钢结构课程设计任务书和计算书

1、1 第一部分 钢结构课程设计任务书 一、 基本要求 1、 每位同学务必按分组要求做，并在计算书中注明组别； 2、 计算书参考教材中例题，但内力计算图解法应用计算机绘制； 3、 图纸不得相互拷贝，为1号图； 4、 计算书中应有屋架支撑布置图； 5、 课程设计成绩单列，不计入钢结构课程成绩内； 6、 课程设计应由学生本人于2016年7月10日前，交到指导老师。 二、 课程设计题目 某车间梯形钢屋架结构设计 三、 设计资料 1、 车间柱网布置图（L×84m）。 2、 屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。 3、 屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面

2、板（屋面板不考虑作为支撑用）。 4、 柱距6m。 5、 荷载： 1) 屋架自重（120+11L）N/m2，其中L为屋架高度； 2) 基本荷载表： 荷载类型 序号 荷载名称 重量 静载 1 预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝） 1500 N/m2 2 防水层 380 N/m2 3 找平层20mm厚 400 N/m2 4 保温层 970 N/m2 5 支撑重量 80 N/m2 动载 1 活载 700 N/m2 2 积灰荷载 800 N/m2 3 雪荷载 500 N/m2 四、 设计要求 1、 设计屋面支撑布置（要求对整间厂房进行布置，写入计算书）； 2、 计算屋架杆件设计内力（选取典型一榀屋架，写入

3、计算书）； 3、 设计杆件截面； 2 4、 设计不少于5个的典型节点； 5、 绘制屋架的结构施工图（1号图纸）。 五、 内力计算考虑下面三种情况 1、 满载（全跨静荷载加全跨活荷载），正常使用中; 2、 半跨屋面板荷载和半跨活荷载（活荷载400 N/m2）和全跨屋架自重,在吊装过程中出现最不对称内力。 3、 全跨静荷载和半跨活荷载，在使用过程中最不对称。 六、 注意事项 1、 学生在计算书封皮必须显示自己的组别。且在计算书工程概况中写清具体数值 （如2013土木工程03班25号同学的组别为：第二组25）。 2、 图纸、计算书必须由指导老师签字方能视为有效。 3、 图纸内容包括： 屋架计算简图（

4、内力、尺寸）； 半跨屋架正面图，上下弦杆俯视图，端竖杆、中央竖杆侧面图，屋架支座俯视图，必要的零件大样图； 材料表； 图纸说明 梯形钢屋架支撑布置如图所示： 3 4 第二部分、钢屋架设计计算 组别：丙IIIbB、动载1、3， 24×84m、C20混凝土。 由于采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用平坡梯形屋架。 屋架计算跨度：L。=L-300=23700mm 屋架端部高度：H。=1800mm 计算高度：h=1813mm 屋架跨中高度: H =H。+(L。/2)i=1800+(23700/2) ×(1/11)= 2880mm 屋架高跨比： H/L。=28

5、80/23700= 1/8.23 屋架坡度：i=1/11 1.荷载计算 为使屋面节点受荷，配合屋面板1.5米宽，腹杆体系大部分采用下弦节间为3米的下承式屋架。 在跨中腹杆的倾角满足要求，可不必采用再分式杆系。屋架跨中起拱L/50050mm, 几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2） 动载取活载加雪荷载（1200N/m2）。屋架沿水平投影面积分布的自重，按经验公式 P(12011×L) = 0.384 N/m2。 永久荷载标准值： 预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝） 1.5 kN/m2 防水层 0.38kN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2 保温层 0.97kN

6、/m2 支撑重量 0.08kN/m2 屋架自重 （120+11×24）/1000 =0.384N/m2 可变荷载标准值： 屋面活载加雪活载 1.20kN/m2 以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 永久荷载设计值：1.2×（1.5+0.38+0.4+0.97+0.08+0.384）4.457kN/m2 可变荷载设计值：1.4×1.21.68kN/m2 荷载总重4.457+1.68=6.137 kN/m2 2内力计算 5 23 593000300028502448207026 662340266628

7、943128312826102894300021350880FIab cde135 51506150615061506150615061506ABCDEGH150111180018131200015050屋架形式及几何尺寸 上弦杆 AB 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 BC -9.640 -6.906 -2.734 -532.4 -491.1 -428.0 -186.6 -98.0 -532.4 CD -9.640 -6.906 -2.734 -532.4 -491.1 -428.0 -186.6 -98.0 -532.4 DE -14.96

