跨径27m梯形钢屋架设计.doc

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1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）一、课程设计任务概述涉及一榀钢屋架，地震烈度为6度。无侵蚀性介质，屋架下弦标高为12.5m。屋面积灰荷载0.8kN/。钢材为Q345，焊条E50型。屋架铰支于钢筋混凝土柱上，柱混凝土强度C25。屋面均布活载（不与雪荷载同时考虑）为0.7kN/。屋架跨度27m，雪荷载0.35 kN/，柱距6m采用无檩体系，屋面材料采用预应力混凝土屋面板,，屋架坡度为1：10。二、屋架几何尺寸 屋架的计算跨度：Lo=270002150=26700mm，端部 高度：h=1990mm（轴线处），h=3325mm（计算跨度处）。三、屋架上弦、下弦及支撑布置GW

2、J：钢屋架 GG:刚性系杆 LG:柔性系杆屋架上弦水平支撑布置见下图（图一）屋架下弦水平支撑布置见下图（图二）端垮垂直支撑布置见下图（图三）跨中垂直支撑布置见下图(图三) 图一图二图三四、屋架荷载分析及内力汇总表1、荷载分析活荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值：三毡四油防水层 0.4 kN/水泥砂浆找平层 0.4 kN/保温层 0.5 kN/一毡二油隔气层 0.05 kN/水泥砂浆找平层 0.3 kN/预应力混凝土 1.45kN/屋架及支撑自重 0.12+0.297=0.417kN/总计 3.517kN/可变荷载标准值:活荷载 0.70kN/雪荷载 0.35kN

3、/积灰荷载 0.90kN/不需要考虑风压作用由可变荷载效应控制的组合：=1.23.5171.40.71.40.90.70=6.0824kN/由永久荷载效应控制的组合：=1.353.5171.40.70.71.40.90.7=6.316kN/所以本设计按永久荷载效应控制设计荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载=max(屋面均布活荷载，雪荷载）+全跨积灰荷载 P= 6.0824kN/1.5m6m=54.74kN全跨永久荷载+半跨可变荷载+半跨积灰荷载=1.353.517kN/1.5m6m=42.73kN=（1.40.70.71.40.90.7）kN/1.5m6m=14.11kN2、内力汇总表杆件在

4、单位节点力作用下各杆件的内力系数：注：表内负号表示压力 杆件 内力系数 单向荷载内力 内力组合不利组合 全跨 半跨 恒载 荷载 9.07 恒+全 恒+半 全跨 半跨 AB00000000 RS00000000上 BC-10.078-7.267-430.633-142.201-102.537-572.834-533.17-572.834 QR-10.078-2.81-430.633-142.201-39.6491-572.834-470.282-572.834 CD-10.078-10.88-430.633-142.201-153.517-572.834-584.15-572.834弦 PQ-1

5、0.078-2.81-430.633-142.201-39.6491-572.834-470.282-572.834 DE-15.978-10.88-682.74-225.45-153.517-908.19-836.257-908.19 OP-15.978-5.092-682.74-225.45-71.8481-908.19-754.588-908.19杆 EF-16.244-11.146-694.106-229.203-157.27-923.309-851.376-923.309 NO-16.244-5.091-694.106-229.203-71.834-923.309-765.94-92

6、3.309 FG-16.008-10.91-684.022-225.873-153.94-909.895-837.962-909.895 MN-16.008-5.091-684.022-225.873-71.834-909.895-755.856-909.895 GH-18.813-11.143-803.879-265.451-157.228-1069.33-961.107-1069.33 LM-18.813-7.66-803.879-265.451-108.083-1069.33-911.962-1069.33 HI-19.018-11.366-812.639-268.344-160.374

7、-1080.98-973.013-1080.98 KL-19.018-7.643-812.639-268.344-107.843-1080.98-920.482-1080.98 IJ-18.806-11.153-803.58-265.353-157.369-1068.93-960.949-1068.93 JK-18.806-11.153-803.58-265.353-157.369-1068.93-960.949-1068.93下 ab5.6814.189242.749180.1589159.10679322.908301.8559322.908 hi5.6811.569242.749180.

8、1589122.13859322.908264.8877322.908弦 bc13.4099.403572.9666189.201132.6763762.1676705.6429762.1676 gh13.4094.001572.9666189.20156.45411762.1676629.4207762.1676杆 cd18.4511.524788.3685260.3295162.60361048.698950.97211048.698 fg18.456.867788.3685260.329596.893371048.698885.26191048.698 de18.0489.037771.

