梯形屋架課程設(shè)計說明書

1、梯形屋架課程設(shè)計說明書第一章：設(shè)計資料某單跨單層廠房，跨度 L24m，長度 54m，柱距 6m，廠房內(nèi)無吊車、無振動設(shè)備，屋架鉸接于混凝土柱上，屋面采用太空輕質(zhì)大型屋面板。鋼材采用 Q235BF，焊條采用 E43型，手工焊。柱網(wǎng)布置如圖 2.1 所示，桿件容許長度比：屋架壓桿【】 150屋架拉桿【】 350。第二章：結(jié)構(gòu)形式與布置2.1 柱網(wǎng)布置圖 2.1 柱網(wǎng)布置圖2.2 屋架形式及幾何尺寸由于采用大型屋面板和油氈防水屋面，故選用平坡梯形鋼屋架，未考慮起拱時的上弦坡度 i 1/10 。屋架跨度 l 24m，每端支座縮進(jìn) 0.15m，計算跨度 l 0l 2*0.15m23.7m；端部高度取 H

2、02m，中部高度 H3.2m；起拱按 f l 0/500 ，取 50mm，起拱后的上弦坡度為 1/9.6 。配合大型屋面板尺寸（1.5*6m），采用鋼屋架間距 B6m，上弦節(jié)間尺寸 1.5m。選用屋架的桿件布置和尺寸如施工圖所示。圖 2.2 屋架的桿件尺寸2.3 支撐布置由于房屋較短，僅在房屋兩端 5.5m 開間內(nèi)布置上、下弦橫向水平支撐以及兩端和中央垂直支撐，不設(shè)縱向水平支撐。中間各屋架用系桿聯(lián)系，上下弦各在兩端和中央設(shè) 3 道系桿，其中上弦屋脊處與下弦支座共三道為剛性系桿。所有屋架采用統(tǒng)一規(guī)格，但因支撐孔和支撐連接板的不同分為三個編號：中部6 榀為WJ1a, 設(shè) 6 道系桿的連接板，端部第

3、 2 榀為 WJ1b，需另加橫向水平支撐的的連接螺栓孔和支撐橫桿連接板；端部榀（共兩榀）為 WJ1c。圖 2.3 上弦平面22accbaaaaab11J111111J11WJJJJJJWJJWWWWWWWW111-12-2圖 2.3 下弦平面與剖面第三章：荷載計算及桿件內(nèi)力計算3.1 屋架荷載計算表 3.1 屋架荷載計算表荷載大小組合系數(shù)2分類荷載項目名稱22組合值（ KN/m）（KN/m）（KN/m）1太空輕質(zhì)大型屋面0.851.148板恒2防水層0.101.350.135載3屋架及支撐自重0.150.2034懸掛管道0.050.068和 1.151.553活載屋面活荷載0

4、總荷載2.253.2 屋架桿件內(nèi)力系數(shù)屋架上弦左半跨單位節(jié)點荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)經(jīng)計算如圖所示。屋架上弦左半跨單位節(jié)點荷載、右半跨單位節(jié)點荷載、全跨單位節(jié)點荷載作用下的屋架左半跨桿件的內(nèi)力系數(shù) kL、kR、k（ kLkR）按圖 3.1 所示，并已抄入表3.2 中。圖3.1 屋架內(nèi)力系數(shù)圖3.3 桿件內(nèi)力組合1 組合一全部恒、活荷載全部恒、活荷載： q=2.25KN/m2，桿件組合內(nèi)力N 1=20.25k （KN）2 組合二全跨恒荷載、半跨活荷載（相應(yīng)于全垮恒、活荷載減去半跨2活荷載）活荷載： q=0.7KN/m，桿件組合內(nèi)力 N2= N16.3k L,R （KN）3 組合三全跨屋架和支撐重

