钢结构课程设计

1、西南大学 钢结构课程设计 专 业： 土木工程 年 级： 2012 班次 (1) 姓 名： 指导教师： 唐海燕 成 绩： 西南大学工程技术学院1.设计资料 重庆地区某梯形屋架跨度21m，屋架间距6m，铰接于钢筋混凝土柱上。厂房长度96m，车间内设有2台5t中级工作制桥式吊车。屋面坡度为1/10，冷弯薄壁卷边槽钢檩条的水平间距为1.5m，无雪荷载，需考虑风荷载,基本风压，屋架钢材采用Q235B，焊条采用E43型。 屋面材料（包括了防水层和保温层的荷载，但不包括檩条和屋架及支撑自重）： 组：压型钢板屋面 0.25kN/m2（坡向）。组：夹芯板屋面 0.3 kN/m2（坡向）。2. 屋架形式、尺寸、材

2、料选择及支撑布置本设计为有檩条屋盖方案，且为梯形屋架，屋面坡度为i=1/10。屋架计算跨度=L-300=20700mm,查规范可知GWJ21轻型屋面梯形钢架端部高度取=1500mm，中部高度=2550mm，屋架几何长度见附图。依据建筑抗震设计规范GB50011-2001，支撑布置见附图，上弦横向水平支撑设置在房屋两端几伸缩缝处第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置竖向支撑，在其余开间展架下弦跨中设置一通长水平系杆，上弦横向水平支撑在节点处设通常系杆。故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向支撑的节距；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的一半。 2-1屋架布置图3. 荷载和内力计算（标准值）3.

3、1荷载计算（1）永久荷载（恒荷载）夹芯板屋面 0.36kN/m2（坡向）檩条自重 0.10kN/m2 悬挂管道 0.05kN/m2屋架和支撑自重 kN/m2恒荷载总和 0.861kN/m2 可变荷载（活荷载）屋面活荷载 0.30kN/m2 基本风压 （2）荷载组合1.恒荷载+活荷载2.恒荷载+风荷载3.屋架、檩条自重+半边（屋面板+吊装活荷载）（3）上弦的集中荷载及节点荷载：上弦集中恒荷载标准值：上弦集中活荷载标准值：恒荷载+活荷载：按可变荷载效应控制的组合其中，永久荷载荷载分项系数；屋面活荷载或雪荷载荷载分项系数；按永久荷载效应控制的组合 其中，永久荷载荷载分项系数=1.35；活荷载分项系数

4、。由上可知，本工程屋面荷载是由永久荷载效应组合控制。恒荷载+风荷载：按可变荷载效应控制的组合 其中，永久荷载荷载分项系数；屋面风荷载荷载分项系数； 其中，永久荷载荷载分项系数；屋面风荷载荷载分项系数；（4）风荷载标准值： 风压高度变化系数为1.0，迎风面的体形系数为-0.6，背风面的体形系数为-0.5，所以负风的设计值（垂直屋面）为 迎风面：kN/m2 （垂直于屋面），为风吸力 背风面：kN/m2 （垂直于屋面），为风吸力 和垂直于水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载，故将拉杆的长细比依然控制在350以内。 上弦节点风荷载标准值：迎风面 背风面 3.2内力组合及截面选择3-2上弦

5、节点风荷载计算简图杆件名称杆件编号 全跨荷载 风荷载 内力组合最不利内力恒荷载内力标准值（kN）活荷载内力标准值（kN）左风荷载内力标准值（kN）右风荷载内力标准值（kN）1.2恒+1.4活1.0恒-1.35左风1.0恒-1.4右风上弦杆3000000006、8-74.5-26.0 17.4 20.9 -125.8 -101.4 -45.3 -125.810、12-108.6-37.9 25.4 30.4 -183.4 -147.8 -66.0 -183.4 16、17-114.5-40.0 26.8 32.1 -193.3 -155.8 -69.6 -193.3 下弦杆3943.615.2

