钢结构专业课程设计21米梯形屋架.doc

21m跨径简支梯形钢屋架设计（有檩）

一、 设计资料
厂房跨度为21m，长度为108m，柱距为12m，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度为i=1/10，采用轧制H型钢檩条，水平间距自定，雪荷载为s0=0.25 KN/m2，不考虑风压。钢材采用Q235B，焊条采用E43型，混凝土标号为C20。
1、屋面荷载原则值：
屋架及支撑自重 0.117+0.11L=0.117+0.011*21=0.348
压型钢板 0.15* =0.151
檩条（约0.5KN/M,间距1.5m） 0.333
恒荷载总和 0.832
雪荷载 0.25 （不大于0.5，取屋面活载0.5 ）
积灰荷载 0.6
活载总和 1.1
2、屋架计算跨径：。
3、屋架形式及图示如图1：

二、荷载与内力计算
2.1、荷载计算
依照荷载规范，屋面活荷载与雪荷载不会同步浮现，取两者较大值计算。屋面荷载汇总 ：
表1 屋面荷载汇总
荷载类型
荷载名称
荷载原则值
永久荷载D
总计
0.832 kN/m2
可变荷载
雪荷载L
1.1 kN/m2
2.2、荷载组合
节点荷载设计值
按可变荷载效应控制组合

其中永久荷载分项系数,屋面活载或雪荷载载荷分项系数,组合只设计值，积灰荷载
按永久荷载效应控制组合

其中永久荷载分项系数，活荷载分项系数，故节点荷载取44.1792,支座反力。

2.3、内力计算
屋架在上述荷载组合伙用计算简图4所示，用软件求得在F=44.1792作用下屋架各杆内力入图4所示。

内力计算

杆端内力值 ( 乘子 = 1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 182.434108 0.00000000 0.00000000 182.434108 0.00000000 0.00000000
2 433.138342 0.00000000 0.00000000 433.138342 0.00000000 0.00000000
3 531.366341 0.00000000 0.00000000 531.366341 0.00000000 0.00000000
4 522.482935 0.00000000 0.00000000 522.482935 0.00000000 0.00000000
5 522.482935 0.00000000 0.00000000 522.482935 0.00000000 0.00000000
6 531.366341 0.00000000 0.00000000 531.366341 0.00000000 0.00000000
7 433.138342 0.00000000 0.00000000 433.138342 0.00000000 0.00000000
8 182.434108 0.00000000 0.00000000 182.434108 0.00000000 0.00000000
9 -22.0896000 0.00000000 0.00000000 -22.0896000 0.00000000 0.00000000
10 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
11 -332.264738 0.00000000 0.00000000 -332.264738 0.00000000 0.00000000
12 -332.264738 0.00000000 0.00000000 -332.264738 0.00000000 0.00000000
13 -500.464791 0.00000000 0.00000000 -500.464791 0.00000000 0.00000000
14 -500.464791 0.00000000 0.00000000 -500.464791 0.00000000 0.00000000
15 -540.902301 0.00000000 0.00000000 -540.902301 0.00000000 0.00000000
16 -540.902301 0.00000000 0.00000000 -540.902301 0.00000000 0.00000000
17 -540.902301 0.00000000 0.00000000 -540.902301 0.00000000 0.00000000
18 -540.902301 0.00000000 0.00000000 -540.902301 0.00000000 0.00000000
19 -500.464791 0.00000000 0.00000000 -500.464791 0.00000000 0.00000000
20 -500.464791 0.00000000 0.00000000 -500.464791 0.00000000 0.00000000
21 -332.264738 0.00000000 0.00000000 -332.264738 0.00000000 0.00000000
22 -332.264738 0.00000000 0.00000000 -332.264738 0.00000000 0.00000000
23 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
24 -22.0896000 0.00000000 0.00000000 -22.0896000 0.00000000 0.00000000
25 -340.214382 0.00000000 0.00000000 -340.214382 0.00000000 0.00000000
26 256.955055 0.00000000 0.00000000 256.955055 0.00000000 0.00000000
27 -44.179 0.00000000 0.00000000 -44.179 0.00000000 0.00000000
28 -194.890286 0.00000000 0.00000000 -194.890286 0.00000000 0.00000000
29 123.262805 0.00000000 0.00000000 123.262805 0.00000000 0.00000000
30 -44.179 0.00000000 0.00000000 -44.179 0.00000000 0.00000000
31 -69.2313881 0.00000000 0.00000000 -69.2313881 0.00000000 0.00000000
32 14.2081660 0.00000000 0.00000000 14.2081660 0.00000000 0.00000000
33 -44.179 0.00000000 0.00000000 -44.179 0.00000000 0.00000000
34 35.4192210 0.00000000 0.00000000 35.4192210 0.00000000 0.00000000
35 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
36 35.4192210 0.00000000 0.00000000 35.4192210 0.00000000 0.00000000
37 -44.179 0.00000000 0.00000000 -44.179 0.00000000 0.00000000
38 14.2081660 0.00000000 0.00000000 14.2081660 0.00000000 0.00000000
39 -69.2313881 0.00000000 0.00000000 -69.2313881 0.00000000 0.00000000
40 -44.179 0.00000000 0.00000000 -44.179 0.00000000 0.00000000
41 123.262805 0.00000000 0.00000000 123.262805 0.00000000 0.00000000
42 -194.890286 0.00000000 0.00000000 -194.890286 0.00000000 0.00000000
43 -44.179 0.00000000 0.00000000 -44.179 0.00000000 0.00000000
44 256.955055 0.00000000 0.00000000 256.955055 0.00000000 0.00000000
45 -340.214382 0.00000000 0.00000000 -340.214382 0.00000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------

