课程设计—钢结构电大

1、钢结构课程设计学号姓名学校专业梯形屋架设计1设计资料梯形屋架，建筑跨度为18m，端部高度为1.99m,跨中高度为2.89m,屋架坡 度i=1/10,屋架间距为 6m，屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm< 400mm，混凝土采用C20。屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑 (如图1-1所示)。屋面采用1.5 >6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠岩 (r 350kg/m3 )的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm厚水泥砂浆找平 层，屋面雪荷载为0.30kN/m2，钢材采用3号钢。n.UC fk25030003®n s! i JvUuBL12设计

2、要求2.1屋面雪荷载取值：按分组序号，取用设计资料屋面雪荷载+0.1 X分组序号（比如第1组，屋面雪荷载取值为：0.30kN/m2+0.1 X = 0.40kN/m2，以此类推）。2.2设计中，应绘制出必要的节点详图等图纸。2.3其他条件与设计资料相同。3荷载计算3.1永久荷载预应力钢筋混凝土大型屋面板：21.2 1.41.68kN/m三毡四油防水层及及找平层（20mm）:21.2 0.760.912kN/m120mn厚泡沫混凝土保温层：21.2 0.420.504kN/m屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度l=18m）2Pw1.2 1.1l1.2 1.1 18 32kg/m21.2 0.320

3、.384kN/m23.2可变荷载屋面雪荷载：1.4 0.55 0.77kN/m23.3荷载组合永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为：F (1.68 0.9120.5040.384)0.771.5 638.25kN4内力计算桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法求得表4-1杆件轴线单位荷载内力F何载内力(kN)上B-135700C-1508-6.223-238.030弦D-1507-6.223-238.030杆E-1508-8.996-344.097F-1507-8.996-344.097G-1508-9.105-348.266下-O2850+3.479+133.072弦-O300

4、0+7.961+304.508杆-O3000+9.270+354.578-2530-6.502-248.702斜-2613+4.586+175.415-2864+3.381-129.323杆-3124+ 1.884+72.063-3124-0.690-26.393-3124-0.463-17.710A-1990-0.500-19.125竖-2290-1.000-38.250杆-2590-1.000-38.250-2890+0.812+31.0595截面选择5.1上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面，以最大轴力G-杆来选择：Nmax 348.266kN在屋架平面内的计算长度lox 150.8cm，屋

5、架平面外的计算长度loy 301.5cm 选用两个不等肢角钢2L100 80 6，长肢水平。截面几何特性（长肢水平双角钢组成T形截面，节点板根据腹杆最大内力选用板 厚 8mm）:2A 21.274cm ix 2.40cm,iy 4.61cmxl oxix150.862.8150x 0.79222.40yl oy150.865.4150y 0.778yiy4.61截面验算:N3482662210.4N/mmf 215N /mmmin A0.778 2127.4大型屋面板与上弦焊牢，起纵横向水平支撑作用，上弦杆其他节间的长细比和稳 定验算均未超过上述值。5.2下弦杆截面选择下弦杆也采用相同截面，以

6、最大轴力-0杆来选择：Nmax 354.578kN在屋架平面内的计算长度：lox 300cm，屋架平面外的计算长度：loy 300cm所需截面面积为：An f 譽1649.4mm2选择两个不等肢角钢2 9056 6,长肢水平21截面几何特点： A 17.114cm216.494cm2ix 1.58cm iy4.42cm3001.58189.9350 y3004.4267.9350另两个节点的下弦杆内力较小，但loy 600cm，故须验算其屋架平面外的长细比:6004.42135.73505.3支座竖杆截面选择计算长度：lox loy 199cm，米用两个等肢角钢2 63 5，组成T型截面杆轴力

