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XXXXXX学院
《钢结构》
课程设计计算书
题目梯形钢屋架
班级XXXXXXXX
姓名 XXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XX
成绩
目录
1 设计资料 (1)
1.1 结构形式 (1)
1.2 屋架形式和几何尺寸 (1)
2 桁架支撑布置 (2)
3 荷载计算 (3)
3.1 全跨永久荷载+全跨可变荷载 (4)
3.2 全跨永久荷载+半跨可变荷载 (4)
3.3 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 (4)
4 内力计算 (5)
5 杆件设计 (6)
5.1 上弦杆 (6)
5.2 下弦杆 (7)
5.3 端斜杆aB (8)
5.4 腹杆 (9)
5.4.1 Bb杆 (9)
5.4.2 bD杆 (9)
5.5 竖杆Aa,Cb,Ec,Gd. (10)
5.6 其余各杆件的截面见表5-1 (10)
6 节点设计 (12)
6.1 下弦节点“b”（图6-1） (12)
6.2 上弦节点“B”(图6-2) (13)
6.3 屋脊节点“I”（图6-3） (14)
6.4 支座节点“a”（图6-4） (15)
6.4.1 支座底板的计算 (16)
6.4.2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算 (17)
6.4.3 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算 (17)
6.5 下弦中央节点“e”（图6-5） (17)
参考文献 (19)
辽宁工程技术大学钢结构课程设计
1 设计资料
1.1 结构形式
某厂房跨度为24m，柱距为6m，厂房总长度为90m。车间内设有一台50t、一台20t 中级工作制软钩桥式吊车，冬季室外最低温度-20℃。
屋面采用1.5m 6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为=1:10，上铺泡沫混凝土保温层和二毡三油防水层。
屋面活荷载标准值0.7KN/m2,雪荷载标准值0.5 KN/m2，积灰荷载标准值1.2KN/m2。桁架采用梯形钢桁架，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450mm 450mm,混凝土强度等级为C25。钢材采用Q235B级，焊条E43型，手工焊。
1.2 屋架形式和几何尺寸
屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。
＝24000－300＝23700mm；
屋架计算跨度 L
24m端部高度取 H=1990mm，
23.7m端部高度 H=2005mm
中部高度取 H=3190mm。
屋架几何尺寸如图1-1所示：
图1-1 24米跨屋架几何尺寸
24米梯形钢屋架设计
2 桁架支撑布置
根据厂房长度（90m），跨度及载荷情况，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支撑规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性细杆，以保证安装上弦杆的稳定性。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形屋架支撑布置图如下图2-1所示:
桁架及桁架上弦支撑布置
桁架下弦支撑布置图
辽宁工程技术大学钢结构课程设计
图2-1 桁架支撑布置图
符号说明：SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GG-刚性细杆；LG-柔性细杆。
3 荷载计算
屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，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005.110/110cos /12=+=α换算为沿水平投影面分布的荷载。
标准永久载荷：
预应力湖北凝土大型屋面板
1.005?1.42/m KN =1.4072/m KN 二毡三油防水层
1.005?0.352/m KN =0.3522/m KN 找平层厚20mm
1.005?0.02m ?202/m KN =0.4022/m KN 泡沫混凝土保温层
1.005?0. 452/m KN =0.4522/m KN 桁架和支撑自重
0.122/m KN +0.011?242/m KN =0.3842/m KN 管道荷载
0.1822/m KN 共计: 3.1792/m KN
标准可变活荷载：
屋面活荷载（大于雪荷载0.52/m KN ）
0.72/m KN 积灰荷载 1.22/m KN
24米梯形钢屋架设计
设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：
3.1 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=(1.35?3.1792/m KN +1.4?0.7?0.72/m KN +1.4?0.9?1.22/m KN )?1.5m ?6m
=54.41KN
3.2 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：
1,1F =1.35?3.1792/m KN ?1.5m ?6m= 38.62KN （按永久载荷为主的组合）
2,1F =1.2 ?3.1792/m KN ?1.5m ?6m= 34.33KN （按可变载荷为主的组合）
对结构有利时：
31，F =1.0?3.1792/m KN ?1.5m ?6m28.61KN
半跨节点可变荷载设计值：