8、4 -9.999 -4.965 -826.5 -751.4 -675.3 -274.4 -167.5 -826.5 EF -14.964 -9.999 -4.965 -826.5 -751.4 -675.3 -274.4 -167.5 -826.5 内力系数 P=1 组合一P=55.233 组合二 组合三 P3=4.147KN； P4=21.24KN; P1=40.113KN P2=15.12KN KN × N左=P1×+ P2×； N右=P1×+ N左=P3×+ P4×； N右= P3×+ 不利组合全跨 左半跨 右半跨 N

9、=P-505.1895.4704.5289.0393.9-55.2-309.7-55.2211.0-139.4-82.233.6-55.270.6928.1-55.2FIab cde0.0-532.4-532.4-826.5-826.5-902.6-932.2-932.2ABCDEGH-27.6 屋架内力设计值 组合一：全跨恒荷载+全跨活荷载 P=6.137×1.5×6 = 55.231 kN 组合二：全跨恒荷载+半跨活荷载 P1=4.457×1.5×6 = 40.113 kN； P2=1.68×1.5×6 = 15.12 kN 组合

10、三：全跨屋架自重+半跨屋面板荷载+半跨活荷载（0.4 kN） P3=1.2×0.384×1.5×6 = 4.147 kN; 6 P4=（1.2×1.5+1.4×0.4）×1.5×6 = 24.24 kN 由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载。 计算简图如下 (c)(b)(a)2P3/3P22/PP3P3P3P3P3P34PP34PP34PP34PP342P2222/22P1/CGFEDBAdcba11111111112/P2PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP2/2P28801813PPP

11、P/P2eHI1P1P111PP2P1/22PPP3P3P3P3P34P4P4P2/P4屋架构件内力组合表 P× P× 7 FG -16.878 -10.144 -6.734 -932.2 -830.4 -778.8 -285.4 -213.0 GH -16.878 -10.144 -6.734 -932.2 -830.4 -778.8 -285.4 -213.0 HI -16.342 -8.171 -8.171 -902.6 -779.1 -241.3 5.233 3.853 1.380 289.0 268.1 230.7 103.5 51.0 645.5 240.9 1

12、35.7 286.8 192.0 268.2 228.0 -89.1 134.4 76.1 yxx屋架杆件截面选择(节点板厚t=12mm) 杆内力 kN 计算长度mm 截面形式 及 角钢规格 截 面 积 mm2 回转半径 长细比 AN mm2 lox loy Ix mm Iy mm x y 150 350 斜腹杆 150 350 150 竖腹杆N=532.4KNB1108杆件下ab 编号 bc 12.755 8.853 3.902 704.5 570.6 16.212 10.338 5.874 895.4 806.6 739.1 16.803 9.346 7.457 928.1 815.3 7

13、86.8 -9.145 -6.733 -2.412 -505.1 -468.6 -403.3 -180.9 7.131 4.939 2.192 393.9 360.7 319.2 1506 3012 2L180×110×10 5680 31.3 58.1 48.1 51.8 928.1 3000 6000 2L140×90×10 4460 25.6 44.7 117.19 134.23 2359 2L100×14 5252 30.0 46.8 78.6 50.4 393.9 1990 24882L90×10 3432 27.4 42.

14、1 72.6 58.1 2133 2666 2L100×8 3128 30.8 45.5 69.2 58.6 6100140106610180140180×110×10弦杆上弦下弦 cd de aB Bb -932.2 aB -505.1 Bb bD -309.7 斜腹杆 bD -5.607 -3.511 -2.096 -309.7 -278.0 -256.6 -97.8 -67.7 Dc 3.820 1.966 1.854 211.0 183.0 181.3 57.6 55.2 cF -2.524 -0.732 -1.792 -139.4 -112.3 -128

15、.3 -26.0 -48.5 39.4 4.8 38.9 33.6 -33.2 -58.0 -25.6 -12.7 -2.1 -25.4 -4.1 -25.4 -4.1 -25.4 -4.1 -25.4 -4.1 Dc 211.0 2133 2666 2L100×8 3128 30.8 45.5 69.2 58.6 350 cF -139.4 2315 2894 2L90×10 3432 27.4 42.1 87.5 68.7 150 Fd 63.7 70.6 2315 28942L63×5 1228 19.4 30.4 119.34 95.20 350 150