6、-10.2 -12.2 73.6 59.3 26.5 73.6 4095.433.3 -22.3 -26.7 161.1 129.8 58.0 161.1 41113.839.7 -26.6 -31.9 192.1 154.9 69.1 192.1 42109.538.2 -25.6 -30.7 184.9 149.0 66.5 184.9 斜腹杆2-66.6-23.2 15.6 18.7 -112.5 -90.6 -40.5 -112.5 446.516.2 -10.9 -13.0 78.5 63.3 28.2 78.5 7-34.7-12.1 8.1 9.7 -58.6 -47.2 -21

7、.1 -58.6 920.67.2 -4.8 -5.8 34.8 28.0 12.5 34.8 14-10.30.46;-4.12.4 2.9 -18.1-14.0 -6.3 -18.1130.33.5;-3.4-0.1 -0.1 5.26;-4.40.4 0.2 5.26188.76.5;-3.4-2.0 -2.4 19.5411.8 5.3 19.54竖腹杆1-3.9-1.4 0.9 1.1 -6.6 -5.3 -2.4 -6.6 5-7.7-2.7 1.8 2.2 -13.0 -10.5 -4.7 -13.0 11-7.7-2.7 1.8 2.2 -13.0 -10.5 -4.7 -13

8、.0 15-7.7-2.7 1.8 2.2 -13.0 -10.5 -4.7 -13.0 1900000000（1）内力组合见上表假定杆件受拉为正，受压符号为负。（2） 截面选择上弦杆16.17杆=-193.3kN，=150.8cm，=301.6cm,选用截面L 90×56×6，两短肢相并截面面积：A=17.12cm2 回转半径：ix=1.58cm, iy=4.34cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属于B类截面。由表得：故可得：查表可得，由公式可得：，满足要求。 由上可知，该杆件为压杆，截面选择也可以根据表的承载力设计值查得。，选用L90×

9、;56×6，两短肢相并。平面内稳定承载力N=-215.32kN;平面外稳定承载力N=-277.53kN;均大于杆件内力N=-193.3kN,满足要求。由平面内稳定控制。上弦杆6.8杆尽管内力较小但平面外计算长度较大，需进行验算，与上弦杆16，17比较是否为控制杆件。,选用截面L 90×56×6，两短肢相并截面面积：A=17.12cm2 回转半径：ix=1.58cm, iy=4.34cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属于B类截面。由表得：故可得：查表可得，由公式可得：，满足要求。 由上可知，该杆件为压杆，截面选择也可以根据表的承载力设计值查

10、得。，选用L90×56×6，两短肢相并。平面内稳定承载力N=-215.32kN;平面外稳定承载力N=-194.34kN;均大于杆件内力N=-125.8kN,满足要求。由平面内稳定控制。下弦杆39-42选用截面L 90×56×6，两短肢相并截面面积：A=17.12cm2 回转半径：ix=1.58cm, iy=4.34cm长细比：<350,属于B类截面， <350,属于B类截面。由公式可得：，满足要求。斜腹杆支座斜腹杆2 =-112.5kN，=213.2cm,选用截面L70×6， 截面面积：A=16.32cm2 回转半径：ix=2.15

11、cm, iy=3.18cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属于B类截面。由表得：故可得：查表可得，由公式可得：，满足要求。 由上可知，该杆件为压杆，截面选择也可以根据表的承载力设计值查得。，选用L70×6。平面内稳定承载力N=-215.32kN;平面外稳定承载力N=-194.34kN;均大于杆件内力N=-112.5kN,满足要求。由平面内稳定控制。支座斜腹杆4 =78.5kN，=223cm,选用截面L70×6， 截面面积：A=16.32cm2 回转半径：ix=2.15cm, iy=3.18cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属

12、于B类截面。由公式可得：，满足要求。支座斜腹杆7 =-58.6kN，=246cm,选用截面L70×6， 截面面积：A=16.32cm2 回转半径：ix=2.15cm, iy=3.18cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属于B类截面。由表得：故可得：查表可得，由公式可得：，满足要求。 由上可知，该杆件为压杆，截面选择也可以根据表的承载力设计值查得。，选用L70×6。平面内稳定承载力N=-215.32kN;平面外稳定承载力N=-194.34kN;均大于杆件内力N=-58.6kN,满足要求。由平面内稳定控制。支座斜腹杆9 =34.8kN，=246cm,选用