7、：N 19.125kN截面几何特性:2A 12.286cm ix 1.94cm iy2.89cm1991.94102150，0.5421992.8968.9 150，0.758截面验算:Nmin028.6纱绅航2215N /mm5.4支座斜杆截面选择杆轴力：N 248.702kN计算长度：lox loy 253cm采用两个不等肢角钢2 100 63 7,长肢相拼3.20cm i253253x3.279.1150 x 0.693 y截面验算：N248702minA 0.567 2222.2截面几何特性： A 22.222cm2 ix/2.58cm98.1150 y 0.5672.58197.42

8、15N /mm25.5斜杆截面选择杆轴力：N 175.415kN计算长度：lox 0.810.8 261.3209cml°y 261.3cm所需截面:AnN 1754152152815.88cm选用两个等肢角钢2 50 5，组成T形截面截面特性：An 9.606cm2209136.6 350 y1.538.1071cm2 ix1.53cm iy2.38cm沁 109.82.383505.6竖杆截面选择杆轴力：N 38.250kN计算长度：lox 0.8l0.8ox229183.2cml oy229cm采用两个等肢角钢2 50 5，组成T形截面。截面几何特性：A 9.606cm2 ix

9、183.2119.7150 x 0.4381.531.53cm iy2292.38cm96.2 cm150 y 0.580截面验算：3825090.91215N /mm2min A 0.438 960.6xy2.385.7斜杆截面选择杆轴力：N 129.323kN计算长度：Iox0.8I0.8 286.4229.1cm I°y 286.4cm采用两个等肢角钢2 75 5，组成T形型截面截面几何特性：A229.12.3398.3229.606cm3.352cm ix 1.53cm i y86.4y85.23.362.38cm150x 0.566150 y 0.652截面验算:12932

10、3min A2154.1 N /mm0.566 1482.42215N /mm5.8斜杆截面选择截面几何特性： A 9.606cm2229.1149.73501.5323.352cm ix 1.53cm i y286.4y 2.38120.3 3502.38cm杆轴力：N72.063kN计算长度：lox0.8l0.8 286.4229.1cm loy 286.4cm所需截面：AnN720632335.2mmf215采用两个等肢角钢250 5，组成T形型截面5.9竖杆截面选择杆轴力：N 38.250kN计算长度：lox 0.8l0.8 259ox207.2cml oy259cm采用两个等肢角钢2

11、 50 5，组成T形截面截面几何特性：A29.606cm23.352cm207.2x1.53135.4150 x0.364ix259 y 2.381.53cm i y108.81502.38cmy 0.501截面验算:38250min A0.364 960.6109.4N / mm2215N /mm25.10斜杆截面选择杆轴力：N 26.393kN计算长度：l°x 0.8l 0.8 312.4 249.9cm l® 312.4cm采用两个等肢角钢2 63 5，组成T形截面截面几何特性：A249.91.94128.8212.286cm ix150 x 0.3931.94cm

12、iy 2.89cm312.42.89108.11500.504截面验算:2215N / mmN2639354.7N/mm2min A 0.393 1228.65.11斜杆截面选择杆轴力：N 17.710kN计算长度：Iox0.8l0.8 312.4249.9cm l°y 312.4cm采用两个等肢角钢2 63 5，组成T形截面截面几何特性：A249.91.94128.812.286cm2ix 1.94cmiy2.89cm150 x 0.393 y 312.42.89108.1 150y 0.504截面验算:17710min A236.7N /mm0.393 1228.6215N /

13、mm5.12竖杆截面选择杆轴力：N 31.059kN计算长度：lox 0.8l0.8 289231.2cm loy 289cm采用两个等肢角钢2 63 5，组成T形截面截面几何特性:2A 12.286cmix 1.94cm iy 2.89cm231.21.94119.23502891003502.89截面验算:N 31059A 1228.6225.3N / mm22215N / mm各杆件截面选择结果列表如下表5-1杆件计算内力（kN）截面规格截面面积/ 2（cm ）计算长度（cm）迴转（cm）半径长细比容许 长细 比稳定系数应力N/mn2名称编号上炫杆Fg-gh-735.399125*104

