钢屋架杆件节点设计

目录一钢结构课程设计任务书 (1)二钢结构课程设计计算书 (3)1 支撑布置 (3)2 荷载计算 (4)3 内力计算 (6)4 杆件设计 (7)5 节点设计 (18)三附图1钢屋架施工图2钢屋架节点详图和材料表一、 钢 结 构 课 程 设 计 任 务 书一、设计资料 1、结构形式某厂房跨度为21m ，总长90m ，柱距6m ，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m 预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为10:1 i 。

地区计算温度高于-200C ，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m ；厂房内桥式吊车为2台150/30t （中级工作制），锻锤为2台5t 。

2、 屋架形式及选材屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。

屋架采用的钢材及焊条为：1班学号为单号的同学用235Q 钢，焊条为43E 型，学号为双号的同学用345Q 钢，焊条为50E 型；2班学号为单号的同学用345Q 钢，焊条为50E 型，学号为双号的同学用235Q 钢，焊条为43E 型。

3、荷载标准值（水平投影面计）① 永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m 2保温层 0.65KN/m 2(按附表取) 一毡二油隔气层 0.05 KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.3 KN/m 2预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m 2屋架及支撑自重：按经验公式L=计算： KN/m212.0+.0q11悬挂管道： 0.15 KN/m2②可变荷载：屋面活荷载标准值：27.0mkN/雪荷载标准值： 0.35KN/m2积灰荷载标准值： 1.0 KN/m2(按附表取)二、设计内容1、计算书部分进行桁架支撑布置，画出屋架结构及支撑的布置图；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行荷载计算、内力计算、内力组合，设计各杆件截面；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。

一丶设计资料厂房总长60ｍ，跨度为24m，屋架间距b=6m，端部高度H=1990mm，中部高度H=3190mm1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。

柱的混凝土强度等级为C20，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。

地区计算温度高于—20℃，无需抗震设防。

2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。

屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊3、屋盖结构及荷载采用无檩体系。

用1.5×6.0预应力混凝土屋板。

荷载：①屋架及支撑自重：q=0.384KN/m²②屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m²，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m²，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值③屋面个构造层的恒荷载标准值：水泥砂浆找平层0.4KN/m²保温层 0.4KN/m²预应力混凝土屋面板 1.6KN/m²永久荷载总和=2.784KN/㎡，活荷载总和=0.7 KN/㎡4、荷载组合。

一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。

节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.2；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7）F=（1.2×2.7844+0.7×1.4）×1.5×6=37.2 KN按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.35；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7）F=（1.35×2.784+0.7×1.4×0.7）×1.5×6=38.2KN故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力R=8F=305.6 KN二丶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。

屋面坡度i=1/10；＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取屋架计算跨度L3190mm，下端起拱50mm。

一柱间的上弦平面设置刚性系杆，以保证安装时上弦的稳定，在第一柱间的下弦平面也设置刚性系杆传递永久荷载：预应力钢筋混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4×1.35=1.89 kN/mm2防水层(三毡四油，上铺小石子)0.4×1.35=0.54kN/mm220㎜厚水泥砂浆找平层20×0.02×1.35=0.54 kN/mm2屋架和支撑自重(0.12+0.011×30)×1.35=0.61 kN/mm23.58kN /mm2可变荷载：屋面活荷载0.7×1.4×0.7=0.68 kN/mm2设计屋架时，应考虑以下3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P＝(3.58＋0.68)×1.5×6=38.34 kN 屋架在全跨永久荷载＋全跨可变荷载作用下的计算简图如下：节点板的强度验算及稳定性验算略。

上弦杆计算长度：根据支撑布置情况，屋架平面外计算长度取y l 0＝4523mm ，屋架平面内为节间轴线长度，即x l 0＝1508mm 。

假定λ=60，则查表得ϕ=0.807。

所需截面积 A=N/ϕf =869930/(0.807×215)=5013.86mm 2所需回转半径 λ/0x x l i == 1508/60 = 25.13 mm λ/0y y l i == 4523/60 =75.38 mm根据需要的A 、x i 、y i 查角钢规格表，选用2∠160×100×12（短肢相并），见图3(a)。

A =60.108㎝2，x i =2.82cm, y i =7.74cm 。

按所选角钢进行长细比及稳定性验算：==x x x i l /0λ150.8/2.82 =53.48< [λ] = 150 ==y y y i l /0λ452.3/7.74 = 58.44< [λ] = 150由y λ = 58.44查表得x ϕ= 0.816，则σ = N/ϕA = 869930/(0.816×6010.8) = 177.36N/㎜2</215N f =㎜2所选截面满足要求。

一、设计资料：1.某厂房总长度60m ，跨度为18m.，柱距6m 。

车间内设有两台30/5吨中级工作制吊车。

屋架端高1900mm,屋面坡度为1/10,置于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C25，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m 。

