钢结构基本原理课程设计要点

1、钢结构课程设计专业名称年级班级:学生姓名:指导教师:道路与桥梁1*级*班* * * * *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1.5m 6m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400mm 400mm，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）屋架形式

2、、尺寸能支撑布置由于1.5m 6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用梯形屋架。-7 -屋架计算跨度:Lq = L - 300 = 29700mm屋架端部高度:跨中高度：屋架高跨比：H0 二 2000mmH =Ho=2000 29700 0.1 =3485 ： 3490mm2 2H 34901L0 - 29700 8.5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L0/500计算为60mm，几何尺寸如图所示。1507850FD 150800082850 300030001507 H 15083

3、0000946S500033abcdef1501350L9X 1500= 13500 1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nHHOnHW

4、2-QW2.xxxx柔性杆系屋架上弦横向水平支撑布置I -n-I -In-n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）1.2 1.4 =1.68KN /m2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21.2 0.4 = 0.48KN/m21.2 0.4 =0.48KN/m1.2 0.4 =0.48KN /m21.2 0.45 =0.54 KN / m2-3.66KN / m21.4 0.7 =0.98KN /m2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

5、9;=0.98KN / m2R =3.66x1.5x6 = 32.94KN可变荷载P2 =0.98 1.5 6=8.82KN全跨永久荷载+全跨可变荷载节点荷载p = R + R =41.76KN全跨永久荷载+ （左）半跨可变荷载蔭=R+P2=41.76KN节点荷载P - P2 =32.94KN全跨屋架和支撑自重+ （左）半跨屋面板+ （左）半跨施工荷载（取等于屋面使用荷载）Pt= P31.68 0.98 1.5 6-28.8KN节点何载P3 =0.54 1.5 6 = 4.86KNP4 = (1.68 0.98) 1.5 6 = 23.94KN2内力计算用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位节点

6、荷载作用下的杆件内力系数JL和B ,者相加得到全跨单位节点荷载作用下内力系数J，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上弦AB0000BD-8.13-3.12-11.25-469.8DF-12.45-5.62-18.07-754.6FH-13

7、.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+8.94+373.3bD-4.95-2.54-7.49-312.8Dc+3.27+2.25+5.52+230.2cF-2.04

8、-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-1.000-1.00-41.76Ie-1.500-1.50-62.64Jg-1.000-1.00-41.76Kf00000表1-1

9、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，N1(< =-947.5KN , lox = 150.8cm , l°y = 301.6cm -4ac (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 NaB =469.8KN，查表取节点t = 12mm，支座节点板厚 t =14mm。假定卑-60 -0.807A=N/ f -947500/ 0.87 215 =5065.5mm2 ix=l°x/' = 150.8/60 = 2.51cmiy=l0y/，= 301.6/60 = 5.02cm选用2L

10、 160 100 12短肢相并，如图A = 60.2 cm2ix =2.82cm,iy = 7.82cm验算：.；”x = 150.8/ 2.82 = 53.5 ： 1，1 -150,y =301.6/7.82 = 38.6 ：丨 1 -150,x =0.844、二 N / A = 947500/(0.844 6020) = 186.5 ： f = 215N / mm2（2）下弦杆。整个下弦杆采用等截面，按 下弦杆的最大内Nef -917.5KN计算I ox = 300cm, l0y = 1485cm。12|yL2L16QX1QQX12y力x所426mm,选2 L 140 90 10短肢相并（

11、如图），xA = 44.5cm2 代=42.7cm2,二 2.56cm, i y =6.84cm,需要面积代=917500 /215-19 -x =300/ 2.56 = 117 ： I .1 - 350y =1485/6.84 =217- 350端斜杆Ba。NBa 二-469.8KN ,l0x 二 253.5cm选用2L 100 10 （如图），其截面参数:2A = 38.52cm , ix = 3.5cm,iy = 4.60cm,验算x =253.5/3.05 = 83.1 ： I 1-150,1 =0.618,y =253.5/4.60=55.1 ：丨-150，下弦杆截面2L160X10