三、杆件截面选取
腹杆最大内力340.21KN（压），由屋架节点板厚度参照表7.4可知，支座节点板厚度取12mm，中间节点板厚度10mm。
3.1 上弦
整个上弦不变化截面，按最大内力计算,,.
选用2L11012 A=63.2

<=150
双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比

故，按b类附表查=0.791

填板每个节间放一块（满足范畴内不少于两块）

3.2 下弦
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算
连接支撑螺栓孔中心至节点边沿距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。
选用2L125（断肢相并） A=39.4

<=350

填板每个节间放一块

3.3 斜腹杆
（45）杆 N=-340.21KN
选用(长肢相并) A=27.8

故由按b类截面查表4.2=0.6424

填板每节间放三块

（44）杆 N=257.0KN
内力不大，按受压长细比控制截面
选用（长肢相并）A=27.8

<=350
截面验算
填板每个节间放一块

（42）杆 N=-194.9KN
选用 A=21.28

故，按b类附表查=0.6768

填板每节间放两块

（41） 杆 N=123.3KN
选用 A=9.6

<=350
截面验算
填板每个节间放一块

(39) 杆N=-69.3
选用（长肢相并）A=12.28

故，按b类附表查=0.397

填板每节间放三块

（38）杆N=14.2KN 由于内力较小 A=9.6

每个节间放两块填板

（36）杆 N=35.4KN 由于内力较小， A=9.6
。
每个节间放两块填板

3.4 竖向腹杆
（24）杆 N=-22.1KN 内力较小可按选取截面。

选 A=9.6 填板放两块，

(43) 杆 N=-44.18KN 内力较小可按选取截面。

选 A=9.6 填板放两块，

(40) 杆 N=-44.18KN 内力较小可按选取截面。

选 A=9.6 填板放三块，

（37）杆 N=-44.18KN 内力较小可按选取截面。

选 A=9.6 填板放三块，

（35）杆 N=0 内力较小可按选取截面。

选 A=9.6 填板放三块， 但实际节点板宽度较大，故仍可用。

屋架杆件截面选用表
杆件名称
杆件编号
内力计算值KN
计算长度（m）
所用截面
截面积（m）
计算
应力（mpa）
容许长细比
杆件端部角钢肢背和肢尖焊缝（mm）
填板数

上弦杆
17单元
-540.9
150.8
300

63.2
108.2
150

1
下弦杆
6单元
531.37
300
1050

39.4
134.87
350

1

腹杆
24单元
-44.18
159．2
199.0

9.6
87
150

2
45单元
-340.21
201.44
251.8

27.8
190.5
150

3
44单元
257.0
201.44
251.8

27.8
92
350

1
43单元
-44.18
182
227.5

9.6
149
150

2
42单元
-194.9
228.08
285．1

21.28
135.3
150

2
41单元
123.3
228.08
285．1

9.6
128
350

1
40单元
-44.18
206
257.5

9.6
126
150

3
39单元
-69.3
249.28
311.6

12.28
142
150

3
38单元
14.2
248.98

9.6
14.8
350

2
37单元
-44.18

9.6
149
150

3
36单元
35.4

9.6
36.9
350

2
35单元
0

9.6
0
200

3

4、节点设计
4.1 下弦节点
（8）节点

先计算腹杆与节点板连接焊缝：
（44）杆N=257KN
肢背

肢尖
(43)杆N=-44.12KN 内力较小，按构造拟定焊缝
(42)杆N=-194.9KN
肢背

肢尖

依照上面计算成果和构建之间应有制作和装配误差，拟定节点板尺寸260 350mm
另一方面验算下弦杆与节点板连接焊缝
内力差
由节点板长度350mm，角焊缝计算长度
采用hf=6mm，肢背焊缝应力

