完整钢结构课程设计

1、1.设计资料：32.结构形式与布置33.荷载计算64.内力计算7附件：设计资料1、设计题目：单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计2、设计任务及参数：第五组：某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上

2、，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表，7位同学依次按序号进行选取。活载KN/m21234567基本雪压0.300.750.100.200.450.500.35基本风压0.350.600.250.550.300.500.453、设计任务分解学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。表-34、设计成果要求在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导

3、书）规定的全部内容。1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。单层工业厂房屋盖结构梯

4、形钢屋架设计1.设计资料：（1）北京地区某金工车间，长180m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台150/520KN中级工作制桥式吊车，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，上铺100mm厚泡沫混凝土保温层，三毡四油防水层，找平层2cm厚，卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.5KN/m2，积灰荷载标准值0.75KN/m2，雪荷载0.45 KN/m2,风荷载0.5KN/m2（2）屋架计算跨度: （3）

5、跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（为），屋架跨中起拱考虑，取48m.2.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示：图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸 根据厂房长度（180m>60m）、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。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，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下图所示： 屋架

6、上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图3.荷载计算屋面和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。故取屋面活荷载0.5kN/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/计算，跨度单位为米表 1 荷 载 计 算 表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.4×1.351.89三毡四油防水层0.40.4×1.350.54找平层0.40.4×1.350.54保温层0.10.1×1.350.135屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.380.384

7、×1.350.513永久荷载总和2.6843.653屋面活荷载0.50.5×1.4=0.7积灰荷载0.750.75×1.4=1.05可变荷载总和1.251.75设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1.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：3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：3.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。4.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所示：屋架计算简图由

8、图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2屋 架 构 件 内 力 组 合 表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F×第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨×+××+×××××上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-441.53-681.751-765.875-

9、792.1340-406.096-617.806-679.408-705.6660-344.198-543.466-629.323-647.0760-188.836-278.970-293.410-307.5190-104.301-177.433-225.009-227.5020-441.53-681.751-765.875-792.134下弦Abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52240.217582.065736.213735.240222.262531.665660.770631.290185.565458.

10、428595.093601.050104.546243.908292.530253.07454.428143.887202.833211.775240.217582.065736.213735.240斜腹杆aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-436.67336.985-265.017178.947-117.67752.03138.41575.85834.039-

11、404.068307.690-236.982154.220-93.73730.61164.245101.68834.039-337.288265.638-215.405152.802-110.43262.741-7.41717.89823.014-190.095141.052-104.10462.377-30.532-1.29855.91776.03518.289-98.89283.620-74.63660.441-53.33342.583-41.954-38.3993.232-436.67336.985-265.017178.947-117.67762.741，-.29864.245，-41

12、.954101.688，-38.39934.039竖杆AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-24.313-48.627-72.941-48.6270-24.313-48.627-72.783-48.6270-16.439-32.877-49.315-32.8770-13.063-26.127-38.975-26.1270-2.309-4.617-6.926-4.6170-24.313-48.627-72.941-48.6270 5.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按GH,HI杆件的最大内力设计，即上弦杆

13、计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即在屋架平面外，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，根据支持布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如下图所示。腹杆最大内力，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取10mm,支座节点板刚度取12mm。设，查Q235钢的稳定系数表，可得（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回转半径： ， 根据需要A，查角钢规格表，选用，肢背间距a=10mm，则： ，按所选角钢进行验算： <=150, （b类）双角钢T型截面绕对称轴(y)

14、轴应按扭曲计算长细比则=69.52，故所选截面满足要求。填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），尺寸取60mmx130mmx10mm则 间距，取80cm。（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。N ，（因跨中有通长系杆），所需截面积为：选用，因，故用不等肢角钢，短肢相并，如下图。，350，350故所选截面满足要求。填板每个节间放一块，尺寸取60mm×130mm×10mm，则 间距，取150cm。（3）斜腹杆端斜杆aB： 杆件轴力 计算长度 因，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用，肢背间距a=10mm，则： ，按所选角钢进行验算： <=150双

15、角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比则=（1+）=73.07×（1+故由，b类，故所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×145mm×10mm，则 间距,取90cm。杆件dR-RI此杆在R节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力： ，最大压力： ，再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度：选用，查角钢规格表得，因，只需求。查表得，则拉应力： 所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则 间距，取75cm。 杆件Bb杆件轴力 计算长度 0.8×2534=202

16、7.2mm， 选用，查角钢规格表得，所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取80cm。杆件bD杆件轴力 计算长度 0.8×2798=2238.4mm， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取70cm。杆件Dc杆件轴力 计算长度 0.8×2778=2222.4m， 选用，查角钢规格表得，所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取100cm。杆件cF杆件轴力 计算长度 0.8

17、×3055=2444m， 选用，查角钢规格表得，>， 所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取。杆件Fd杆件轴力 计算长度 0.8×3035=2444m， 选用，查角钢规格表得，所选截面满足要求填板放两块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则 间距，取110cm。杆件RG杆件轴力 计算长度 0.8×1952=1561.6m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求填板放两块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则 间距，取70cm。 （4）竖杆杆件A