计算最低温度-200C 。

采用1.5×6.0m 预应力混凝土大型屋面板和卷材屋面。

二、结构形式与布置图：屋架支撑布置图如下图所示。

02279a.18米跨屋架(几何尺寸)b.18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值Aacege'c'a'+2.5370.000-4.371-5.636-4.551-3.357-1.8500.00-4.754-1.862+0.615+1.17+1.344+1.581+3.158+0.540-1.632-1.305-1.520-1.748-1.0-1.0+0.4060.000.00-0.5+5.325+5.312+3.967+2.637+0.933BC DE FGF 'E 'D 'C 'B 'A '0.5 1.0 1.01.01.0 1.0 1.0c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值四、荷载计算与组合1、荷载计算预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡×1.35=1.89kN/m 2 三毡四油防水层 0.4kN/㎡×1.35=0.54kN/m 2 找平层（20mm 厚） 0.4kN/㎡×1.35=0.54kN/m 2 泡沫混凝土保温层 （80mm ） 0.48kN/㎡×1.35=0.648kN/m 2 钢屋架和支撑自重 （0.12+0.011×30）×1.35=0.608kN/㎡ 管道荷载 0.1×0.35=0.135 kN/㎡ 永久荷载总和 4.361 kN/㎡屋面活荷载 0.5×1.4=0.7kN/㎡ 积灰荷载 0.5×1.4=0.7kN/㎡ 可变荷载总和 1.4 kN/㎡2、荷载组合计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：1全跨永久荷载+全跨可变荷载F=（4.361+1.4）×1.5×6=51.849kN2全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=4.361×1.5×6=39.249 kN半跨节点可变荷载：F2=1.4×1.5×6=12.6 kN3全跨屋架（包括支撑）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=0.608×1.5×6=5.47kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=（1.89+0.5）×1.5×6=21.51 kN四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=448.43kN（压），由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取12mm；其余节点板与垫板厚度取10mm。

节点设计的一般要求①在原则上，桁架应以杆件的形心线为轴线并在节点处相交于一点，以避免杆件偏心受力。

为了制作方便，通常取角钢背或T型钢背至轴线的距离为5mm的倍数（图 1）。

在螺栓（或铆钉）连接的桁架中，杆件轴线可取螺栓孔准线，双排螺栓时取靠近角钢背的内排螺栓孔准线，这样便于放线而偏心距离不大；也可仍取形心线（取整至5mm倍数）为轴线而螺栓也偏离轴线。

图1 节点构造要求②当节点两侧弦杆截面有改变时，可取左右侧弦杆形心轴线（取整至5mm倍数）相重合；但为拼接构造和上弦杆上放置屋面构件的方便，通常也可做成两侧角钢背的外表面平齐，这时两侧开心线错开，可取其平均值z处（取整至5mm倍数）作为该节点弦杆（或全弦杆）的公共轴线，腹杆交汇于公共轴线上的节点中心。

当两侧形心轴依稀的距离e（图 2）不超过较大弦杆的截面高度的5%时，可不考虑此偏心影响。

图2 弦杆轴线的偏心当偏心距离超过上述值，或者由于其它原因使节点处有较大偏心弯矩时，应根据交汇处各杆的线刚度，将此弯矩分配于各杆（图 2b）。

所计算杆件承担的弯矩为：i i iK M M K =Σi 式中 M ——节点偏心弯矩，对（图 2）的情况，M ＝N 1e ；K i ——所计算杆件线刚度；Σ K i ——汇交于节点的各杆件线刚度之和。

③ 节点各杆件边缘间应留一定间隙（图 1 c ），以利拼装和施焊，并避免焊缝过分密集而使钢材焊接过热变脆。

一般取c ≥20mm ；对直接承受动力荷载的焊接桁架，腹杆与弦杆之间的间隙取c ≥50mm 。

在此前提下c 不宜过大，以免节点板过分加大而其刚度和受压稳定性变差。

桁架图中一般不直接标明各处c 值，而是注明各切断杆件的端距（图 1 e 1～e 3），以控制有足够的间隙。

④ 焊接桁架中节点板通常伸出弦杆角钢外边缘（一般是角钢背）约15mm ，以便布置焊缝，并用注明节点板尺寸h 2来控制（图 1）。

但屋架的上弦节点为便于搁置屋面构件（檩条、大型屋面板等），可将节点板缩进弦杆角钢背d ＝5～10mm （一般用d ≈0.6t ，t 为节点板厚度），而用槽焊缝连接（图3，符号）。

五、节点设计重点设计“E ”、“R ”、“B ”、“A ” “K ”五个典型节点，其余节点设计类同。

1．下弦B 节点先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即h f 和l w 。

然后根据l w 的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。

选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f wt ＝160N/m ㎡，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。

