《钢结构基本原理》课程设计

1、钢结构课程设计专业名称：道路与桥梁年级班级：1*级*班学生姓名：* * *指导教师：* * *河南理工大学土木工程学院钢结构屋架设计说明书（一） 设计资料武汉某厂机器加工车间单跨厂房的钢屋盖，跨度30m，长度180m，柱距6m，车间内设有一台30t中级工作制桥式吊车。采用1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，泡沫混凝土保温层，屋面坡度i=l/10，屋架支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm，混凝土等级为C20。（二） 钢材和焊条的选用根据武汉地区的计算温度和荷载性质（静荷载），按设计规范要求，屋架钢材选用Q235B，要求保证屈服点和含碳量。焊条选用E43型，手工焊。（三） 屋架形

2、式、尺寸能支撑布置由于1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用梯形屋架。屋架计算跨度： 屋架端部高度： 跨中高度： 屋架高跨比： 为了使屋架节点受荷，配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦节间为3m的人字形式，仅在跨中，考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式杆系，屋架跨中起拱按计算为60mm，几何尺寸如图所示。屋架杆件的几何长度根据车间长度、跨度及荷载隋况，设置三道上、下弦横向水平支撑，因车间两端为山墙，故横向水平支撑在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定，下弦平面内的第一柱间也设置刚性系传递山墙的风荷载。在设置横向水平支撑的同一柱间，设置竖向支撑三道，分别设在

3、屋架的两端和跨中。屋脊节点用屋架支座处沿厂房设置通长刚性系杆，屋架下弦跨中设一道通长柔性系杆（详见下图），凡与横向支撑连接的屋架编号为GW.J-2，不与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-1。（四）荷载和内力计算屋盖支撑布置图1.荷载计算（1）永久荷载 预应力钢筋混凝土在型屋面板（包括灌缝） 防水层（三毡四油，上铺小石子） 20mm厚水泥砂浆找平层 80mm泡沫混凝土保护层 屋架和支撑自重 永久荷载总设计值 （2）可变荷载 屋面活荷载 可变荷载总设计值 计算屋架时应考虑下列三种情况： 永久荷载 可变荷载 全跨永久荷载+全跨可变荷载 节点荷载 全跨永久荷载+（左）半跨可变荷载 节点荷载 全跨屋架和支

4、撑自重+（左）半跨屋面板+（左）半跨施工荷载（取等于屋面使用荷载） 节点荷载 2.内力计算用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数和，二者相加得到全跨单位节点荷载作用下内力系数，然后乘以实际的节点荷载，得到相应的内力。屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第二种和第三种荷载组合作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全跨荷载作用下所 有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算近跨中的斜腹杆内力。计算结果列于下表1-1。名称杆件编号P=1内力组合备注左半跨右半跨余跨最大计算拉力最大计算压力12345

5、上弦AB0000BD-8.13-3.12-11.25-469.8DF-12.45-5.62-18.07-754.6FH-13.80-7.26-21.42-894.5HI-13.00-9.24-22.24-928.7IK-13.45-9.24-22.69-947.5下弦ab+4.45+1.57+6.02+251.4bc+10.68+4.45+15.13+631.8cd+13.37+6.64+20.01+835.6de+13.54+8.43+21.97+917.5ef+10.54+10.54+21.08+880.3斜腹杆aB-8.32-2.93-11.25-469.8Bb+6.31+2.63+8.

6、94+373.3bD-4.95-2.54-7.49-312.8Dc+3.27+2.25+5.52+230.2cF-2.04-2.19-4.23-176.6Fd+0.74+1.96+2.70+112.8dH+0.44-1.92-1.48+3.34-59.28He-1.38+1.74+0.36+43.41-31.29eg+3.65-2.05+1.60+95.16-41.3gK+4.37-2.05+2.32+115.89-37.8lg+0.650+0.65+27.1竖腹杆Aa-0.500-0.5-20.88Cb-1.000-1.00-41.76Ec-1.000-1.00-41.76Gd-1.000-

