 'e 'c 'a '+3.0100.000-5.310-7.339-6.861-5.319-3.923-2.1620.0-5.641-2.633-0.047+1.913+1.367+1.570+1.848+3.960+1.222-1.039-1.20-1.525-1.776-2.43-1.0-1.0-1.00.000.000.00-0.5+6.663+7.326+5.884+4.636+3.081+1.090B C D E F GH G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.0图2.3 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.2桁架支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。
其中考虑到厂房内有桥式吊车2台150/30t(中级工作制 )，锻锤为2台5t ，布置下弦纵向水平支撑。
×桁架下弦支撑布置图垂直支撑桁架及桁架上弦支撑布置垂直支撑图桁架支撑布置图符号说明：SC 上——上弦支撑；XC ——下弦支撑；CC ——垂直支撑;GG ——刚性系杆；LG ——柔性系杆3、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。
沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以005/12=+cos=α换算为沿水平投影面1010.1/1分布的荷载。
标准永久荷载值：预应力混凝土大型屋面板： 1.005×1.4=1.407 kN/m2二毡三油加绿豆沙防水层： 1.005×0.4=0.402 kN/m2水泥砂浆找平层2cm厚： 1.005×0.4=0.402 kN/m2保温层： 1.005×1 =1.005 kN/m2屋架及支撑自重： 0.12+0.011×21=0.351kN/m2共 3.567 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载标准值（大于雪荷载）：0.7 kN/m2雪荷载标准值： 0.4 kN/m2共 1.1 kN/m2 设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1、全跨静荷载+全跨活荷载(按活荷载为主控制的组合)全跨节点活荷载设计值：F=（1.35×3.567 +1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×0.4）×1.5×6=54.05kN其中屋面活荷载分享系数为1.4 组合系数为0.7；机会荷载为1.4；3.2、全跨静荷载+半跨活荷载全跨节点静荷载设计值：对结构不利时：F=1.35×3.567×1.5×6=44.34 kN(按静荷载为主的组合)1.1=1.2×3.567×1.5×6=38.52 kN/(按活荷载为主的组合)F1.2对结构有利时：F=1.0×3.567×1.5×6=32.10 kN1.3半跨节点活荷载设计值：=1.4×（0.7×0.7+0.9×0.4）×1.5×6=7.65 KN(按静荷载为主的组合) F2.1F=1.4×（0.7+0.9×0.4）×1.5×6=9.54 KN(按活荷载为主的组合)2.23.3、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主控制的组合)全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F 3 .1=1.2×0.351×1.5×6=3.79 kN对结构有利时：F 3 .2=1.0×0.351×1.5×6=3.16 kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F 4=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94 kN图2.1 桁架计算简图(c)(b)(a)3.1、3.2为使用阶段荷载情况，3.3为施工阶段荷载情况。
4、内力计算F=1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已经给出。
求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4.1。
表4.1 桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合计算杆件内力/kN 全跨左半跨荷载第一种组合F×①第二种组合第三种组合左半跨右半跨F1.i×①+F2.i×②F1.i×①+F2.i×③F3.i×①+F4×②F3.i×①+F4×③上弦杆AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC,CD -7.472 -5.310 -2.162 -493.750 -493.750 DE,EF -11.262 -7.339 -3.923 -744.193 -744.193 FG，GH -12.180 -6.861 -5.319 -804.854 -804.854下弦杆ac 4.100 3.010 1.090 270.928 270.928 ce 9.744 3.663 3.081 643.884 643.884 eg 11.962 7.326 4.636 790.449 790.449 gh 11.768 5.884 5.884 777.629 777.629斜腹杆aB -7.684 -5.641 -1.748 -507.759 -507.759 Bc 5.808 3.960 1.581 383.793 383.793cD -4.409 -2.633 -1.520 -291.347 -291.347 De 2.792 1.222 1.344 184.495 184.495eF -1.572 -0.047 -1.505 -102.556 -102.556 Fg 0.328 -1.039 1.367 21.674 -7.53（F1.1,F2.1）43.41（F1.1,F2.2）-25.13（F3.2,F4）34.17（F3.1,F4）43.41,-25.13 gH 0.713 1.913 -1.200 47.115 77.269（F1.2,F2.2） 3.516（F1.2,F2.1）48.499（F3.1,F4）-26.48（F3.2,F4）77.269,-26.48竖杆Aa -0.500 -0.500 0.000 -33.04 -33.04Cc -1.000 -1.000 0.000 -66.08 -66.08Ee -1.000 -1.000 0.000 -66.08 -66.08Gg -1.000 -1.000 0.000 -66.08 -66.08Hh 0 0 0 0 075、杆件设计5.1上弦杆整个上弦架采用等截面，按FG 、GH 杆件之最大设计内力设计。
（受压）N N -876960-876.96==上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：cm l ox 75.150=在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：cm cm l oy 25.45275.1503=⨯=因为ox oy l l 3=，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）腹杆最大内力N=553.248kN ，查表9.6.4，节点版厚度选用10mm ，支座节点板厚度用12mm 。
设λ=60查附录4得807.0=ϕ。
需要截面积： 2238.5054/215807.0876960mm mm N N f N A =⨯==ϕ 需要的回转半径：2.51cm 6075.150===λoxx l i ，cm 54.76025.452===λoy y l i 根据需要的A ，ix ，iy查角钢规格表（附录8），选用101001602⨯⨯L ，263.50cm A =，cm i x 97.4=，cm i y 70.7=，1610/160/1==cm cm t b ，按所选角钢进行验算： 33.304.9775.150===x x x i l λ 83.15m 160/m 5.452256.0/56.016/11=⨯=>=m m b l t b oy150][71.62)1607.52105.45221(101607.3)7.521(7.342241221=<=⨯⨯+⨯⨯=+=∴λλb t l t b oy yz 满足长细比[]150=<λ的要求。