12，F =1.4?(0.7?0.72/m KN +0.9?1.22/m KN )?1.5m ?6m
=19.78KN(按永久载荷为主的组合)
2,2F =1.4?(0.7+0.9?1.2)2/m KN ?1.5m ?6m=22.43KN （按可变载荷为主的组合）
3.3 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）
全跨节点桁架自重设计值：
对结构不利时：
13，F =1.2?0.3842/m KN ?1.5m ?6m=4.15KN
对结构有利时：
23，F =1.0?0.3842/m KN ?1.5m ?6m=3.46KN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
4F =(1.2?1.42/m KN +1.4?0.72/m KN )?1.5m ?6m=23.94KN
3.1,3.2为使用阶段的荷载情况，3.3为施工阶段荷载的情况。计算详图见图3-1（桁架内力计算图）。
辽宁工程技术大学钢结构课程设计
（a）
(b)
(c)
图3-1 桁架内力计算图
4 内力计算
由PKPM软件先解得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）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4-1（桁架杆件内内力组合表）。
24米梯形钢屋架设计
表4-1桁架杆件内内力组合表 F 12②1①23①②3①41,11,21,32,1F 2,2=22.43KN ; F 3,1=4.15KN ; F 3,2=3.46KN ; F 4=23.94KN. 5 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。 N= —890750 N （受压） 上弦杆计算长度： 在桁架平面内，为节间轴线长度：cm l ox 8.150
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在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：cm cm l oy 4.4528.1503=?= 因为ox oy l l 3=，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并。
腹杆aB 最大内力N =517.51 kN ，查表9.6.4，中间节点版厚度选用12mm ，支座节点板厚度用14mm 。
设λ=60查附录4得807.0=?。
需要截面积： 225134/215807.0907508mm mm
N N f N A =?==? 需要的回转半径：
2.51c 60
8cm .150m l i ox
x ===λ m cm l i oy y c 54.7604.452===λ 根据需要的A ，ix ，iy 查角钢规格表，选用121001602??L ，211.60cm A =，
cm i x 82.2=，cm i y 82.7=，11.13m 12/m 160/1==m m t b ，按所选角钢进行验算： 48.532.82cm
8cm .150===x ox x i l λ 834.15m 160/m 452456.0/56.011.13/11=?=<=m m b l t b oy
150][60=<==∴λλλy yz
满足长细比[]150=<λ的要求。
截面在x 和y 平面内皆属b 类，由于x yz λλ > ，只要求 ?y
，查表得807.0y =?。222y /215/63.1836011807.0907508mm N mm N mm
N A N
<=?==?σ 所需截面合适
5.2 下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按de 杆最大设计值计算。
N N 883740de =
cm l ox 300=，根据桁架下弦支撑布置情况，得cm l oy 1185=
所需截面积： 22210.414110/215883740cm mm mm
N N f N A req ==== 根据所需截面积查表选用101001602??L ，不等肢角钢，短肢相并。
2210.4163.50cm cm A >=，cm i x 85.2=，cm i y 78.7=
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350][31.15278.7/1185/=<===λλcm cm i l y oy oy
考虑下弦杆有2φ21.5mm 的栓孔削弱，下弦净截面面积：
2224633105.2125063mm mm mm A =??-=
222/215/75.1904633883740mm N mm N mm
N A N <===
σ 所需截面适合。 5.3 端斜杆aB
杆件轴力：受压）(51751051.517N kN N -=-=
计算长度cm l l oy
ox 5.253==。因为oy ox l l =，故采用不等边角钢，长肢相并，使y x i i ≈。设λ=80，查附录4得，668.0=?
2233.3603/215668.0517510mm mm
N N f N A =?==? 需要的回转半径：
m l i i x
y x c 16.380
253====λ 根据需要的A ，x i ，y i 查角钢规格表，选用2L140×90×10。
2522.44cm A = ，cm i 47.4x =，cm i y 74.3=，910
902==t b 。 71.5647.45.253x ===
cm cm i l x ox o λ 52.1390253548.048.0922=?=<=mm mm b l t b oy
[]15032.75)1025359009.11(4.37253509.112222442204z =<=??+?=???? ?
