土木工程学院钢结构课程设计

1、一、设计题目许昌学院理工楼结构大厅钢屋架设计二、设计基本资料：1工程概况图1 柱网布置图 图1 为许昌学院理工综合楼结构大厅柱网布置图，跨度为19.8m，长度为51.45m，结构大厅纵向两排柱子为牛腿柱，设置吊车梁，故需考虑振动荷载。采用1.8m×7.2m预应力混凝土大型屋面板，15cm厚泡沫混凝土保温层和卷材屋面。雪荷载及积灰荷载按照规定采用，雪荷载0.7 KN/mm2，屋面积灰荷载0.07KN/mm2。屋架支撑于钢筋混凝土柱上，按铰接点计算。钢材选用Q235-B，焊条选用E43，手工焊。屋架形式及几何尺寸如图所示梯形钢屋架支撑布置如图所示：3 . 荷载计算屋面活荷载0.7KN/m

2、²进行计算。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1.41.4×1.351.89屋架及支撑自重0.450.15×1.350.608屋面防水层0.40.4×1.350.54找平层0.40.4×1.350.54永久荷载总和2.653.578屋面检修荷载0.50.5×1.40.7可变荷载总和0.50.7荷载组合方法：1、全跨永久荷载全跨可变荷载2、全跨永久荷载半跨可变荷载3、全跨屋架（包括支撑）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷载4. 内力计算计算简图如下屋架构件内力组合表杆件名

3、称杆件编号单位荷载 F1静载作用（KN/m²）活载（KN/m²）0.7杆件内力计算内力在左在右全跨全部恒载3.578屋架支撑0.608大型屋面板1.89在左在右全部组合一组合二组合三在左在右全部上弦杆AB0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 BC-4.69 -2.16 -6.23 -22.28 -3.79 -8.86 -4.09 -11.77 -3.28 -1.51 -4.36 -143.84 -138.02 -86.01 -143.84 CD-4.68 -2.1

4、6 -6.22 -22.25 -3.78 -8.85 -4.08 -11.75 -3.28 -1.51 -4.35 -143.63 -137.83 -85.89 -143.63 DE-6.21 -3.93 -9.00 -32.19 -5.47 -11.73 -7.42 -17.01 -4.34 -2.75 -6.30 -207.85 -197.30 -116.34 -207.85 EF-6.20 -3.92 -8.99 -32.17 -5.47 -11.72 -7.42 -16.99 -4.34 -2.75 -6.29 -207.70 -197.15 -116.26 -207.70 FG-5.

5、32 -5.32 -9.10 -32.57 -5.54 -10.06 -10.06 -17.21 -3.73 -3.73 -6.37 -210.32 -196.02 -104.32 -210.32 下弦杆ab-1.21 -2.82 -3.49 -12.49 -2.12 -2.29 -5.34 -6.60 -0.85 -1.98 -2.44 -80.62 -72.00 -28.38 -80.62 bc1.87 -0.83 1.01 3.60 0.61 3.53 -1.57 1.90 1.31 -0.58 0.70 23.25 26.51 29.44 29.44 cd2.07 0.72 2.31

6、8.26 1.40 3.91 1.36 4.36 1.45 0.51 1.62 53.33 52.43 36.52 53.33 斜腹杆aB-5.06 -2.05 -6.51 -23.31 -3.96 -9.56 -3.87 -12.31 -3.54 -1.43 -4.56 -150.49 -144.99 -92.14 -150.49 Bb3.38 1.83 4.68 16.76 2.85 6.39 3.46 8.85 2.37 1.28 3.28 108.19 103.28 62.69 108.19 bD-2.15 -1.79 -3.42 -12.25 -2.08 -4.06 -3.39 -6

7、.47 -1.51 -1.25 -2.40 -79.09 -74.28 -41.31 -79.09 Dc0.73 1.55 1.83 6.55 1.11 1.38 2.93 3.46 0.51 1.08 1.28 42.27 38.11 16.21 42.27 Cf0.38 -1.54 -0.71 -2.54 -0.43 0.72 -2.90 -1.34 0.27 -1.07 -0.50 -16.41 -12.29 2.99 -16.41 Fd-1.45 1.36 -0.48 -1.73 -0.29 -2.73 2.56 -0.91 -1.01 0.95 -0.34 -11.16 -14.81