9、191254.6573127.51211025.848898.70311025.848 ef18.0489771.191254.6573126.991025.848898.1811025.848腹 Aa-0.501-0.501-21.4077-7.06911-7.06911-28.4768-28.4768-28.4768 Si-0.5010-21.4077-7.069110-28.4768-21.4077-28.4768 Ba-10.226-7.54-436.957-144.289-106.389-581.246-543.346-581.246 Ri-10.226-2.727-436.957-

10、144.289-38.478-581.246-475.435-581.246 Bb7.8245.475334.3195110.396677.25225444.7162411.5718444.7162 Rh7.8242.291334.3195110.396632.32601444.7162366.6455444.7162 Cb-1.032-1.032-44.0974-14.5615-14.5615-58.6589-58.6589-58.6589杆 Qh-1.0320.016-44.0974-14.56150.22576-58.6589-43.8716-58.6589 Db-6.43-4.133-

11、274.754-90.7273-58.3166-365.481-333.071-365.481 Ph-6.43-2.294-274.754-90.7273-32.3683-365.481-307.122-365.481 Dc7.7712.752332.0548109.648838.83072441.7036370.8856441.7036 Pg7.7712.026332.0548109.648828.58686441.7036360.6417441.7036 Ec-1.661-1.664-70.9745-23.4367-23.479-94.4112-94.4536-94.4112 Og-1.6

12、610-70.9745-23.43670-94.4112-70.9745-94.4112 Gc-3.451-0.954-147.461-48.6936-13.4609-196.155-160.922-196.155 Mg-3.451-2.493-147.461-48.6936-35.1762-196.155-182.637-196.155 Ej0.2120.2129.058762.991322.9913212.0500812.0500812.05008 Om0.2120.019.058762.991320.141112.050089.1998612.05008 Fj-0.149-0.149-6

13、.36677-2.10239-2.10239-8.46916-8.46916-8.46916 Nm-0.1490.001-6.36677-2.102390.01411-8.46916-6.35266-8.46916 Gd0.671-0.9628.671839.46781-13.545638.1396415.1262338.13964 Mf0.6711.62828.671839.4678122.9710838.1396451.6429138.13964 Hd-1.416-1.489-60.5057-19.9798-21.0098-80.4854-81.5155-80.4854 Lf-1.4160

14、.072-60.5057-19.97981.01592-80.4854-59.4898-80.4854 Jd1.0773.1346.0202115.1964744.164361.2166890.1845161.21668 Jf1.077-2.05146.0202115.19647-28.939661.2166817.080661.21668 Hk0.1710.1817.306832.412812.553919.719649.860749.71964 Ll0.171-0.017.306832.41281-0.14119.719647.165739.71964 Ik-0.116-0.129-4.9

15、5668-1.63676-1.82019-6.59344-6.77687-6.59344 Kl-0.1160.013-4.95668-1.636760.18343-6.59344-4.77325-6.59344 Je2.0951.04789.5193529.5604514.77317119.0798104.2925119.0798五、杆件截面设计腹杆最大内力，N=581.246N，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板厚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=1068.93KN（压杆）计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 =1510m

16、m 屋架平面外根据支撑 =4500 mm因为2，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如下图上弦截面设=60，查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，=0.800需要截面积需要回转半径=25mm根据计算需要的、 查角钢型钢表不等边角钢组，初选 2 L 1409012，A=5280， =25.4mm ， =68.9mm。按所选角钢进行验算由于 则： 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.694 310 N/ 所选截面合适。2 .下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1025.848kN （拉杆）计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=4500mm 屋架平面外根据支撑布置取=6000

17、mm计算需要净截面面积 选用 2 L140908 且短肢相并，如下图A=3600， =25.9mm，=67.9mm。下弦截面按所选角钢进行截面验算，取 所选截面满足要求。3. 端斜杆Ba已知N-581.24kN， 2600mm因为，故采用等肢角钢设=80，查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，=0.575需要截面积 =需要回转半径 =32.5 mm=32.5mm选用 2 L 11010，A=4260， =33.8mm ， =50mm。端斜杆Ba截面按所选角钢进行验算=76.92=150=52=150由于所以， 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.605310N/ 所选截面合适。垫板放置个