14、8.746150.7301.53.855.5239.254.61500.833181.1下炫杆gi729.964100*80*1034.3343003002.354.78127.6662.76350/212.6腹杆Aa-23.22445*35.3181901901.402.30135.782.61500.362120.6腹杆aB-418.025100*831.2762442443.084.5679.353.61500.692193.1腹杆Be322.57680*315.824202.25252382.463.6381.56906350203.9腹杆Cc-46.44745*46.97217421

15、81.382.24126.97.51500.403165.3.8.57腹杆cD-253.41675*823.012222772.283.0597.379.21500.572192.4.0.579腹杆De170.92645*58.5842222771.372.26162.122.350199.1.0.5086节点设计各节点的节点板厚一律取8mm6.1下弦节点i设计首先，计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板形状和尺寸，最后验算下弦与节点板的连接焊缝。已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值：fwf 160N / mm2设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf 6mm和hf 5mm，则所需焊缝长度

16、为：/0.7N0.7 175415肢冃：lvw91.4mm 取 110mm2hef2 0.7 6 160/0.7N0.7 175415肢尖：lww50.0mm 取 80mm2hef2 0.7 5 160设杆的肢背和肢尖焊缝分别是hf 6mm和hf 5mm，则所需焊缝长度为肢背：l/0.7N0.7 12932367.4mm取 100mmw2heffw2 0.7 6 160肢尖：10.7N0.7 12932334.6mm取 80mmw2heffw2 0.7 5 160设杆的肢背和肢尖焊缝均为h f5mm，则所需焊缝长度为肢背：|/0.7N0.7 3825023.9mm取 165mmw2heffw2

17、 0.7 5 160肢尖：10.7N0.7 3825010.2 mm取 165mmw2heffw2 0.7 5 160根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留有间隙，按比例绘出节点大样图 从而确定节点板尺寸为385 275 8mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 385mm hf 5mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差 N 304.508 133.072 171.436kN所受较大的肢背处焊缝应力为:fw 160N/mm20.75 N0.7 171436“2f45.7N /mm2helw 2 0.7 5 (385 10)6.2下弦节点j的设计杆-N设节点所有焊缝为hf 5mm,所需焊缝长度如下

18、:w0.7 N0.7 720632hef20.75 16010.3N0.372063w2heffw20.75 160N38.250kNl /0.7 N0.738250w2heffw20.75 16010.3N0.338250w2heffw20.75 160N26.393kNl /0.7 N0.726393w2heffw20.75 16010.3N0.326393w2heffw20.75 16072.063kN45.0mm19.3mm23.9mm10.2 mm16.5mm7.1mm肢背:肢尖:杆-肢背:肢尖:杆-肢背:肢尖:所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于60mm下弦与节点板

19、连接的焊缝长度为 320mm hf 5mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差N 354.578 304.508 50.07kN所受较大的肢背处焊缝应力为:0.75 N2helw0.7 500702 0.7 5 (320 10)217.3N/mmw2f f 160 N / mm焊缝强度满足要求。6.3下弦节点k的设计下弦杆一般都采用同号角钢进行拼接， 为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hf t hf 5mm），拼接角钢这部分削弱，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焊缝hf 6mm，则所需一条焊缝计算长度为3

20、545784 0.7 6 160131.9mm拼接角钢的长度取 400mm>1319 2=263.8mm屋架分成两个运输单元，设置工地焊缝长度拼接，左半边的弦杆和腹杆与节点板 连接用工厂焊缝，而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝。中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂，为便于工地拼接，在拼接的角钢与右半边斜杆上，设 置螺栓孔 21.5。作为安装施焊前的定位之用。下弦杆与节点板之间用hf 5mm焊缝满焊。斜杆-和竖杆-的内力均很小，肢背与肢尖焊缝 hf 5mm,施焊长度均可按构造采用，至少60mm采用390 X 290 x 8mm所有焊缝均满焊，焊缝长度均 大于所需长度。6.4支座节点h设