5、、半跨屋面板重和活荷載：屋架和支撐重：0.20KN/m2， 活荷載：2.05KN/m2，桿件組合內(nèi)力 N3= 1.8k+18.45 k L,R （KN）桿件內(nèi)力組合見表 3.2 ，其中第二、三組合對個別 kL 、kR正負(fù)號的桿件計算，因為這種情況下第二、三組合的弦桿左右節(jié)間內(nèi)力差 N（設(shè)計弦桿焊縫用）將大于第一組合的 N。表 3.2 屋架桿件內(nèi)力組合表桿件AB上 BD弦DF桿FH組合一 組合二組合三內(nèi)力系數(shù)全垮屋架和支撐重內(nèi)力設(shè)半跨屋面板重和活計值全恒活 全恒半活荷載N1 =20.26.3k L(k N21.8k18.45N3Kk 、k5k)(1)-k (k )(3)+(NRLRLR(1)(2

6、)(2)(3)(4)4)0000-8.72-6.25-176.7-176.739-2.4762626-13.5-9.03-273.8-273.8622-4.4821216-57.65-250-168.85-196.-15.2-9.15-308.3-27.4-308.328.6842627-6.0747-38.27-27.09-112.08-139.4753074449-14.7-7.36-298.1-46.38-251-26.5-135.82-162.-298.1HK21.78-93324-7.3661-46.38251.03-135.82-162.612178933ac4.7393.4899

7、5.96595.9651.250下 ce11.527.999233.36233.3643.5251237.198.3114.629.324296.0758.74126.31172.028296.07弦eg334615.297533.371260.897.730124.05桿704715.138.416306.4253.021253.27.23155.275182.5306.42gk401326.716342.311264.8123.91151.13-6.531148-8.87-179.6-179.6aB22-2.3458580Bc6.7794.667137.272.1125-5.42-3.39

8、-109.8cD54-2.02369De3.6831.89274.5811.791斜-2.48-0.69-50.34桿 eF76-1.7829-0.45-2.873Fg1.101622.2959.8091.557gH0.0381.5600.76959.828-1.522-9.589Hk-1.09-2.47-22.19-15.584661.37848.681Aa-0.5-0.5-10.1205豎-1.0CcGgEe -1.0-20.250桿1.9660.98339.812Kk0.983支座反力 R86.025162.001.975137.275-109.83674.581-50.34225.1-

9、8.413-6.43-6.431681.982112.428.72730.7030.708868-9.028.782280.828.850590.06850-28.0110.3-28.081-28.058133-6.6-1.97-45.645-47.6-47.6108188-30.325.42423.4523.4518751-10.125-20.2539.812162.00第四章：屋架桿件截面選型由表 3.2 知，腹桿最大內(nèi)力 N-179.658 KN，查得采用節(jié)點板厚 t 8mm，但支座節(jié)點板加厚為 12mm。4.1桿件截面選型上弦桿 AK為受壓桿，先假設(shè)max90，b類截面0.714，2，

10、f215N/mm22AN/ f 308347N/0.714*215N/ mm2008.644mm，i xl 0 x / max =1508/90=16.75mm,i yl0 y /max =3016/90=33.51mm查課本上冊附表四，選用 L100*80*6，短肢相并雙角鋼。各桿件選型均按此法，計算數(shù)據(jù)如表 4.1 、4.2 ，選型見表 4.3 。表 4.1 受拉桿件截面選型及強(qiáng)度驗算表應(yīng)力桿桿所需截截面截面內(nèi)力l 0x l 0yi xi yi xi yxxmax類號面積選型積215* A滿足要求壓109109a -179-1694.25 25 23.023.L75*233473.0.4

11、867. -207.桿1760.91.91B .65888739 39 820826.1.638293 680 056等33肢118118c-109-1036.22 28 20.826.L63*19 2899.0.4 548. -200.1228.45.45D .83618998 73 911185.4.94124791609644129108 129e-50.-474.925 31 22.728.L63*19 280.3 481. -104.17F3422506 32 824735.4.992376579545112117 117H -47.-449.221 33 19