18、数的确定：所以放置垫板的个数为1个.4. 支座竖杆Aa已知N=-28.4768kN （拉杆）计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=1990mm 屋架平面外根据支撑布置取=1990mm设=100，查b类截面轴心受压构件的稳定系数表，=0.431需要截面面积 计算需要回转半径 =19.9 mm=19.9mm选用等边角钢 2 L504，如下图A=780， =15.4mm，=25.1mm。竖杆Aa截面按所选角钢进行验算=129.22=150=78.28=150由于所以，由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.284 310N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为3个.5.斜杆B

19、b N=444.72kN （拉杆）计算长度： =2052mm =2565mm =100 =0.431选用 2 L11010，如下图A=4260， =33.8mm，=50mm。斜杆Bb截面取310所选截面满足要求。6. 竖杆Cb已知N58.66kN，1820mm 2275mm=90 =0.499选用 2 L504，如下图A=780， =15.4mm，=25.1mm。竖杆Cb截面按所选角钢进行验算=118.2=150=89.92=150由于所以， 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.358 310N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为3个.7. 斜杆Db已知N=-36

20、5.48kN （压杆）计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=2280mm 屋架平面外根据支撑布置取=2850mm选用 2 L11010，A=4260如下图 =33.8mm，=50mm。斜杆Db截面按所选角钢进行验算=67.5=150=57=150由于所以， 查轴心受力稳定系数表，0.508 310N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为2个.8.斜杆Dc N=441.70kN （拉杆）计算长度： =2280mm =2850mm设=100 =0.431选用 2 L11010如下图A=4260， =33.8mm，=50mm。斜杆Dc截面=67.5=350=57=350取所选截面

21、满足要求。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为1个.9. 竖杆Ec已知N94.45kN，2060mm 2575mm设=90 =0.499选用 2 L504，如下图A=780， =15.4mm，=25.1mm。竖杆Ec截面按所选角钢进行验算=134.64=150=102.6 =150由于所以， = 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.370 310N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为4个.10. 斜杆 Gc已知N196.155kN，3324mm 4155mm选用 2 L1107，如下图A=3040， =34.1mm，=49.2mm。竖杆Gc截面按所选角钢进行验

22、算=97.48=150=84.45 =150由于所以，由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.460 310N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为3个.11.斜杆Gd N=38.14kN （拉杆）计算长度： =2594.4mm =3243mm选用 2 L504，如下图A=780， =15.4mm，=25.1mm。斜杆Gd截面=168.4=350=129.20 =350取所选截面满足要求。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为1个.12. 竖杆Ej已知N12.05kN，1506mm 1883mm选用 2 L505，如下图A=960， =15.3mm，=25.3mm。竖

23、杆Ej截面按所选角钢进行验算=98.4=350=74.42 =350取所选截面满足要求。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为1个.13. 竖杆Fj已知N-8.46kN，1030mm 1288mm选用 2 L505，如下图A=960， =15.3mm，=25.3mm。竖杆Fj截面按所选角钢进行验算=6.73=150=50.91 =150由于所以，由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.444 310N/ 所选截面合适。14.竖杆Hd已知N-81.52kN，2420mm 3025mm选用 2 L505，如下图A=960， =15.3mm，=25.3mm。竖杆Hd截面按所选角钢进行验算=12

24、8=150=119.57 =150由于所以，由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.318 310N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为4个.15.斜杆Jd N=90.185kN （拉杆）计算长度： =3582.4mm =4478mm选用 2 L11010，如下图A=4260， =33.8mm，=50mm。斜杆Jd截面=105.06=350=91.0 =350取所选截面满足要求。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为2个.16. 斜杆Hk已知N9.86kN，1602.8mm 2026mm选用 2 L504，如下图A=780， =15.4mm，=25.1mm。竖杆Hk

25、截面按所选角钢进行验算=105.24=350=80.72 =350取所选截面满足要求。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为1个.17.斜杆Ik已知N-6.87kN，1208mm 1510mm选用 2 L504，如下图A=780， =15.4mm，=25.1mm。竖杆Ik截面按所选角钢进行验算=78.95=150=59.68 =150由于所以，由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.418 310 N/ 所选截面合适。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为2个.18.中竖杆Je已知N119.08kN，0.9 mm2992.5mm中间竖杆选用2 L705的角钢，并采用十字形截面，如下图：

