梯形钢屋架专业课程设计.doc

目录
一、设计资料 2
二、屋架尺寸及结构形式和选型 2
三、 荷载计算 3
1.永久荷载 3
2.可变荷载 3
3.荷载组合 4
四、内力计算 4
五、杆件设计 6
1.上弦杆 6
2.下弦杆 7
3.斜腹杆 8
4.竖杆 9
六、节点设计 10
1.下弦节点C 10
2.上弦节点B 11
3.屋脊节点G 12
4.支座节点A 13
附录：钢屋架施工图

梯形钢屋架课程设计计算书
一、设计资料：
1、 车间柱网部署：长度90m ；柱距6m ；跨度21m
2、 屋面坡度：1：10
3、 屋面材料：预应力大型屋面板
4、 荷载
1） 静载：屋架及支撑自重0.35KN/m²;屋面防水层 0.4KN/m²；找平层0.4KN/m²;大型屋面板自重（包含灌缝）1.4KN/m²。
2) 活载：屋面雪荷载0.35KN/m²；积灰荷载标准值 1.2 KN/m2 屋面活荷载标准值：
5、 材质 Q345B钢，焊条E50XX系列，手工焊。
荷载类型
荷载名称
荷载标准值（KN/m2）
永久荷载
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层
0.4
水泥砂浆找平层
0.4
保温层
0.7
一毡二油隔气层
0.05
水泥砂浆找平层
0.3
预应力混凝土屋面板
1.4
屋架自重
0.12+0.11x21=0.351
可变荷载
屋面活荷载标准值
0.7
积灰荷载
1.20
雪荷载
0.35
6、
二、 结构形式和选型

屋架形式及几何尺寸图所表示

上弦横向水平支撑通常设置在房屋两端且间距不宜大于60m，依据厂房长度(90m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道。
下弦横向水平支撑和上弦横向水平支撑对应部署在同一柱间距内，以形成稳定空间体系。
下弦纵向水平支撑不进行部署。
垂直支撑设置在上、下弦横向支撑柱间内，在屋架两端及跨中竖直面内。
系杆沿房屋纵向通长设置，以确保屋架侧向稳定。
三、 荷载计算
屋面雪荷载和检修荷载不会同时出现，计算时，取较大荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.7KN/m²进行计算。
屋架沿水平投影面积分布自重（包含支撑）按经验公式计算，跨度单位为米（m）.
屋架沿水平投影面积分布自重（包含支撑）按经验公式计算，跨度单位为米（m）
荷载计算表
荷载名称
标准值（KN/m²）
设计值（KN/m²）
预应力混凝土大型屋面板自重
1.4
1.4×1.35＝1.89
屋架及支撑自重
0.35
0.264×1.35＝0.3564
屋面防水层
0.4
0.4×1.35＝0.54
找平层
0.4
0.4×1.35＝0.54
永久荷载总和
2.464
3.3264
屋面活荷载
0.7
0.7×1.4＝0.98
积灰荷载
1.2
1.2×1.4=1.68
可变荷载总和
1.9
2.66
设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：
1、 全跨永久荷载＋全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载：
F=(3.3264+2.66) ×1.5×6=53.8776kN
2、 全跨永久荷载＋半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
F1=3.3264×1.5×6=29.9376kN
半跨节点可变荷载：
F2=2.66×1.5×6=23.94kN
3、 全跨屋架（包含支撑）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活荷载
全跨节点屋架自重：
F3=0.3564×1.5×6=3.2076kN
半跨节点屋面板自重及活荷载：
F4=(1.89+0.7) ×1.5×6=23.31kN
1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。
四、 内力计算
屋架在上述三种荷载组合作用下计算简图以下：

由图解法或数解法解得F=1屋架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出多种荷载情况下内力进行组合，计算结果以下表：

屋架构件内力组合表
杆件名称
内力系数（F=1）
第一个组合

F×1
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力（kN）
全跨

1
左半跨
2
右半跨
3
F1×
1+F2×
2
F1×
1+F2×
3
F3×
1+F4×
2
F3×
1+F4×
3
上弦杆
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0
BC、CD

-7.472

-5.310

-2.162

-402.569

-350.8385

-275.4754

-147.7463

-74.3664

-402.569

DE、EF

-11.262

-7.339

-3.923

-606.763

-512.6406

-431.2685

-207.