7、1.00-41.76Ie-1.500-1.50-62.64Jg-1.000-1.00-41.76Kf00000表1-1 屋架杆件计算内力3.杆件截面选择（1）上弦杆。整个上弦不改变截面，按最大内力计算，（取等于两块屋面板宽），截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并根据腹杆的最大内力，查表取节点，支座节点板厚。假定 选用2短肢相并，如图 验算： ， ， (2)下弦杆。整个下弦杆采用等截面，按下弦杆的最大内力计算，。所需要面积，选2短肢相并（如图），, (3)端斜杆Ba。 选用2（如图），其截面参数： , 验算 ， ， 下弦杆截面 端斜杆截面 （四）斜腹杆Kg-ge。此杆是再分式桁架的斜腹杆，在g节点

8、处不断开，两段杆件内力不同： 最大拉力： 最大压力： 在桁架平面内的计算长度：, 在桁架平面外的计算长度按公式计算： 选用2 验算： , （5） 竖杆Ie。,，,内力较小选用2 验算： 截面 截面 （六）竖杆。因为内力较小，可按选择，需要回转半径：，按、查型钢表，选用 ，其截面参数:。其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，其计算过程见表1-2. 表1-2 屋架杆件截面选择(节点板厚t=12）名称杆件编号内力计算长度截面形式和规格截面面积回转半径长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦lK-947.5150.8301.61601001050.62.867.7853391500.842222下弦de

9、-917.530014851409044.52.566.84117217350202斜腹杆aB-469.8253.5253.531.33.084.5682561500.675222Bb+373.3208.6260.821.22.794.137563350158bD-312.8229.5286.921.22.794.1382701500.675218De+230.2228.7285.912.31.943.0411894350168cF-176.0250.3312.914.82.333511232Fd+112.8249.5311.99.61.532.53163123350

10、105dH-59.28271.6339.512.31.943.041401121500.345140He+43.41-31.29270.8338.512.31.943.041401121500.34574eK+115.9-41.3230.645112.31.943.041191491500.311108lg24.34166.3207.99.61.532.531098235025竖腹杆Aa-20.881991999.61.532.53130791500.38756Cb-41.76183.22299.61.532.53120911500.437100Ec-41.76207.225950509.61

11、.532.531351021500.365119Le-62.64255.231912.31.943.041321051500.378135Jg-41.76127.3159.59.61.532.5383631500.66765Kf0314.1314.112.3=24.5=1284. 节点设计（1） 下弦节点“b”（如下图）各杆内力见表1-1。这类节点的设计是先计算腹杆与节点板的连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板的形状，量出尺寸，然后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。 下弦节点Bb杆的肢背和肢尖焊缝采用和，则所需焊缝长度为：肢背 ，取 肢尖 ，取 Db杆的肢背和肢尖分别采用和，肢背 ，取肢尖 ，取 C

12、b杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，。根据上面求得的焊缝长度，并按构造要求留出间隙及装配误差，按比例绘出节点绘出节点大样图，确定节点板尺寸为。下弦杆与节点板连接的焊缝长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，则肢背的应力为：满足强度要求。 （2）上弦节点“B”（如图） 上弦节点Bb杆与节点杆的连接焊缝尺寸和B节点相同。Ba杆与节点板的连接焊缝尺寸按同样的方法计算， ，肢背和肢尖焊缝分别采用和 。肢背 ，取 肢尖 ，取 为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进肢背，用塞缝连接，这是，。承受集中力，则 肢尖焊缝承担弦杆内力差，偏心距 偏心力矩， ，则满足强度要求。（3）屋脊节点“K”（图）弦杆的拼接，一般都采用同号角钢作为拼接角钢，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，需将拼接角钢削棱和切去肢的一部分，。设焊缝，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按连接弦杆的最大内力计算，每条焊缝长度为： 屋脊节点，取拼接角钢总长 ，取，竖肢需切去 ，取，并按上弦坡度热弯。计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取，需要焊缝长度：故按构造决定节点板长度。（4） 支座节点“a”(如图）支座底板的计算支座反力：支座底板按构造要求取用。若仅考虑有加劲肋部分的底板作为有效面积，则底板承受的均布反力为