26、中竖杆Je截面A=1776 =23.1mm按所选角钢进行验算=129.5=350取所选截面满足要求。垫板放置个数的确定：所以放置垫板的个数为1个.各杆件计算长度见表2杆件名称计算长度杆件名称计算长度上弦杆15104500 Gc33244155下弦杆45006000 Gd2594.43243Aa19901990 Ej15441930Ba20522565 Fj10881360Bb20522565 Hd24203025Cb18202275 Jd35844480Db22812851 Hk16642080Dc22802850 Ik12081510Ec20602575 Je2992.52992.5其余各杆

27、件截面选择过程不一一列出，计算结果见表332杆件名称内力设计值N（KN）选用截面截面积A（）回转半径（cm）计算应力（N/）填板(块)上弦杆-1068.932L1409012528025.468.965.31500.694-291.71下弦杆1025.848 2L140908360025.967.9173.75350-284.961（2）Aa-28.47682L50478015.425.1129.221500.284124.683Ba-581.2462L110104260345076.921500.605-279.31Bb444.722L11010426033.85060.07350-104.

28、41Cb-58.662L50478015.425.1118.21500.358-2103Db-365.482L11010426033.85067.51500.508-168.92Dc441.702L11010426033.85067.5350-103.71Ec-94.452L50478015.425.1133.81500.370-302.44Gc-196.1552L1107304034.149.297.481500.575-140.33Gd38.142L50478015.425.1168.43500.203240.871Ej12.052L50596015.325.398.43500.44428

29、.271Fj-8.462L50596015.325.367.31500.4448.812Hd-81.522L50596015.325.31281500.3182674Jd90.1852L11010426033.850105.063500.41850.62Hk9.862L50478015.425.1108.76350-12.61Ik-6.872L50478015.425.178.951500.694410.312Je119.082L705163221.133.4129.5350-67.051辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）六、节点设计用E43型焊条进行节点焊接时，角焊

30、缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。最小焊缝长度不应小于。1 .下弦节点b如图（1） 斜杆Bb与节点的连接焊缝计算：N=444.72kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为：肢背： +12=197.28mm，取200mm肢尖： +10=105.28mm，取110mm（2）斜杆Db与节点的连接焊缝计算：N=365.48kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=164.3mm，取170mm肢尖： +10=88.32mm，取100mm（3）竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N =58.66kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=4mm焊

31、缝长度40mm，取=60mm（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 N=762.17-322.91=439.26kN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背： +12=208.1mm，取210mm肢尖： +12=77.37mm，取80mm（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如下图示：节点板b尺寸 2 .上弦节点B（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。肢背：200mm肢尖：110mm（2）斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=581.25kN。设肢背

32、与与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和6mm。所需焊缝长度为肢背： +12=25402，取260mm肢尖： +12=115.8，取120mm（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，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。假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=61.1kN，焊脚尺寸为5mm所需槽焊缝长度为:+10=+10=49.1mm ,取=50mm上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=596.62-0.0=596.62kN =100-25=75mm =596.62kN75mm38.6025

33、N设肢尖焊脚尺寸10mm，设需焊缝长度为500mm，则（2） 节点板尺寸：节点板B尺寸3 .屋脊节点I（1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=90.18KN，设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为，取=70mm拼接角钢长度取270+50190mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。N=90.1815%13.53kN，

34、设焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为200 mm，(3) 斜杆Jd与节点板的连接焊缝计算：N=119.08kN设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=61.6，取70mm肢尖： +10=35.5，取40mm (4) 节点板尺寸：节点板J尺寸4 .下弦跨中节点e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=762.17kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为，取=230mm拼接角钢长度不小于2230+50=510mm（2） 弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。N=762.1715%=114.33Kn，设焊脚尺

35、寸为8mm，弦杆一侧焊缝长度为200 mm，（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=94.45kN设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=51.35，取60mm肢尖： +10=26.87，取30mm（4）节点板尺寸：节点板e尺寸5 .端部支座节点a（1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。支座底板计算：支座反力取加劲肋的宽度为100mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为验算柱顶混凝土的抗压强度： (满足)底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 式中-底板下的平均应力， =7.37N/-两边支承对角线长， =-系数， 为两边支承的焦点到对角线 的垂直距离。由相似三角形的关系，得 =84.13mm=0.51，查表得M=0.06157.92166.413486.74底板厚度，取t=20mm（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力 设焊缝尺寸为6mm，焊缝长