-127.5736

-606.763

FG、GH
-12.18
-6.861
-5.319
-656.222
-528.9215
-492.0061
-199.0034
-163.0593
-656.222
下弦杆
Ac

4.100
3.010
1.090
220.8957
194.8134
148.8486
83.3159
38.5607
220.8957
ce

9.744
6.663
3.081
524.977
451.2476
365.4945
186.5733
103.0769
524.977
eg

11.962
7.326
4.636
644.477
533.5267
469.1281
209.1432
146.4393
644.477
gh
11.768
5.884
5.884
634.0245
493.197
493.197
174.9077
174.9077
634.0245
斜腹杆
aB

-7.684
-5.541
-2.043
-413.991
-362.7104
-278.9683
-153.811
72.2726
-413.991
Bc

5.808
3.960
1.848
312.918
268.6939
218.1326
110.9397
61.709
-55.54
312.918
cD

-4.409
-2.533
-1.776
-237.5437
-192.6455
-174.5229
-73.1883
27
45.553
-237.5437
De

2.792
1.222
1.570
150.4246
112.8472
121.1783
37.4415
4
-40.59
150.4246
eF

-1.572
-0.047
-1.525
-84.6946
-48.1909
-83.5742
-6.1379
01
32.917
-84.6946
Fg

0.328
-1.039
1.367
17.6717
-15.0534
42.5463
-23.1669

-25.68
42.5463
gH
0.713
1.913
-1.200
38.4143
67.1444
-7.3808
46.8793
47
67.1444
坚杆
Aa

-0.5

-0.5

0

-26.9358
-26.94
-53.87
-14.97
-29.93
-13.2588
-3.2076
-26.9358

Cc

-1.0

-1.0

0

-53.877
76
-53.87
76
-29.93
-26.5176
-3.2076
-53.877
Ee

-1.0

-1.0

0

-53.877
76
-53.87
76
-29.93
-26.5176
-3.2076
-53.877
Gg

-1.0
-1.0
0

-53.877
76
76
-26.5176
-3.2076
-53.877

五、 杆件设计
（1）上弦杆
整个上弦采取等截面，按FG杆件最大设计内力设计，即N=-656.222KN
上弦杆计算长度：
在屋架平面内：为节点轴线长度：
l0x= l0=1.508m
在屋架平面外：本屋架为无檩体系，而且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，依据支撑部署和内力改变情况，取为支撑点间距离，即：
=3×1.508=4.524m
依据屋架平面外上弦杆计算长度，上弦截面选择两个不等肢角钢，短肢相并。如右图：
腹杆最大内力N=-413.991KN，中间节点板厚度选择10mm，支座节点板厚度选择12mm
设λ＝60，查Q345钢稳定系数表，可得φ＝0.732（由双角钢组成T形和十字形截面均属于b类），则需要截面积为

需要回转半径：

查表选择2└100×63×10 a=10mm
验算

满足长细比要求，查表，则

故所选截面适宜。
（2）下弦杆
整个下弦采取等截面，按cd杆件最大设计内力设计，即N=644.477KN
下弦杆计算长度：
下弦截面选择两个不等肢角钢，短肢相并。
所需截面面积：
查表选择2└ 100×80×6，a=10mm
即，且

满足要求。
（3）腹杆
① aB杆:
计算长度：
杆件轴力：N=-413.991KN
因为，选2└140×90×10
所需面积：

则

（4）竖杆
①竖杆Gg :
杆件轴力：N=-53.877KN
计算长度：
内力较小 按[λ]=150选择
需回转半径：cm =1.93cm

查表选择2 └ 45×4 a=8mm
即
且
，查表得

屋架杆件截面选择表

杆件名称

杆件编号
内力
（KN）
计算长度cm
截面规格
截面面积（cm²）
回转半径（cm）
长细比
许可长细比

稳定系数
计算应力或N/A （N/cm²）

上弦
FGGH
-656.222
150.8
452.4
2└160×110×14
58.23
2.82
7.75
53.48
58.37
150.00

0.745
15.127
下弦
eg
644.477
300
1035
2└100×80×6
20.790
2.85
7.70
105.26
134.42
350.00
_
_
31.00
斜腹
Aa
-26.936
199
199
2└56×5
10.83
1.72
2.69
115.7
73.98
150.00
0.345

7.209
aB
-413.991
253
253
2└140×90×10
44.522
4.47
3.66
56.60
69.13
150.00

0.661
14.067
Bc
312.918
209
261.3
2└ 100×6
23.86
3.1
4.44
67.42
58.85
350.00
-
-
13.115
Cc
-53.877
183.2
229
2└ 56×5
10.83
1.72
2.69
106.51
85.3
150.00
0.392

12.691
cD
-237.544
229.1
286.4
2└100×6
23.86
3.1
4.44
73.9
64.5
150.00
0.621

16.032
De
150.425
229.1
286.4
2└100×6
23.86
3.1
4.44
79.3
64.5
350.00

6.304
竖杆
Ee
-53.877
207.2
259
2└56×5
10.83
1.72
2.69
120.47
96.28
150.00
0.322

15.45
eF
-84.695
249.9
312.4
2└ 100×6
23.86
3.1
4.44
80.61
70.36
150.00
0.568

6.249
Fg
42.546
249.9
312.4
2└56×5
10.83
1.72
2.69
145.29
116.13
350.00
-
-
39.293
Gg
-53.877
231.2
289
2└56×5
10.83
1.72
2.69
134.42
107.43
150.00
0.267