13、截面L70×6， 截面面积：A=16.32cm2 回转半径：ix=2.15cm, iy=3.18cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属于B类截面。由公式可得：，满足要求。支座斜腹杆14 =-18.1kN，=270.4cm,选用截面L70×6， 截面面积：A=16.32cm2 回转半径：ix=2.15cm, iy=3.18cm长细比：<150,属于B类截面， <150,属于B类截面。由表得：故可得：查表可得，由公式可得：，满足要求。 由上可知，该杆件为压杆，截面选择也可以根据表的承载力设计值查得。，选用L70×6。平面内稳定承载力

14、N=-215.32kN;平面外稳定承载力N=-194.34kN;均大于杆件内力N=-58.6kN,满足要求。由平面内稳定控制。由公式可得：其他腹板计算雷同，不在一一叙述。屋架节点连接计算（1） 腹板与节点板的连接焊缝肢背、肢尖焊缝长度由公式计算，可得如下表：（2） 节点设计节点编号2) 一般节点1 节点“B” P=14.4KN =0.5=0.58=4mm =280-2=272mm=9.5N/<=128N/可见，塞焊缝一般不需要控制，仅需验算肢间焊缝。上弦杆采用不等边角钢，短肢相并，肢间角焊缝的焊脚尺寸=6mm则角钢肢间角焊缝的计算长度=280-26=268mm弦杆相邻节点内力差=-103

15、.09KN M=e=103.090.043=4.43KNm=44.08KN/=45.8KN/=58.35N/<=160N/ 可见，肢间焊缝安全。2 节点“C”上弦采用不等边角钢，短肢相并，肢间角焊缝=6mm，角钢肢间角焊缝的计算长度=280-12=268mm，弦杆相邻内力差为=42.68KN M=e=1.8KNm =18.3KN/ =19.0KN/3 节点“D”计算：下弦杆与节点板的连接焊缝焊脚尺寸，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内你差，由公式得受力较大的肢背处焊缝长度： 3) 拼接节点1 下弦拼接节点“K”跨度为21米的屋架可分为两个运输单元，在跨中节点采用工地焊接拼接。左半边的弦杆和腹

16、杆与节点板链接用工厂焊缝。而右边的弦杆和腹杆与节点板采用工地焊缝。下弦杆为90567，拼接角钢与下弦杆用相同规格，下弦杆与拼接角钢之间的角焊缝的焊脚尺寸采用则竖肢切去=8+6+5=19mm。下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度：=+2=170mm拼接角钢长度取370mm>1702+12=352mm下弦杆与节点板的连接焊缝按杆件内力的15%计算，设肢背焊缝的焊脚尺寸=6mm=+2=26mm设肢间焊缝的焊脚尺寸为=6mm=+2=16.7mm由以上计算可知，下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是按构造要求确定的。为便于拼接节点施焊前的定位，拼接角钢两侧和在视图方向右方腹杆上布置安装螺栓，竖肢切

17、割后尺寸较小时，不设安装螺栓。2 上弦拼接节点“J”上弦杆采用（ ）90567，拼接角钢采用与上弦杆相同的角钢，热弯成型，角焊缝按轴心受压等强度设计，拼接角钢全截面承载力为： 上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为：所需采用拼接角钢长度为：实际所采用拼接角钢总长为：拼接角钢竖肢需要切除，剩余高度上弦杆与节点板的连接焊缝按肢尖焊缝承受上弦杆内力计算的15%计算，角钢肢尖角焊缝的焊脚尺寸=5mm，则角钢肢尖角焊缝的计算长度,偏心弯矩则有 肢尖焊缝安全4) 支座节点“g”为了便于施焊，下弦杆肢背与支座地板顶面的距离取155mm，锚栓用2M20，栓孔位置尺寸见图。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。A. 支座地板计算支座反力：R=7（)=714.4=100.8KN支座底板的平面尺寸：=280284=79520柱截面尺寸：=280360=100800验算柱顶混凝土的抗压强度：=0.47N/<=9.2N/C20混凝土，=0.