12、.830.L63*19 280.4 556. -85.611k6182679 99 099005.4.95328400022117117A-10.-95.5120 20 18.318.L56*17 2676.0.4 490. -20.61082.15.15a125915 15 183185.2.2908531465711106106C -20.-191.018 23 16.720.L56*17 2687.0.5 552. -36.61082.97.97c2503840 00 279095.2.2786119022577120120E-20.-191.020 26 18.9

13、23.L56*17 2699.0.4 467. -43.31082.93.93e2503880 00 096365.2.2237324242300134110 134G -20.-191.023 29 21.026.L56*17 260.3 394. -51.2108g2503820 00 913645.2.26593075474表 4.2 受壓桿件截面選型及強(qiáng)度驗算表桿 桿所需截 截面選 截面內(nèi)力ix iy類號面積型積應(yīng)力215xx滿足要求B 137.638.4813 21.152.121.L45*4698196.669c2758.86029389D 74.5346.88

14、13 21.166.133.L45*4698106.850拉 e818.86522009桿 F 30.7142.8213 21.181.145.L45*469843.994等 g088.86594000肢 g 28.8134.1813 21.197.157.L45*469841.332H506.86029361K 39.8185.1713 21.208.133.L45*469857.037k122.86696333表 4.3 屋架桿件截面選型表回 轉(zhuǎn) 半內(nèi)力設(shè)幾何計算長截面形徑長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng) 力計 值長 度度（ mm）式 及 規(guī)A桿件mm設(shè) 計（KN） l (mm格值l 0xl 0yi xi

15、 yxyxy-308.3150301L100*80210.78186.4AK150865.42弦4786*6001307桿306.42300118L90*56*14412.5ak3000265.130505297680-179.6253253L90*56*196-207.aB253923.40.49958997672405137.2720926196.6Bc2622L45*469821.6582868969-109.822928712.4-200.cD2873L63*599.413

16、683849454470922928733.0106.8De74.581 2873L45*469883865220950斜-50.342503131208.30.3-104.eF3132L63*5桿2628491757492579-6.43125031345.043.99Fg3132L45*469830.70862865940428.85027133957.341.33gH-28.013399L45*469836986029612-47.612713391217.60.45Hk83

17、399L63*5-85.623.4519984932123-10.12201201108.4-20.6Aa2015L56*576.91豎555222151535780.5-36.6Cc-20.252300L56*50022297761125Ee-20.252600208260L56*51089.230.4-43.30022293073223Gg-20.252900232290L56*510810.60.3-51.200222884876575Kk39.812 32002880L45

18、*469833.357.038669637注： 1節(jié)點板 t 8mm，（腹桿最大內(nèi)力Nmax-179.658 KN）；22f 215N/mm；壓桿【】 150，拉桿【】 350；第五章：屋架桿件焊縫計算5.1 腹桿焊縫計算表 5.1腹桿焊縫計算表需要焊縫（2）雙角鋼焊縫計算公mm采用焊縫（ mm）內(nèi)力設(shè) hl=hl hlw2式f1w1f2w2f2計算時 l w 按表桿件計值 N/320=w2（ f f =160N/mm）值 10mmN(KN)( N/344.6 N/746.7)(N/640)hf1 - l w1 h f2 - l w2-179.66 aB561.43124

19、0.603550斜58105桿137.27Bc428.984 183.842 680 5 805cD-109.3343.238147.095580 58036其112580 580他豎桿112580 5805.2 下弦桿焊縫計算表 5.2下弦桿焊縫計算表2 采用焊縫（ mm）N 組合和說需要焊縫（ mm）計算時 l w按表值明節(jié) NNN10mm“”表示 hf l w12hl=f12w1hf2 l w2=500mm，用角點 (KN)(KN)(KN)N/298.N/896 hf1 - l w1 hf2 - l w2焊縫 5 1007或 695a095.96595.965321.27107.104