21、计为了便于施焊，下弦焊与支座底板的距离取130mm在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。6.4.1支座底板计算支座反力：R 6F 6 38.25 229.5kN支座底板的平面尺寸取401 280112280mm2，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则实承面积为：280 110 30800mm2验算柱顶混凝土的抗压强度:RAn2295003080027.45N /mm210N /mm式中fc钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值。底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成4块。每 块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为：M2qa1式中

22、q 底板所受的均布反力，q 229500 7.45N / mm2An 308001 两支承之间的对角线长度，1. (146 5)2 802 162mm系数，由查课本表5-6确定，d为两支承边的相交点到对角线1的 垂线距离，由相似三角形的关系得：b1 80 141 69.6mm1620.047b1 /a1 69.6/162 0.43查表 5-5 得M qa"0.047 7.45 16229189N /mm底板厚度：t 6M/f 6 9189/215 16mm 取 20mm6.4.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架1支座反

23、力的四分之一，即：丄229.500 57.375kN4焊缝受剪力V 57.375kN，弯矩：M 57.375 402295kN m，设焊缝hf5mm，焊缝计算长度lw 391 10 381mm焊缝应力为:VN2hel w6M2lWhef 1.22573752 0.7 5 38121.5N21.526 2295000213.62 0.7 5 3812,124.3 462.324.22N/mm2w2f f 160N / mm6.4.3节点板，加劲肋与底板的连接焊缝计算 设焊缝传递全部支座反力R=229.5kN,其中每块加1111劲肋各传丄R 丄229.5 57.375kN，节点板传丄R - 229

24、.5 114.75kN4422节点板与底板的连接焊缝lw2 (280 10)540mm，所需焊脚尺寸为hfR/20.7 lwffw0.7 540 160 1.90mm 采用 hf 5mm每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为:lw (80 20 10) 2 100mm，所需焊脚尺寸为hfR/40.7 lwffw573750.7 100 1605.12mm 取 hf6mm6.4.4下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆N 133.072kN肢背和肢尖焊缝均为hf 6mm，则所需焊缝长度为:肢背:l/w0.75N2heffw0.75 1330722 0.7 5 16074.3mm肢尖:l/w弟 °

25、;25 13307224.8mm2hef2 0.7 5 160 支座斜杆 N 248.702kN 肢背焊缝长度为hf 6mm，肢尖焊缝长度为hf 5mm，则所需焊缝长度为:肢背:1/w0.75N2heffw0.75 1330722 0.7 6 16074.3mm肢尖:1w響 °25 13307224.8mm2heff 2 0.7 5 160支座竖杆 N 19.125kN肢背和肢尖焊缝均为hf 5mm ,则所需焊缝长度为:肢背:肢尖：lw°.3Nw°3 191255.12mm2hef2 0.7 5 1601/w0.7N2heffw0.7 191252 0.7 5 1

26、6011.95mm根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度，全部焊缝满焊。6.4.5上弦节点b设计为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm用塞焊缝把 上弦角钢和节点板连接起来。槽钢作为两条焊缝计算，这时，强度设计值应乘以 0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，且假定集中荷载 F与上弦 垂直（图）上弦肢背槽钢焊缝的hf 4mm，节点板的长度为435mm其应力为:N2) 2(0.5F)22helJ.0.752380362(0.5238250)20.7 4(43510)上弦肢间角焊缝的应力为:75.440.8ff 128N /mmk2(NN2) 22(0.5F)2helw，.0.252380362(0.538250)220.7 4(43510)26.26160N /mm腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算， 可不必再计算，节点板尺寸就是根 据腹杆焊缝长度按比例绘制确定。上弦为了便于搁置屋面板，在角钢再肢间设置 肋板。6.4.6上