18.648
gH
67.144
271.2
339
2└100×6
23.86
3.1
4.44
87.84
76.35
150.00
0.517

5.443

六、节点设计
（1）下弦节点
用E50型焊条角焊缝抗拉和抗压、抗剪强度设计值＝200MPa。

① 下弦节点“c”
设“Bc”杆肢背＝8mm和肢尖焊缝为＝6mm.所需焊缝长度为

肢背：，取140mm。
肢尖：，取90mm。
“Cc”杆内力很小，杆肢背＝6mm和肢尖焊缝为＝6mm.按结构要求综合取节点板尺寸360mm×460mm
下弦和节点板连接焊缝长度为46cm，＝6mm。焊缝所受力为左右两下弦杆内力差ΔN＝304.08KN，受力较大处肢背出焊缝应力为:

焊缝强度满足要求。

焊缝强度满足要求。

2）上弦节点“B”
“Bc”杆和节点板焊缝尺寸同上。NaB=-413.991kN
设“aB”杆肢背和肢尖焊缝＝10mm和6mm，所需焊缝长度为
肢背： ,取140mm.
肢尖：，取120mm
节点板上边缘缩进上弦肢背8mm，按结构要求取节点板用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8折减系数。假定集中荷载P和上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内应力计算以下：
等于二分之一节点板厚度，，＝10mm,
上弦和节点板焊缝长度为460mm，则

满足要求。
上弦肢尖角焊缝切应力为

满足要求。
3）.脊节点“G”
设拼接角钢和受压弦杆之间角焊缝＝10mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）

拼接角钢长度+弦杆杆端空隙20，拼接角钢长度取400mm。
上弦和节点板之间槽焊缝，假定承受节点荷载，验算以下

节点板长度为360mm，节点板宽度为150mm,
上弦肢尖和节点板连接焊缝，应按上弦内力15％计算，
＝(360/2-10-20)＝150mm，焊缝应力为

4）.支座节点“A”
为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢底面和支座底板净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度和节点板高度相等，厚度12mm。

ａ．支座底板计算。支座反力R＝53822×8=431016N。
设支座地板平面尺寸采取280×400mm，现仅考虑有加劲肋部分底板承受支座反力，则承压面积为An=280×320=64960mm²。验算柱顶混凝土强度：

支座板底厚度按屋架反力作用下弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块，块板为两相邻边自由板，每块板单位宽度最大弯矩为

式中，q为底板下平均应力。a1为两支撑边之间对角线

β为系数，由b1/a1查表，b1为两支撑边相交点到对角线a1 垂直距离。由相同三角形关系，得b2＝85.0mm，b2/a2＝0.49 查表得β＝0.0586

底板厚度，取t＝20mm
ｂ．加劲肋和节点板连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反力1/4，即431016/4=107754N,则焊缝内力为
V=107754N
M=107754×55=5826470N·mm
设焊缝＝6mm，焊缝长度＝528－20－12＝496mm，焊缝应力为

ｃ．节点板、加劲肋和底板连接焊缝计算。设焊缝传输全部支座反力R=431016N，
其中每块加劲肋各R/4＝107754N，节点板传输R/2＝215508N。
节点板和底板连接焊缝长度＝2×（280－12）＝536mm，所需焊脚尺寸为
，故取＝6mm。
每块加劲肋于底板连接焊缝长度为
＝2×（110－20－12）＝156mm
所需焊缝尺寸为
=，故取＝8mm。其它节点计算不再一一列出，见施工结构图。
参考文件:
（1）《土木工程专业 钢结构课程设计指南》，周俐俐、姚勇等编著，中国水利水电出版社、知识产权出版社，1月第1版；
（2）《钢结构（上册）钢结构基础》，陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，6月第二版；
（3）《建筑结构荷载规范》（GB50009-），中国建筑工业出版社，11月第二版；
（4）《钢结构设计规范》（GB50017-），中国计划出版社，。
摘要：掌握钢屋架荷载计算，杆件内力计算和组合，杆件计算长度、截面型式、截面选择及结构要求，填板设置及节点板厚度，一般钢屋架节点设计标准和要求，关键节点设计及计算和结构，和钢屋架施工图内容和绘制。
设计结果应包含设计计算书（A4纸装订成册）和施工图纸1张；每个学生应认真独立完成全部设计任务，结果表面和技术质量符合工程设计文件要求。
作屋盖结构及支撑部署图；对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸计算；设计一个下弦节点、一个上弦节点、屋脊节点、支座节点；绘制运输单元施工图，设计节点应尺寸齐备，满足结构要求。