（1）BK 杆的内力N=90.23KN ，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝h f =6mm ，所需要的焊缝长度为：mm l w 633= N f l h N w f f w f 84.10329916022.126367.07.033=⨯⨯⨯⨯⨯=∑=β肢背mm f h N N l wf f w 1471216067.0292.51649105.3117.07.022/7.0331=+⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯-=，取150mm 肢尖mm f h N N l wff w 701216067.0292.51649105.3113.07.022/3.033=+⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯-=，取80mm （2）2-13杆的内力N=243.97KN ，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝h f =6mm ，所需要的焊缝长度为：mm l w 803=N f l h N w f f w f 4.131********.128067.07.033=⨯⨯⨯⨯⨯=∑=β肢背mm f h N N l wf f w 901216067.022.655871097.2437.07.022/7.033=+⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯-=，取100mm 肢尖mm f h N N l w f f w 181216067.022.655871097.2433.07.022/3.033=+⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯-=，取60mm（1） 竖杆2-12杆的内力N=-47.92KN ，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取h f =8mm 。

一、设计资料：1.某厂房总长度60m ，跨度为18m.，柱距6m 。

车间内设有两台30/5吨中级工作制吊车。

屋架端高1900mm,屋面坡度为1/10,置于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C25，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m 。

计算最低温度-200C 。

采用1.5×6.0m 预应力混凝土大型屋面板和卷材屋面。

二、结构形式与布置图：屋架支撑布置图如下图所示。

02279a.18米跨屋架(几何尺寸)b.18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值Aacege'c'a'+2.5370.000-4.371-5.636-4.551-3.357-1.8500.00-4.754-1.862+0.615+1.17+1.344+1.581+3.158+0.540-1.632-1.305-1.520-1.748-1.0-1.0+0.4060.000.00-0.5+5.325+5.312+3.967+2.637+0.933BC DE FGF 'E 'D 'C 'B 'A '0.5 1.0 1.01.01.0 1.0 1.0c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值四、荷载计算与组合1、荷载计算预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡×1.35=1.89kN/m 2 三毡四油防水层 0.4kN/㎡×1.35=0.54kN/m 2 找平层（20mm 厚） 0.4kN/㎡×1.35=0.54kN/m 2 泡沫混凝土保温层 （80mm ） 0.48kN/㎡×1.35=0.648kN/m 2 钢屋架和支撑自重 （0.12+0.011×30）×1.35=0.608kN/㎡ 管道荷载 0.1×0.35=0.135 kN/㎡ 永久荷载总和 4.361 kN/㎡屋面活荷载 0.5×1.4=0.7kN/㎡ 积灰荷载 0.5×1.4=0.7kN/㎡ 可变荷载总和 1.4 kN/㎡2、荷载组合计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：1全跨永久荷载+全跨可变荷载F=（4.361+1.4）×1.5×6=51.849kN2全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=4.361×1.5×6=39.249 kN半跨节点可变荷载：F2=1.4×1.5×6=12.6 kN3全跨屋架（包括支撑）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=0.608×1.5×6=5.47kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=（1.89+0.5）×1.5×6=21.51 kN四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=448.43kN（压），由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取12mm；其余节点板与垫板厚度取10mm。

毕业论文（设计）钢结构课程设计--梯形屋架设计任务梯形屋架设计任务1 设计资料梯形屋架，建筑跨度为18m，端部高度为1.99m，跨中高度为2.89m，屋架坡度i 1/10,屋架间距为6m，屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm ×400mm，混凝土采用。

屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑（如图1-1所示）。

屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠岩（）20mm 厚水泥砂浆找平层，屋面雪荷载为，钢材采用3号钢（Q390）。

2设计要求2.1 屋面雪荷载取值：按分组序号，取用设计资料屋面雪荷载+0.1×分组序号（第2组，屋面雪荷载取值为：+0.1×2 ）。

2.2 设计中，应绘制出必要的节点详图等图纸。

2.3 其他条件与设计资料相同。

3 荷载计算3.1 永久荷载预应力钢筋混凝土大型屋面板：三毡四油防水层及及找平层（20mm）120mm厚泡沫混凝土保温层：3.2 可变荷载屋面雪荷载：3.3 荷载组合永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为：4 内力计算桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法（图2-1）求得表3-1。

如图2-1 表3-1杆件轴线长 F荷载内力（kN）弦杆①1358 0 ③1507 -219.323 ④1508 -219.323 ⑥1507 -317.055 ⑦1508-317.055 ⑨1507 -320.896 下弦杆②2850 +127.613 ⑤3000 +280.577 ⑧3000 +326.711斜杆 a 2519 -229.156 b 2602 +161.628 c2859 -119.159 d 3118 +66.399 e 3118-24.318 f 3118 -16.317竖杆 A-B 1990 -17.622 C-D 2290 -35.244 E-F 2590 -35.244 G-H 2890 +28.618杆件内力图5 截面选择5.1 上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面，以最大轴力⑨杆来选择：在屋架平面内的计算长度，屋架平面外的计算长度。