16、350 150 Fd 1.154 0.453 1.607 63.7 70.6 dH 0.015 1.581 -1.566 0.8 24.5 -23.1 He -1.100 -2.519 1.419 -60.8 -82.2 -22.6 竖 杆 aA -0.500 -0.500 0.000 -27.6 -27.6 -20.0 bC -1.000 -1.000 0.000 -55.2 -55.2 -40.1 cE -1.000 -1.000 0.000 -55.2 -55.2 -40.1 dG -1.000 -1.000 0.000 -55.2 -55.2 -40.1 eI -1.000 -1.00

17、0 0.000 -55.2 -55.2 -40.1 dH 33.6 -33.2 2502 3128 2L63×5 1228 19.4 30.4 128.99 102.89 He -82.2 -60.8 2502 3128 2L63×5 1228 19.4 30.4 128.99 102.89 Aa -27.6 1632 2L63×4 996 19.6 30.2 83.25 54.03 Cb -55.2 1656 20702L50×6 1138 15.1 25.6 109.67 80.86 Ec -55.2 1872 2340 2L50×6 11

18、38 15.1 25.6 123.97 91.4 -932.2-932.2-902.6289.0704.5895.4928.1-505.1393.9-309.7211.0-139.463.770.633.6-33.2-82.2-60.8-27.6-55.2-55.2-55.2-55.2 杆件截面设计 1.上弦杆 整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N-932.2kN 上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度lox1506mm； 在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取loy2×15063012mm, 因为loy2lox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。 腹杆最大内力Na

19、B-505.1kN,查教材表7-4， 节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。 8 假定60，按3号钢，轴心受压构件（查附表）属于b类截面，0.807 需要截面面积AN/f932.2×103/（0.807×215）5372.7mm2 需要的回转半径为：ix ?lox1506/6025.1mm iy?loy3012/6050.2mm 根据A、ix、iy查不等肢角钢规格表,选用 2L180×110×10, A5680mm2, ix31.3mm, iy58.1mm. 上弦截面 180×110×10xxyy12按所选角钢进行验算：

20、 xilxox1506/31.348.1 150 yilyoy3012/58.151.8 150（满足要求） 由于y>x，只需求出min=y,查轴心受力稳定系数表y0.852 N/yA932.2×103/(0.852×5680)=192.6N/mm2215 N/mm2 所选截面合适，垫板每个节间设一块。 2下弦杆 整个下弦也不改变截面，按最大内力N928.1kN。 按下弦支撑布置情况：计算长度Lox3000mm,Loy6000mm 计算下弦截面净面积：AnfN928.1×103/2154316.7mm2 选用2L140×90×10（短肢相

21、并），A4460mm2 ix25.6mm iy44.7mm. 9 下弦截面 x x y12 xilxox3000/25.6=117.19<=350; yilyoy6000/44.7=134.23<=350. óANn928.1×103/4460=208.1 N/ mm2215 N/ mm2 所选截面满足要求。 3端斜杆 N-505.1kN, 因为loxloy2359mm，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。 如选用2L100×14，则A5252mm2 ix30.0mm，iy46.8mm 10 端斜杆截面 y y 12 验算： xilxox=2359

22、/30.0=78.6 150 yilyoy=2359/46.8=50.4 150 0.701 N/A=505.1×103/(0.701×5252)137.19N/mm2215N/mm2 满足要求。 中竖杆截面 x12x12y0y0x0x0 4竖杆Ie N-55.2kN， lo0.9l0.9×28802592mm 中间竖杆最小应当选用2L63×4的角钢，并采用十字形截面，则A996mm，ixo24.6mm xolo/ ixo2592/24.6105.36150 0.523 ANx?=55.2×103/(0.523×996)=105.97

23、 N/mm2215 N/mm2满足要求。 5.竖杆Gd N-55.2kN， lox0.8l0.8×26102088mm loy2610mm 可按选择,需回转半径 ix2088/150=13.92mm iy2610/150=17.4 mm 11 按ix, iy查表选用2L50×6 A=1138 mm2 , ix15.1mm,iy25.6mm. 其余各杆截面选择计算过程不一一列出,见下表 系min应N/0.852-1926208.10.701137.20.736155.90.757-13189.110.638-63.60.442117.3130.10.39269.80-69.0

24、-171-126 0.66841.481500.49997.21500.416116.6 Gd -55.2 2088 2610 2L50×6 1138 15.1 25.6 138.28 101.95 150 0.353 137.41 Ie -55.2 2592 2L63×4 996 24.6 105.36 150 0.523 105.97 八、节点设计 1.下弦节点 b 根据各杆内力表,设计这类节点的步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw然后按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强