8、 -21.82 -21.82 竖杆Aa-0.50 0.00 -0.50 -1.79 -0.30 -0.95 0.00 -0.95 -0.35 0.00 -0.35 -11.55 -11.55 -8.63 -11.55 Cb-0.93 0.03 -0.91 -3.27 -0.56 -1.77 0.06 -1.73 -0.65 0.02 -0.64 -21.10 -21.18 -16.07 -21.18 Ec-0.95 0.03 -0.93 -3.34 -0.57 -1.80 0.05 -1.77 -0.67 0.02 -0.65 -21.58 -21.66 -16.42 -21.66 Gd0.0

9、8 0.08 0.85 3.03 0.52 0.15 0.15 1.60 0.06 0.06 0.59 19.58 16.68 3.90 19.58 5. 杆件设计1、 上弦杆整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=210.32KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：， 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=115.16 KN，中间节点板厚度选用6mm，支座节点板厚度选用8mm设60，0.807，截面积为需要回转半径： 查表选用2 110×70×6验算 满足长细比要求，查表 满足要求屋架杆件截面选择表杆件编号内力（KN）计算长度cm截面规格截面面积

10、（cm²）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数计算应力 （N/mm²）上弦FG-210.32150.830.162 110×70×621.22.013.5475.085.2150.000.7200.655151.55下弦ab-80.62300885 2 100×80×1034.40 2.53 4.63 118.58 191.14 150.00 0.447 0.204 -114.88 斜腹aB-150.49 2532532 100×63×1031.00 1.74 4.86 145.40 52.06 150.00

11、0.322 0.847 -150.76 Bb108.19 209.04261.32 90×56×514.42 1.59 4.32 131.47 60.49 350.00 0.383 0.807 195.89 bD-79.09 229.12286.42 90×56×514.42 1.59 4.32 144.10 66.30 150.00 0.329 0.774 -166.71 Dc42.27 229.12286.42 70×45×511.22 1.28 3.14 179.00 91.21 350.00 0.227 0.614 165.9

12、6 Cf-16.41 249.92312.42 100×63×619.24 1.79 4.78 139.62 65.36 150.00 0.349 0.780 -24.44 Fd-21.82 249.92312.42 100×63×619.24 1.79 4.78 139.62 65.36 150.00 0.349 0.780 -32.50 竖杆Aa-11.55 159.21992 63×40×58.12 1.14 3.09 139.65 64.40 150.00 0.349 0.786 -40.76 Cb-21.18 183.222

13、92 70×45×511.22 1.28 3.41 143.13 67.16 150.00 0.333 0.769 -56.69 Ec-21.66 207.22592 75×50×1023.60 1.38 3.72 150.14 69.62 150.00 0.308 0.757 -29.80 Gd19.58 231.22892 70×45×511.22 1.28 3.14 180.63 92.04 350.00 0.225 0.608 77.561、 节点设计 下弦节点 用E43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值160MPa。a

14、.下弦节点“b”，设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝为6mm。所需的焊缝长度为肢背：，取70mm。肢尖：，取50mm。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝为6mm。所需的焊缝长度为肢背：，取50mm。肢尖：，取50mm。“Cb”杆内力很小，取6mm。综合取节点板尺寸300mm×230mm下弦与节点板连接的焊缝长度为30.0cm，6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N110.06KN，受力较大处的肢背出的焊缝应力为:<160MPa焊缝强度满足要求1. 上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸同上。设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝8mm和6mm，所需焊缝长度为肢背： ，取70mm肢尖：，取5

15、0mm节点板上边缘缩进上弦肢背8mm。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的折减系数。假定集中荷载P与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：=6mm，8mm上弦与节点板焊缝长度为290mm，则上弦肢尖角焊缝的切应力为2. 上弦节点“C”设“Cb”杆的肢背和肢尖焊缝为6mm。所需的焊缝长度为肢背：，取50mm。肢尖：，取50mm。验算节点板强度上弦与节点板焊缝长度为173mm，则上弦肢尖角焊缝的长度为126mm的切应力为4.屋脊节点“K”设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝8mm，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

16、接角钢长度取180mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下设“FG”杆的肢背和肢尖焊缝为8mm和6mm。所需的焊缝长度为肢背：，取110mm。肢尖：，取60mm。验算节点板强度上弦与节点板焊缝长度为150mm，则上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15计算，11761596mm，焊缝应力为3.支座节点“A”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度10mm。（1） 支座底板的计算。支座反力R23101×6（竖向支座反力单位系数）138606N。设支座地板的平面尺寸采用240×360mm，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280×23064400mm²。验算柱顶混凝土强度：支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，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，每块板的单位宽度的最大弯矩为底板厚度，取t16mm（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反力的1/4，