钢结构课程设计正文

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1、钢结构课程设计专 业： 土 建 系 班 级： 08 级建工（2）班 姓 名： 邵文凡 2目录一 设计资料.（3）二 结构形式与布置.（3）三 荷载计算.（4）四 内力计算.（5）五 杆件设计.（6）.六 节点设计.（14）3一、设计资料1、根据任务书的已知条件：梯形钢屋架跨度 27m，长度 90m，柱距 6m。该车间内设有两台 20/5 t 中级工作制吊车 ，两端铰支于钢筋混凝土阶梯柱上，上柱采用截面为 400 mm400 mm，混凝土标号为 C30。屋面采用 1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板，板面以上依次为：三毡四油防水层、20mm 厚水泥砂浆找平层、80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋

2、面，屋面坡度 i1/10。屋面活荷载标准值为 0.5 kN/m2，雪荷载标准值为0.4 kN/m2，积灰荷载标准值为 0.3 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱钢材采用 Q235B 级，焊条采用 E43 型。2、屋架计算跨度：l o=27-20.15=26.7m。3、跨中及端部高度：本次设计为无檩体系屋盖，采用缓坡梯形屋架，取屋架在27m 轴线处的端部高度 ho=2000mm，屋架的中间高度 h=2844mm，屋架在 26.7m 处，两端高度为 ho= 2005m。屋架跨中起拱按 lo/500 考虑，取 53mm。 二、结构形式与布置屋架型式及几何尺寸如图 1-1 所示。205 150

3、8150819 1508135029259030434015268362782991370830 04511503A KJHGFEgedcfDCBba图 1-1 梯形屋架的形状和几何尺寸根据厂房长度（90m60m） 、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

4、-14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5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 0.3kN/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+0.011l)kN/m2计算。荷载计算见表 1-3：设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合，在组合时，偏于安全不考虑屋面活荷载的组合值系数。表 1-3 荷载计算荷载名称 标准值（kN/m 2） 设计值（kN/m 2）预应力混泥土大型屋面板 1.4 1.41.35=1.89三毡四油防水层 0.4 0.41.35=0.5

5、4找平层（厚 20mm） 0.0220=0.4 0.41.35=0.54100mm 厚泡沫混凝土保温层 0.18=0.8 0.81.35=1.08屋架和支撑自重 0.12+0.01127=0.417 0.4171.35=0.563永久荷载永久荷载总和 3.417 4.613屋面活荷载 0.5 0.51.4=0.7可变荷载 可变荷载总和 0.5 0.7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=(4.613+0.7) 1.56=47.817kN（1） 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=4.6131.56=41.517kN半跨节点可变荷载为F2=0

6、.71.56=6.3kN（2） 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=0.5631.56=5.067 kN半跨节点屋面板自重及活荷载为F4=（1.89+0.7）1.56= 23.31kN上面的计算中， （1） 、 （2）为使用阶段荷载情况， （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的计算简图如图 1-4 所示。6（a）（b）（c） 图 1-4 屋架计算简图由图解法或数解法得 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。五、杆件设计1

7、.上弦杆。整个上弦杆采用等截面，按（21） 、 （22）杆件的最大设计内力设计，即 N=-1019.066KN。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 l ox=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 l oy=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，短肢相并，如 1-6 图所示。 （注：腹杆最大内力 N=-482.369KN，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

8、 12-2 稳定系数表，可得 =0.807（由双角钢组72L160x100 x12图 1-6 上弦杆截面表 1-58成的 T 形和十字形截面均属于 b 类） ，则需要的截面积为mm4.58732180.96fNA2需要的回转半径为cmloxi.635y17094根据需要的 A、i x、i y查附录 14、附录 15，选用 2L160x100 x12 ，肢背间距a=10mm 则由附录 14 查的 ix =28.2mm；由附录 15 查的 A=6011mm2，i y=77.5mm。按所选角钢进行验算：3.582.1ilox .7.940iyl9由于 ，由 查附表 12-2 得 ，则yxy 817.

9、0Mpa4693.93mm2,ix=2.846cm,iy=7.7cm。2L16010010图 1-7 下弦杆截面按所选的角钢进行验算：=350 4.105.6283ixlo=350.7iyl因此，所选截面合适。3.端斜杆（31） 。杆件轴力为 N=482.369KN，计算长度 l0x=l0y=2496mm。因为 l0x=l0y，故采用不等边角钢，长肢相并，使 ixi y。选用 2L1258010，如图 1-8 所示。则查附录 14、附录 15 可得 A=3942mm2，i x=3.98cm，i y=3.31cm。102L1258010图 1-8 端斜杆截面按所选角钢进行验算：7.6298.34

10、ixlo.51.iyl因 ，则由 查附表 12-2 得 ，则yxy716.0Mpa215Mpa5.3942716.08AN因此，所选截面合适。4.腹杆（40） 。最大拉力：N=9.101KN最大压力：N=-61.715KN计算长度 l0x=0.8l=0.83056=2444.8mm，l 0y=3056mm选用 2L634，如图 1-9 所示，查附录 13 可得A=996mm2，i x=1.96cm，i y=2.94cm。 按所选角钢进行验算：7.124.968ixlo03.5iyl因 ，则由 查附表 12-2 得 ，则yxx4125.Mpa215Mpa.0964125.07AN因此，所选截面合

11、适。112L634图 1-9 腹杆截面5.竖杆（42） 。杆件轴力为：N=-47.664KN计算长度 l0x=0.8l=0.82750=2200mm，l 0y=2750mm选用 2L564，如图 1-10 所示，查附录 13 可得A=878mm2，i x=1.73cm，i y=2.67cm。按所选角钢进行验算：2.17.30ixlo6.5iyl因 ，则由 查附表 12-2 得 ，则yxx401.Mpa215Mpa.1358740.AN因此，所选截面合适。2L56412图 1-10 竖杆截面在此，其他各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表 1-11。表 1-11表 1-11表

12、1-11六、节点设计（1）下弦节点“4” （见图 1-12） 。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，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 ffw=160Mpa。设“(38)”杆的肢背焊缝 hf1= 10 mm，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 114mm，肢尖的焊缝长度为 100mm（均为满焊） 。则验算如下：肢背：=0.7N/2h elw=0.7126310/2

13、0.710（114-20）=67.186MPa160MPa 故满足要求。肢尖：=0.3N/2h elw=0.3126310/20.76（100-12）=11.6MPa160MPa 故满足要求。由于（39） （40）杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 hf= 4 mm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 325mm265mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 325mm（满焊） ，h f= 6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 N= 1009.195 913.314= 96.6kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为=0.

14、75N/2h elw=0.7596600/20.76（325-12）=28.28MPa160MPa 故满足要求。因此，焊缝强度满足要求。该节点如图 1-12 所示。13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/2h elw=0.7193740/20.

15、714（155-28）=54.48MPa160MPa 故满足要求。肢尖：=0.3N/2h elw=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，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 hf