25、度设计值fwt160N/mm2， 12 12 515514513336149861701002140×90×10290×10250×62100×868 140806N=704.5KNN=928.1KNN=393.9KNN=55.2KNN=309.7KN 下弦节点b Bb杆的肢背和肢尖焊缝hf8mm和6mm，N=393.9 kN所需焊缝长度为： 肢背：lw(0.7×393.9×103)/ (2×0.7×8×160)+10163.8取lw170mm 肢尖：lw'(0.3×393.9

26、×103) / (2×0.7×6×160)+1097.9mm，取lw'100mm Db杆的肢背和肢尖分别采用8mm和6mm, N=309.7kN 肢背: lw(0.7×309.7×103) / (2×0.7×8×160)+10=130.98 mm,取lw140mm 肢尖: lw'(0.3×309.7×103) / (2×0.7×6×160)+10=79.13 取lw'80mm Cb杆的内力很小，N=55.2KN 。焊缝尺寸可接构造确

27、定取hf5mm. 焊缝长度lw50mm。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配误差，按比例作出节点详图，从而确定节点板尺寸为310×380mm。 下弦节点板连接的焊缝长度380mm，hf6mm， 焊缝所受的力为左右下弦杆的内力差NNbc-Nba=704.5-289415.4kN，所需焊缝长度： 肢背: lw(0.75×415.4×103) / (2×0.7×8×160)+10=183.8 mm,取lw190mm 肢尖: lw'(0.25×415.4×103) / (2×0.

28、7×6×160)+10=87.27 取lw'90mm 受力较大的肢背处背焊缝应力为 f(K1N)/(2×0.7hf lw)=(0.75×415.4×103)/(2×0.7×6×(380-10)=100.24 N/mm2160N/mm2. 13 焊缝强度满足要求。 2.上弦节点：B Bb杆与节点板的连接焊缝尺寸和B节点相同。 上弦节点B N=393.9KNN=505.1KN2 90×102 100×142 0N=0KN145175 Ba杆与节点板的连接尺寸按同样方法计算, NBa505.1

29、KN, 肢背和肢尖焊缝分别采用：hf10mm和 hf6mm 肢背 lw(0.7×505.1×103)/(2×0.7×10×160)+10167.8mm，取lw180mm 肢尖 lw'(0.3×505.1 ×103)/(2×0.7×6×160)+10122.7mm，取lw'140mm 上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm， 上弦角钢与节点板间用槽焊连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P与上弦垂直。 P55.2 kN，hf

30、2t12/26mm，根据斜杆焊缝长度确定节点尺寸，得节点板尺寸 470×310mm 焊缝计算长度lw47010460mm，则肢背焊缝应力为： flhpwe255.2×103/(2×0.7×6×460)14.3N/mm2ftw160N/mm2 肢尖焊缝承受弦杆内力差N532.4-0.0=532.4 kN 偏心距e10025.174.9mm 偏心力矩MN·e532.4×103×74.939880000N·mm，采用hf8mm则 fN/2helw532.4×103/(2×0.7×8

31、×470)101.14N/mm2 f6lhMwe22(6×39880000)/(2×0.7×8×4702)96.7N/mm2 14 ?22)/(fff129N/mm2160 N/mm2满足强度要求。 3屋脊节点H HIHe55.2902.6902.62L180×110×102L63×4 （1）弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角,截去垂直肢的一部分：=t+hf+5mm设焊缝为8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算，N=-902.6K

32、N . 每条焊缝长度为：lw902.6×103/（4×0.7×8×160）+10261.8mm，取lw270mm 拼接角钢总长L=2×270+20=560mm,垂直肢切去=t+hf+5=23,取25mm并按上弦坡度热弯。 (2)计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取hf =5mm lw=(2N Sin5.7-P)/(8×0.7 hf *f) =(2×932.2×103×0.099-55.2×103)/（5×0.7×8×160）=28.88 mm.按构造决定节点板长度。 4.下弦跨中节设计e 跨中起拱高度约50 mm下弦节头设于跨中节点处,连接角钢取与下弦相同截面 2L140×90×10mm.hf=8mm,l=lw+10=(928.1×103/4×0.7×8×160)+10mm.取L=270 mm, 连接角钢长度L=2×270+14=526 mm.取530 mm肢尖切去=t+hf+5=14+18+5=27mm, A=27×