?+=∴λλλmm mm mm mm mm t l b y y y 又718.0,x z =>?λλy y 只求
222/215/89.1612.4452718.0517510mm N mm N mm
N A N
y <=?==?σ 所选截面合适。
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5.4 腹杆
5.4.1 Bb 杆
杆件轴力： N kN N 40127027.401==
所需截面积： 222c 66.1837.1866/215401270m mm mm
N N f N A n ==== 杆件计算长度： cm cm l ox 8.2082618.0=?=，cm l oy 261=
选用2L75×8等边角钢，201.23cm A =，cm i x 28.2=，cm i y 57.3=
58.9128.28.208===x ox x i l λ 11.7357
.3261===y oy y i l λ 满足长细比[]350=<λ的要求。
222/215/39.1742301401270mm N mm N mm
N A N <===σ 满足要求。 5.4.2 bD 杆
杆件轴力：受压）(31775075.317N kN N -=-=
计算长度：cm cm l ox 8.2282868.0=?= cm l oy 286=
设λ=100查附录4得555.0=?
所需的 229.2662/215555.0317750mm mm
N N f N A n =?==
? cm 29.2100
228.8===λox
x l i ，cm 86.2100286===λoy y l i 选用2L75×10，225.28cm A =，cm i x 26.2=，cm i y 61.3=
150][24.1012.26
228.8=<===λλx ox x i l 11.2275/286058.0/58.05.710/75/=?=<==mm mm b l t b oy
150][65.80)102860/75475.01()1.36/2860()/475.01(22422
04=<=??+?=?+=∴λλλt l b y y yz
由于yz x λλ>，只求24.101=x λ，查附录4，得547.0=?x
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222/215/63.2052825547.0317750mm N mm N mm
N A N x <=?==
?σ 所选截面满足。 5.5 竖杆Aa,Cb,Ec,Gd
Aa,Cc,Ee,Gg 都受压，各个竖杆采用同类截面，按Gg 杆件的最大设计内力设计。
受压）(5841041.58N kN N -=-=
cm cm l ox 2.2310.2898.0=?=，cm l oy 0.289=
内力较小，按[]150=λ选择，需要的回转半径为：
cm 54.1150
231.2cm ][===λox x l i ，cm 93.1150289.0cm ][===λoy y l i
查型钢表，选截面x i 和y i 较上述计算的x i 和y i 略大些。
选用2L63×5，2286.12cm A =，cm i x 94.1=，cm i y 04.3=
150][18.1191.94
231.2=<===
λλx ox x i l 61.26m 63/m 289058.0/58.06.125/63/=?=<==m m b l t b oy
150][47.98)52890/63475.01()4.30/2890()/475.01(22422
04=<=??+?=?+=∴λλλt l b y y yz
由于yz x λλ>，只求18.119=x λ，查附录4，得440.0=?x ，
222/215/05.1086.1228440.058410mm N mm N mm
N A N
x <=?==?σ 所选截面满足。
5.6 其余各杆件的截面见表5-1杆件截面选择表
辽宁工程技术大学钢结构课程设计
表5-1杆件截面选择表
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24米梯形钢屋架设计
6 节点设计
6.1 下弦节点“b ”（图6-1）
各类杆件的内力由表4-1桁架杆件内内力组合表查得。
这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算与腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即f h 和w l ，
图6-1 “b ”节点板布置图
然后根据w l 的大小按比例绘出节点板的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。
用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值2f /160mm N f w
=。设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝mm h f 8=和mm h f 6=，则所需的焊缝长度为： cm 192157/16087.024012107.027.02后取，加肢背：f w f e w
h mm mm N mm N f h N l =????==' 11cm 290/16067.024012103.023.02后取，加上肢尖：f w f e w h mm mm
N mm N f h N l =????=='' 设“bD ”杆的肢背和肢尖焊缝mm h f 8=和mm h f 6=，则所需的焊缝长度为：
cm 1521.124/16087.023177507.027.02后取，加肢背：f w f e w h mm mm
N mm N f h N l =????==' 9cm 29.70/16067.023177503.023.02后取，加上肢尖：f w f e w h mm mm
N mm N f h N l =????==''