20、5110 51106第一組合c95.965233.36137.39459.98153.344 5110 5110第一組合160e233.36296.0762.714209.9569.993 5 110 5110第一組合156g124.04151.1427.10190.7330.247 5 110 511078第三組合k306.42306.4245.96153.8651.295 5 95 595每側(cè)焊縫按3370.15 Nmax（第三組合 N）5.3 上弦桿角鋼尖焊縫計算表 5.3 上弦桿角鋼尖焊縫計算表需要焊縫2采 用 焊N組合和說明（mm）節(jié)NNN采用焊縫 hf2 （mm）h “ ” 表示

21、hf l w縫12f2點(KN) (KN) (KN)lw-1=N1 24( e )2（mm）2=l224lwl w500mm，l0用角焊縫 5 100或 695-176 176.B02452355.656第一組合.762762-176 -273 97.0D2352253.345第一組合.762.82159-273 -308 34.5F2202101.335第一組合.821.34726-196 -162 33.9H2051951.495第三組合.263.33231K-298298.44.7每側(cè)焊縫按 0.15 Nmax（第三組合 N）.16116124100注： 上弦桿 L100*80*6，b=

22、80mm, z =21.2mm, e=b-z =60.3mm,取用 65mm；2焊縫長度 l 按畫節(jié)點圖時為滿足腹桿焊縫長度所確定得節(jié)點板實際寬度（中節(jié)點 K 的 l 略經(jīng)放大使求得的hf2 較為合理）。第六章：屋架節(jié)點設(shè)計6.1 下弦拼接節(jié)點k下弦桿為 L90*56*5 ，拼接角鋼用相同規(guī)格。角鋼 t 5mm，拼接角鋼焊縫位于 角 鋼 尖 ， 用 hf 5mm， 焊 縫 為 ： l w=N/4*0.7h f* f f w=4910602N/4*0.7*5mm*160N/mm=219.22mm, 取 220mm， 采 用 拼 接 角 鋼 半 長 L=2(l w+2hf )+b=2*(220+2

23、*5)+20=480mm,扣除半縫寬 5mm和正反面焊口各 10mm后，焊縫計算長度為縱向 470mm220mm，滿足要求。拼接角鋼水平肢寬90mm，故采用斜切，安裝螺栓位置考慮以后連橫向水平支撐時可以應(yīng)用，其與斜切邊的邊距經(jīng)檢查足夠。拼接角鋼豎肢原寬56mm，為焊縫需切肢： t+hf +5=5+5+5=15mm,切后余高h(yuǎn) 56-1541mm，端部直切。因高度已較小，豎肢上不再用安裝螺栓。6.2 上弦拼接節(jié)點K上弦桿起拱后坡度1/9.6 ，端部取直切，截面為L100*80*6 ，拼接角鋼用相同規(guī)格，熱彎成型，角鋼t 5mm，拼接角鋼焊縫位于角鋼尖，用hf 5mm，焊縫為： l w=N/4*0

24、.7hw2f* f f =308347 N/4*0.7*5mm*160N/mm=137.655mm,取 300mm，焊縫計算長度為 300mm2*137.655 275.31mm，滿足要求。拼接角鋼豎肢原寬80mm，為焊縫需切肢：t+hf +5=6+5+5=16mm,實用 20mm，切后余高 h80-1565m，端部直切。6.3 下弦一般節(jié)點cBc 桿： hf1=6mm, h =6mmf2焊縫長度：肢背：l w1=0.7N/2h ef f w 3/(2*0.7*6*160)=71.50mm,取 80mm；肢尖：l w2=0.3N/2h ef f w 3/(2*0.7*6*160)=30.64m