4.2上线节点
（23）节点

（44）杆N=257KN

肢背

肢尖
(45)杆N=-340.2KN

肢背

肢尖
验算上弦节点与节点板连接焊缝：节点缩进8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=44.172KN.

量节点板宽415mm
焊缝承担内力差
偏心距e=11-3.16=7.84mm 偏心力矩M=*e=332.3*7.84=26.05KNM
hf2=10mm

4.3 屋脊节点
（17）节点 hf=10mm

拼接角钢长度
上弦节点板之间焊缝：
上弦肢尖与节点板连接焊缝按上弦内力15%计算，肢尖焊缝hf=10，节点板长度45cm
则节点一侧弦焊缝计算长度

4.4跨中节点
（5）节点 N5=522.48KN

肢背

肢尖
腹杆不受力，按构造焊接，=5mm
因此节点板取。

4.5 支座节点
（9）节点
为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢底面与支座地板净距离取160mm，在节点中心加劲肋高度与节点板高度相等，厚度12mm。
4.5.1 支座底板计算
支座反力 R=309.2544KN 混泥土C20
所需底板面积

锚栓直径取d=25mm锚栓孔直径为50mm，
所需底板面积A=An+A0=322.14+2*4*5+(3.14*52/4)=381.8cm2
按构造规定采用底板面积为a*b=28*28=784>381.8cm2
垫板采用—100*100*20，孔径26mm，实际底板面积为

地板实际应力：

查表4.8=0.056，则：
M==0.0564.271892=8542Nmm
底板厚度：

因此底板尺寸
4.5．2 加劲肋与节点板连接焊缝计算
一种加劲肋连接焊缝所承受内力取V=R/4=309.2544/4=77.3KN
M=Ve=77.37=541.1KNcm。加劲肋高度，厚度取与中间节点板相似（即）,。采用=6mm，验算焊缝应力：

4.5.3节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用
=8mm，实际焊缝总长度：

焊缝设计应力：

五、参照文献
1、戴国欣主编.钢构造（第三版）.武汉：武汉理工大学出版社，
2、张耀春，周绪红.钢构造设计原理.高等教诲出版社，
3、建筑构造荷载规范（GB5009-）
4、钢构造设计规范（GB50017-）
5、建筑构造制图原则（GB/T50105-）

六、结束语
通过一种星期努力，过程曲折可谓一言难尽，其中有不理解，有困惑。从开始时满富激情到最后汗水背后复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计，我才真正领略到“艰难奋斗”这一词真正含义，我才意识到老一辈构造工程师们为咱们社会付出。我想说，构造设计的确有些辛苦，但苦中也有乐，在如今物欲很流世界，很少有人能完全静下心来做设计，但咱们可以，并且构造设计也是一种团队任务，一起工作可以让咱们有说有笑，互相协助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年相处还赶不上一周课程设计，我感觉我和同窗们之间距离更加近了。
说实话，课程设计真有点繁琐．然而，当我一着手清理自己设计成果，漫漫回味这一周心路历程，一种少有成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完第一步，也是人生一点小小胜利，然而它令我感到自己成熟许多，另我有了一种”春眠不知晓”感悟． 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必要耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱。有几次由于不小心计算出错，只能毫不情意地重来．但一想到此后自己应当承担社会责任，想到世界上由于某些细小失误而浮现令世人无比震惊事故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待良好习惯，这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得磨练。短短一周课程设计，使我发现了自己所掌握知识是真正如此缺少，自己综合应用所学专业知识能力是如此局限性，几年来学习了那么多课程，今天才懂得自己并不会用．想到这里，我真心急了，教师却对我说，这阐明课程设计的确使我你有收获了．教师亲切勉励了我信心，使我更加自信．
最后，我要感谢潘晋教师，是您敬业精神感动了我，是您教诲启发了我，是您盼望勉励了我，我感谢教师您今天又为我增添了一幅坚硬翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪。