钢结构课程设计梯形钢屋架计算书所在学院 _________ 建筑工程学院 _________所属专业 ___________ 土木工程___________班级学号土木10-3 1015020324学生姓名 ____________ 郑春旭____________指导教师 _________ 黄雪芳王晓东 _________设计时间 __________ 2013.11.26 _________-、设计资料1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。
采用1.5m X 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。
屋面活荷载标准值为0. 5kN/m2，雪荷载标准值0. 5kN/ m2，积灰荷载标准值为0. 6kN/ m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm X 400mm,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=27m—2X 0. 15m=26. 7m3、跨中及端部高度：端部高度：h' =1900mm （端部轴线处），h=1915mm （端部计算处）。
屋架中间高度h=3025mm。
二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图一所示：图一屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置如图二所示图二-2 屋架下弦支撑分布图图二-3 屋架垂直支撑符号说明：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）。
三、荷载与内力计算1、荷载计算荷载与雪荷载不同时考虑，故计算时取两者较大的荷载标准值计算。
由资料可知屋面活荷载等于雪荷载，所以取0.5 kN/川计算。
标准永久荷载：防水层、找平层、保温层 1.30kN/ m2预应力混凝土大型屋面板 1. 40kN/ m2钢屋架和支撑自重0. 12+0. 011 X 27=0. 42kN/ m总计:3. 12kN/ m'标准可变荷载：屋面活荷载0. 50 kN/ m2积灰荷载0. 60kN/卅总计：l.lkN/ m2、荷载组合设计桁架时，应考虑以下三种组合：①全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）: 全跨节点荷载设计值：F=（1. 35X 3. 12+1.4X 0. 7X 0. 5+1.4X 0. 9X 0. 6）X 1.5X 6 = 49. 122kN 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=1.35X 3. 12X 1.5X 6=37. 908 kN （按永久荷载为主的组合）F1. 2=1.2X 3. 12X 1. 5X 6=33. 696kN （按可变荷载为主的组合）对结构有利时：F1. 3=1.0X 3. 12X 1. 5X 6=28. 080kN半跨节点可变荷载设计值：F2. 1= 1. 4X （0. 7X 0.5+0. 9X 0.6）X 1.5X 6= 11. 214kN （按永久荷载为主的组合）F2. 2=1.4X（0. 7+0. 9X 0. 6）X 1.5X 6= 17. 325kN （按可变荷载为主的组合）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（按可变荷载为主的组合）:全跨节点屋架自重设计值：对结构不利时：F3.仁1. 2X 0.45X 1.5X 6=4. 86kN对结构有利时：F3. 2=1. 0X 0.45X 1.5X 6=4. 05kN 半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2X 1.4+1.4X 0. 5）X 1.5X 6= 21.42kN其中①②为使用阶段荷载情况，③施工阶段荷载情况。
计算详图见图三。
图三桁架计算简图3、内力计算本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表四、杆件截面设计 1、上弦杆： 整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力 J 、JK 计算，根据表得： N= -1139. 63KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即： G=1355mm,本屋 架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用， 根据支撑布 置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度 l °y 为支撑点间的距离，即： l °y =3l ox =4065mm 。
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不 等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 图四 上弦杆 腹杆最大内力N=-574.7KN ，查表可知，中间节点板厚度取12mm ,支座节点板 厚度取14mm 。
设-=60，根据《规范》由双边角钢组成的 T 行和十字形截面均 属于b 类，查Q235钢轴心受力稳定系数表， =0. 807， N 1139 63<1032 则需要截面积：A = N J 39'63 10 = 6568.3mm 2 0.807 715 需要回转半径 135.5cm 60 =2.26cm l oy 406.5 iy : 九 60 =6.78cm 根据A 、i x 、i y 查角钢规格表，初选用2L 180X 110X12，肢背间距a=12mm ， 该截面特性如下： 2 A =67. 42cm ， i x =3. 10cm ， i y =8. 75cm 。
d/t =180/12 =15 按所选角钢进行验算： X 二咗二！355 =43.71 v[ - ]=150i x 3.10 ••• b/t =180/12 =15 > 0.56l oy /b^0.56 4065/180 = 12.65 b l 2t 2 "3冲(1锐180 丄40652><122\-3.7 (14)1252.7 "80457.89V I 1-150截面在x 和y 平面皆属b 类，由于'y^ ' X，只需求出\，查轴心受压杆稳定系数表得\ = 0.819,则有:2L 160 100 12,采用短肢相并，如图五所示:图五 下弦杆2 2该截面特性如下：A= 6011 mm >5118 60mm ， i x =28. 2mm , i y =78. 2mm 。
长细比计算：-二噬300=106.38 ：：： L l_350i x 2.82+霧=170.U 。
A 6011满足要求3、端斜杆aB :已知杆件轴力N = - 574. 70kN ，l °x=l °y = 2390mm 。
因为h = l °y ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i x - i y ，选用角钢2 L 125 80 10，如图六所示:N 1139630 -% A 一 0.819 疋6740 所需截面合适。
= 206.45 v 215N mm 22、下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，根据表得杆de 内力最大N=1100. 50KN 。
计算长度又有:l ox =2700mm, l o y =2670C/2=13350mm 。
需要截面面积A =N1100500215=5118.60mm 2 =51.19cm 2，选用 1100500= 183.08MPa ：： 215MPa图六 端斜杆 则其截面特性如下：2A = 3942mm, i x = 39. 8mm , i y = 33.9mm又因为：b 2/t =80/10 =8 ：： 0.48 2390/80=14.34所以：取入yz = 1=70.50汉 1+ 1.09；90 2 =79.33 £ 匸】=150 l oy t 丿i2390 疋 10 )以「X ，只需求；：y ，查轴心受压杆稳定系数表得yz=0. 692,于是有:2 2= 210.68N/ mm < f =215 N/ mm所需截面合适。
4、腹杆 eg-gK : 此杆在g 节点处不断开，采用通长杆件。
最大拉力： N gK =140.84kN ， N eg =100.52kN ；最大压力：N gK =34.41kN ， N eg=37.96kN ；再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节间中心间距: l ox =2027mm在桁架平面外的计算长度:N O 34 41l oy* (0.750.25 2) =4055 (0.75 0.25)= 3960mmy N 137.96选用2 L 100 10,如图七所示。
1 oxi x2390 39.8 「空70.50 i y 33.9因为:3N _ 574.70 10 y^ 0.692 3942对该截面验算如下: = 60.05,图七 腹杆eg-gK丄 _F” 2查角钢规格表得：A=3852mm, i x =30. 5mm , i y =46. Omm 。
对此截面验算如下：2027鬻f"又因为：b/t =100/10 =10 ：：： 0.58l °y /b =0.58 3960/100 = 22.97 因为：s L x 只需求：yz，查表得：yz=0.630,于是有:压应力：；「二—379600156MPa ：：：215MPa ，满足要求。
®y A 0.630 汉 3852拉应力：；「二 N = 140840 =36.56MPa ::: 215MPa ，满足要求。
A 3852 5. 竖杆le ：该杆件 N = -82.85KN , l 0x = 0.8l = 0.8 2801= 2241mm , l oy = I = 2801mm所以取:yz 4 A° —0.475b=G * 1F~2气丿 /4 \”cc l 丄0.475X1004=86.09逍 1+ -------- 2 -----、= 88.70 J -150由于杆件内力较小,i x 按lox■=[•]= 150选择，需要的回转半径为:2241查型钢表，选用2一 C ■l oy 2801= 14.9mm , i y[]150L 63X 8,如图八所示：= 18.67mm ,[]150图八中竖杆其截面特性为：2A=1902mm, i x =19. Omm, i y =31.0mm对此截面验算如下：因为：b/t=63/8=7. 875<0. 58 l°y / b=0. 58 2801/ 63=25. 78782850—=94.1MPa ^215MPax A 0.463 1902其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表二:1oxlx224119.4 = 115.2 ：：： I 」150 ,1oy益=92.1」丄150所以:*4 >,0.475b1 -- l 212 oyi/4 x=92.1」1+ 0.475倔 因为'x ■ 'yz ，只需求\28012X 82 /,查表得\ =0.463,于是有:= 93.47 J J -150屋架杆件截面选择表表二12五、节点设计1、下弦节点“ b ”:设“ Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝h =8mm 和6mm ，各杆件内力由表1查得， 则所需的焊缝长度为： 3QN “ 0.7 455.48 10 肢冃：l w1w 2h f2 193.92mm ，取 l w = 210mm ； 2 汉0.7h f1 f f2汉 0.7^8x160肢尖：|W 空 w 2h f =0.3 455.48 10 2113.67mm ，取匚=130mm ；2 汇0.7h f2f f2 汉0.7疋 6疋 160 设“ Db ”杆的肢背与肢尖焊缝分别为 8mm 和6mm ，贝U 所需的焊缝长度为： 3K [N u0.7 385.31： 10肢冃：l W1w 2h f 2 8=166.51mm ，取 l w = 180mm ；27.7h f1f f2x0.7x8x160 K 2N “ 0.3 385.31 103肢尖：l W- - 2h f 2 6 = 98.01mm ，取 l w = 110mm ；2 汉0.7h f2f 「2汉 0.7 汉6汉 160竖杆“ Cb ”，因其内力很小，焊缝尺寸可按构造缝确定，取焊脚尺寸 h f =5mm 。