25、m,取 80mm；cD 桿： h f1 =5mm, hf2 =5mm焊縫長度：肢背：l w1=0.7N/2h ef f w 3/(2*0.7*5*160)=68.64mm,取 80mm；肢尖：l w2=0.3N/2h ef f w 3/(2*0.7*5*160)=29.42mm,取 80mm；Cc 桿為豎桿， N=-20.25KN很小，焊縫長度也按構(gòu)造取80mm。（其余下弦節(jié)點按此方法計算腹桿焊縫見表5.2下弦桿焊縫計算表。）由上求得長度確定節(jié)點板尺寸240mm*320mm,下弦節(jié)點連接焊縫長度為32.0 cm，hf =5mm,N233.361 95.965 133.396KN, 受力較大的肢

26、背處的剪應(yīng)力為f【（）】2w20.75*137396/2*0.7*5*320-10f f 160 N/mm， 焊縫47.49 N/mm強(qiáng)度滿足要求。6.4 上弦一般節(jié)點BBC桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“c”相同：aB 桿： h f1 =6mm, hf2 =5mm焊縫長度：肢背：l w1=0.7N/2h ef f w3/(2*0.7*6*160)=93.57mm,取 105mm；肢尖：l w2=0.3N/2h ef f w3/(2*0.7*5*160)=40.10mm,取 50mm；為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來（詳見施工圖），塞

27、焊縫做兩條焊縫計算，焊縫設(shè)計強(qiáng)度值應(yīng)乘以0.8 的折減系數(shù)。計算時可略取屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載 P 與上弦垂直。（其余上弦節(jié)點按此方法計算腹桿焊縫見表5.3 上弦桿角鋼尖焊縫計算表。 ）驗算強(qiáng)度如下：肢背塞焊縫h f1 =1/2* 節(jié)點板厚 00.5*8 4mm,按構(gòu)造取 5mm，上弦與節(jié)點板間（滿焊焊縫長度為245mm。f 1 K1 (N1 N2 ) 2(P / 2*1.22) 2/(2*0.7 hf 1l w1 ) 0.75*176762 2(50400/ 2*1.22) 2/2*0.7*5*(245102w282.73N/mm0.8*f f 128 N/mm， 焊縫強(qiáng)度滿足要

28、求。肢尖焊縫hf1 =6mm,上弦與節(jié)點板間（滿焊）焊縫長度為 245mm。f 1 K1 (N1 N2 ) 2(P / 2*1.22) 2/(2*0.7 hf 2lw 2 )0.25*176762 2(50400/ 2*1.22) 2 /2*0.7*6*(245102w227.27N/mmf f160 N/mm， 焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.5 支座節(jié)點 a屋架支座中線縮進(jìn)軸線（柱外邊線）150mm，柱寬 400mm，支座底板三面與柱邊留距離 10 mm，內(nèi)側(cè)面按對稱，故底板尺寸為2a*2b,a=140 mm,b=190 mm,錨栓采用 2M24，位置和錨栓孔尺寸如圖。支座中心處設(shè)加勁肋90*10

29、，加勁肋外側(cè)離錨栓墊板邊 c=14 mm.底板計算為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm，在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板高度相等，厚度為10mm。 計算時底板尺寸偏安全僅按節(jié)點板加勁肋范圍，加勁肋以外部分底板剛度較差，認(rèn)為受反力較小而忽略，故底板尺寸按12a=2*140 mm,2b=2*95mm。 支座反力R=162.0KN,底板壓應(yīng)力為： pR/（2a*2b132）=162.0*10 /(280*190)=304N/ mm f ce =10 N/2mm；上式中 f ce 為柱混凝土強(qiáng)度等級為C20時的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。節(jié)點板和加勁肋將底板分隔為四個a*b1=140*95 mm,兩相鄰邊支承區(qū)格，確定底板厚度如下：a1= a2b 21402952169.2mm2 ，b1ab / a1 140*95/169.278.61mm2b1 / a178.61/169.20.465查設(shè)計指導(dǎo)書表4 彎矩系數(shù)0.0544 ；兩相鄰支撐板單位板寬最大