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1、钢 结 构 课 程 设 计班 级： 建工二班 姓 名： 学 号： 20117415 指导老师： 郭仕群 2013年11月25日 一、设计资料1、题号30的已知条件：梯形钢屋架跨度24，长度96m，柱距6m。该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m。冬季最低温度为20，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i1/16。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.3 kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400
2、 mm400 mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：lo=24-20.15=23.7m。3、跨中及端部高度：本次设计为无檩体系屋盖，由于乌鲁木齐市的年降水量很少故采用缓坡梯形屋架，取屋架在24m轴线处的端部高度ho=1.990m，屋架的中间高度h=2.787m(为lo /7.9)，屋架在23.7m处，两端高度为ho= 1.990m。屋架跨中起拱按10/500考虑，取50mm。二、结构形式与布置屋架型式及几何尺寸如图1-1所示。 图1-1梯形屋架的形状和几何尺寸根据厂房长度（96m60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭
3、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的规格有所不同。在上弦平面设置了刚性系杆与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。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。梯形钢屋架支撑布置如图1-2所示。 垂直支撑1-1 垂直支撑2-2 桁架上弦支撑布置图 桁架下弦支撑布置图 图1-2 梯形屋架支撑布置三、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。因此，取屋面活荷载0.7 kN/m2进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式gk=(0.12+
4、0.011l)kN/m2计算。荷载计算见表1-3： 荷载计算荷载名称标准值（kN/m2）设计值（kN/m2） 永久荷载预应力混泥土大型屋面板1.41.41.35=1.89三毡四油防水层0.40.41.35=0.54找平层（厚20mm）0.0220=0.40.41.35=0.54100mm厚泡沫混凝土保温层0.16=0.60.61.35=0.81屋架和支撑自重0.12+0.01127=0.4170.4171.35=0.563管道荷载0.10. 11.35=0.135永久荷载总和3.1974.316可变荷载屋面活荷载0.70.71.4=0.98可变荷载总和0.70.98设计屋架时，应考虑以下三种荷
5、载组合。1. 全跨节点永久荷载+全跨可变荷载。全跨节点永久荷载及全跨可变荷载为F=(4.271+1.82) 1.56=54.891kN2. 全跨节点永久荷载+半跨节点可变荷载。全跨节点永久荷载为： F1=4.2711.56=38.439kN半跨节点可变荷载为： F2=1.821.56=16.38kN3. 全跨节点屋架（包括支撑）自重+半跨节点屋面板自重+半跨屋面活荷载。全跨节点屋架自重为： F3=0.5181.56=4.662 kN半跨节点屋面板自重及活荷载为： F4=（1.89+0.7）1.56= 23.31kN四、内力计算 屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图1-4所示。由图解法或数
6、解法得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如表1-5所示。 （a） （b） （c） 图1-4 屋架计算简图五、杆件设计1.上弦杆。整个上弦杆采用等截面，按FG.FH杆件的最大设计内力设计，即N=-973.04KN。上弦杆计算长度计算如下: 在屋架平面内：为节间轴线长度，即 lox=l0=1.503cm 在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取loy为支撑点间的距离，即 loy=31.503=4.509m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相
7、并，如1-6图所示。腹杆最大内力N=-505.98KN，中间板厚度选用10mm，支座节点板选用12mm。设=60，钢材采用Q235，查附表12-2稳定系数表，可得=0.807 2L160x100 x12 图1-6 上弦杆截面表1-5（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为 需要的回转半径为 根据需要的A、ix、iy查角钢规格表，选用 2L160x110x10 ，肢背间距a=12mm则A=5680mm ix =31.3mm;iy=87.1mm。 按所选角钢进行验算： 由于，由查表得，则 所以所选截面合适。2.下弦杆。整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算，则N=98
8、9.48KN。l0x=3000mm,l0y=23700/2=11850mm(因跨中有通长系杆)，所需截面面积为 A=N/=989480/215=46.02mm2 选用2L18011010，如图1-7所示。可得A=5680 mm24602mm2,ix=3.13cm2,iy=8.71cm2。 2L16010010 图1-7 下弦杆截面按所选的角钢进行验算： 六、节点设计（1）下弦节点b各杆件的内力由表1-5查的。 设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即hf和lw，然后根据l=lw+2hf的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。采用E43型焊条，角焊缝的
9、抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=160Mpa。 设“Bb”杆的肢背焊缝hf1= 8 mm，肢尖焊缝hf2= 6 mm，（最好根据构造要求选定焊角尺寸）则验算如下: 该节点如图1-12所示。 图1-12 下弦节点“4”（2）上弦节点“22”（见图1-13）。“（38）”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“4”相同。“（37）”杆与节点板的焊缝尺寸计算同上。 设“(37)”杆的肢背焊缝hf1= 14mm，肢尖焊缝hf2= 6 mm，（最好根据构造要求选定焊角尺寸），肢背的焊缝长度为155mm，肢尖的焊缝长度为156mm（均为满焊）。则验算如下：肢背：=0.7N/2helw=0.7193740/20.71
10、4（155-28）=54.48MPa160MPa 故满足要求。肢尖：=0.3N/2helw=0.3193740/20.76（1156-12）=48MPa160MPa 故满足要求。设计节点板的尺寸为310mm295mm为了便于在上弦杆上搁置屋面板，节点板的上边缘可以缩进上肢背 8 mm。采用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝的强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可以略去屋架上弦坡度的影响，并考虑到P对槽焊缝长度中点的偏心距较小，所以略去由此偏心引起的弯矩。上弦肢背槽焊缝内的应力不用验算。 肢尖焊缝承受弦杆内力差N=982.789816.36= 166.43 kN
11、，偏心距e= 100-25=75mm，偏心力矩M=Ne=166.430.075= 12.78kNm，按构造要求取肢尖hf2= 6mm，则上弦杆肢尖角焊缝的剪应力为 f=166430/（0.726298）=66.5Mpa由偏心力矩引起的正应力为 f=6M/2helw2=612780000/（20.762982）=102.8Mpa则焊缝强度为 160Mpa所以满足强度要求。该节点如图1-13所示。 图1-13 上弦节点“22”（3）屋脊节点“30”（见图1-14 ）。弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，病便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去直肢的一部分宽度（一般为
12、t+hf+5mm）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板开补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。 设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝hf= 10mm。焊缝计算长度为（一条焊缝） lw=1019066/（40.710160）=227.5mm 拼接角钢的长度ls=2（lw+2he）+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取520mm 上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，焊缝验算方法与节点“22”处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此内力产生的弯矩。设肢尖焊缝hf= 10mm ，取节点长度为 400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 lw=400/2-10-20=170mm焊缝应力为 f=0.151019066/（0.7210170）=64.2Mpa f=6M/