18、a杆件轴力 计算长度 0.8×1900=1520m， 由于杆件内力较小，按选择，需要回转半径为，选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×76mm×12mm，则 间距，取65cm。杆件HR杆件轴力 计算长度 0.8×1406=1124.8m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×76mm×10mm，则 间距，取50cm。杆件Cb杆件轴力 计算长度 0.8×2200=1760m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取6

19、0mm×76mm×10mm，则 间距取60cm。杆件Ec杆件轴力 计算长度 0.8×2500=2000m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×76mm×10mm，则 间距取65cm。杆件Gd杆件轴力 计算长度 0.8×2800=2240m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则 间距取70cm32表3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比

20、容许长细比稳定系数计算应力上弦GH、HI150.8600.0180×110×1056.803.138.7148.1868.891500.754186.3下弦cd3001185.0180×110×1056.803.138.7195.80136.05350156.77腹杆Aa-24.31315219056×48.781.732.7487.8669.341500.63643.87aB-244.8244.8125×80×832.004.013.3561.0573.071500.732187.87Bb202.7253.475×

21、;823.002.283.4288.9074.10350147.60Cb176.0220.056×48.781.732.74101.780.301500.483115.50bD223.8279.875×823.002.283.4298.281.801500.567204.90Dc222.2277.875×823.002.283.4297.581.2035078.40Ec200.0250.056×48.781.732.74115.691.241500.460121.13cF244.4305.575×823.002.283.42107.289.31

22、500.449114.90Fd242.8303.563×49.961.963.02123.9100.535052.70Gd224.0280.063×49.961.963.02114.392.71500.468157.60dR215.7420.263×49.961.963.02110.1139.11500.34999.70RI215.7420.263×49.961.963.02110.1139.11500.349205.72RG151.2195.263×49.961.963.0279.764.61500.68849.80HR112.5140.65

23、6×48.781.732.7465.0251.301500.78071.53Ie0.9310.0=279.063×49.961.963.02142.492.420006.节点设计1.下弦设计（1）下弦节点b已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取180。肢尖： ，取100。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取120。肢尖： ，取90。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的

24、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300mm×340mm。下弦节点“b”下弦与节点板连接的焊缝长度为34.0cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求。（2）下弦节点c已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取100。肢尖： ，取60。设“cF”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取80。肢尖： ，取60。“cE”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝

25、长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例下弦节点“c”绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为260mm×300mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为34.0cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为MPafMPawf16030.371234060.7215415032）（<=´´´´=t，焊缝强度满足要求。（3）下旋节点d已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Fd的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取80mm.肢尖： ，

26、取60mm.设“dR的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取80mm.肢尖： ，取60.“Gd的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。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260mm×340mm。下弦节点“d”下弦与节点板连接的焊缝长度为34.0cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求。(4)下弦节点e1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为50cm，。焊缝所受的力为弦杆的内力，则需焊缝长度为:，取=250mm拼接角钢长度不小于2250+

27、10=510mm，取540mm。为了保证施焊方便和保证连接焊缝的质量，还需将连接角钢的竖直肢切去=t+=10+8+5=23mm。2）竖杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背：，取=80mm肢尖，按构造要求，取焊缝长度50mm，取 =60mm3）节点板尺寸： 按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸: 图14.下弦节点“e”焊缝强度满足要求。2上弦设计（1）上弦节点“B” “Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。已知： 设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，

28、取180。肢尖： ，取140。 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为400mm，则节点如图: 上弦节点“B”（2）上弦节点“D” “bD”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"b”相同。肢背： ，取120。肢尖： ，取90。“Dc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。肢背: ，取100。肢尖：

29、 ，取60。 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为380mm，则节点如图: 上弦节点“D”（3）上弦节点“F” “cF”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"c”相同。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。 “Fd”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“d”相同。肢背: ，取80。肢尖： ，取60。 为了便

30、于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为350mm，则节点如图: 上弦节点“F”（4）上弦节点“G” “Gd”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"d”相同，肢背： ，取60。肢尖： ，取60。“GR”杆肢背和肢尖的焊脚尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。设“GI”杆的焊脚尺寸:肢尖焊缝承担

31、弦杆内力差，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为350则节点如图：上弦节点“G”（5）上弦节点“C” “Cb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"b”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。设“BD”杆的焊缝尺寸为 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：上弦节点“C”竖杆与节点板间焊缝长度为50则满足要求。（6）上弦节点“E” “Ec”杆与节点板的焊缝尺寸和节点&q

32、uot;c”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。设“DF”杆的焊缝尺寸为 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：上弦节点“E”满足要求。（7）上弦节点“H” “HR”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。设“BD”杆的焊缝尺寸为 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝

33、作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：满足要求。（8）上弦节点“A” “Aa”杆肢背和肢尖的焊脚尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60mm。设“AB”杆的焊缝尺寸为 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：上弦节点“A”（9）上弦节点“R” “HR”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"H”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。“RG”杆肢背和肢尖的焊脚尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。设“BD”杆的焊缝尺寸为节点如图： 节点“R”肢尖焊缝承担弦杆内力差，肢背采用塞焊