完整钢结构课程设计

1、钢结构（钢屋架）课程设计任务书 土木工程教研室1.设计资料：3367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：×2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m322），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KN/m22，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基本雪压基本风压3、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

2、和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）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

3、范/图集要求。单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计1.设计资料：（1）西宁一机械加工车间，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，柱顶标高27m×6m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m32），找平层2cm2），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0.6KN/m22，雪荷载及风荷载见下表。活载KN/m21234567890基本雪压基本风压5（2）屋架计算跨度 （3）跨中及端部高度：设计

4、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： 根据厂房长度（102m>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： 屋架上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图屋面和荷载与雪荷载

5、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kN/进行计算。屋面风荷载 迎风面 背风面 由于屋面坡度较小，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋架不考虑。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×三毡四油防水层（上铺绿豆沙）×找平层（厚2cm）×10cm厚泡沫混凝土保温层1××屋架和支撑自重2×24=0.384×1.35永久荷载总和843.6234屋面活荷载×1.4积灰荷载×可变荷载总和设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1

6、.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。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内力系数（F=1）第二种组合第三种组合第一种组合杆件名称F×全跨左半跨右半跨×+×

7、+××计算杆件内力（KN）××××AB000000000BC、CD上DE、EF-5弦FGGH、HIAb5下bc弦cdde000000aBBb斜bD腹Dc杆cFFddR-6.29171RIRG0Aa0Cb、Ec-1-10竖Gd0杆HR-1-10Ie000000000（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

8、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)轴应按扭曲计算长细比则=，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

9、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双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比则=（1+）×（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

10、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 ×2534=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 ×2798=2238.4mm， 选用，查角钢规格表得，>

11、;，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 ×2778=22， 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 ×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 ×3035=2444m， 选用，查角钢规格表得，所选截面满足要

12、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 ×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Aa杆件轴力 计算长度 ×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 ×1

13、406=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 ×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60mm×76mm×10mm，则 间距取60cm。杆件Ec杆件轴力 计算长度 ×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 &

14、#215;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70cm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长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦GH、HI-180×110×10150下弦cd300180×110×10350腹杆Aa15219056×4150aB125×80×8150Bb75×8350Cb56×4150bD75×8

15、150Dc75×8350Ec56×4150cF-75×8150Fd63×4350Gd63×4150dR63×4150RI63×4150RG63×4150HR56×4150Ie063×420001.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150。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

16、。“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。下弦与节点板连接的焊缝长度为cm，。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

17、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。（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： ，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

18、.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+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

19、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: 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： ，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

20、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: （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： ，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

21、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:（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.

22、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: （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：（5）上弦节点“C” “Cb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"b”相

23、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：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"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

24、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：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

25、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：（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，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。弦杆与节点板间焊缝长度为270则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，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。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，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取500mm。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