12、0>10yytInI1rLs 9yxxy端斜杆截面N / A =469800/(0.618 3852) = 197.4N / mm2 ： f =215N/mm2(四)斜腹杆Kg-ge。此杆是再分式桁架的斜腹杆，在g节点处不断开，两段杆件内力不同：最大拉力：Nkg -115.89KN, Nge -95.16KN最大压力：Nkg -37.8KN , Nge -41.3KN在桁架平面内的计算长度：l0x = 230.6cm,在桁架平面外的计算长度按公式计算：l0y 斗(0.75 0.25恥)=461.1 (0.75 0.25 卫)=451cmyN141.3选用 2L 63 5A=12.28cm

13、2,ix =1.94cm,iy =3.03cm验算：x =230.6/1.94 =11 1-150,y =451/3.03 = 149 ： I 丨-150, y =0.311:二 N/ 2 = 41300/(0.311 1228)=108N/mm2 ： f =215N/mm2(5)竖杆 Ie。 NIe =62.64KN ,l0x =0.8 319 = 225.2cm, l0y = 319cm ,NIe =62.64KN ,内力较小选用2L 63 52A = 12.28cm ,ix =1.94cm,i y = 3.03cm验算：x =255. 2 / 1f9 4 ： 1 32150y =3 1

14、9 / 3. =0311.0 5=x1=5 0,0. 37 8:二 N 厂 A= 6 2 6 4 0 / ( 0. 3 7 1 = 1 2 2 8 )冃 3 7. N nim2 1 5/yyJ7J7Gd截面Kg _ge, le 截面（六）竖杆Gd。NGd =-41.76KN,l°x =231.2cm,l°y =289cm,因为内力较小，可按丨I选择，需要回转半径：ix二231.2 =i.54cm, iy二迢9 = 193cm，按ix、iy查型钢表，选用 ，150150其截面参数:A =9.6cm2,ix =1.53cm 1.54cm,iy =2.53cm 1.93cm。其余

15、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KN计算长度截面形式和规格截面面积cm回转半径长细比容许长细 比/.稳定系数计算应力N / mm2loxloyixiy入X上弦IK-947.5150.8301.6L 160 X50.62.867.7853391500.842222100汉 10下弦de-917.53001485L 140 X44.52.566.841172173502029010斜aB-469.8253.5253.5L100 X831.33.084.5682561500.675222腹Bb+373.3208.

16、6260.8L 90 疋 621.22.794.137563350158杆bD-312.8229.5286.9l 90x621.22.794.1382701500.675218De+230.2228.7285.9l 63 =<512.31.943.0411894350168cF-176.0250.3312.9l 75 汉 514.82.333511232Fd+112.8249.5311.9l 50 汉 59.61.532.53163123350105dH-59.28271.6339.5l 63512.31.943.041401121500.345140He+43

17、.41270.8338.5l 63 江 512.31.943.041401121500.34574-31.29eK+115.9230.6451l 63 汉 512.31.943.041191491500.311108-41.3ig24.34166.3207.9l 50 x59.61.532.531098235025竖Aa-20.88199199l 50 況 59.61.532.53130791500.38756腹Cb-41.76183.2229l 50 汉 59.61.532.53120911500.437100杆Ec-41.76207.2259L 50 沃 509.61.532.531351

18、021500.365119Le-62.64255.2319l 63 乂 512.31.943.041321051500.378135Jg-41.76127.3159.5l 50 汉 59.61.532.5383631500.66765Kf0314.1314.1l 63x512.3Amin人max=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hf =8mm和6mm，则所需焊缝长度为:肢背lwKN2 0

19、.7hfffw0.7 3733002 0.7 8 160=146mm，取150mm肢尖k2N2 0.7hfffw0.3 3733002 0.7 6 160= 83mm，取90mmDb杆的肢背和肢尖分别采用8mm和6mm，肢背2 0.7 hf ffW0.7 3128002 0.7 8 160=122mm，取 140mm肢尖lwk2N2 0.7 hff.0.3 3128002 0.7 6 160=70mm，取70mmCb杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，hf = 5mm。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310mm 380mm

20、。KN2 0.7hflw下弦杆与节点板连接的焊缝长度为 380mm，hf = 6mm。焊缝所受的力为左 右两下弦杆的内力差:N =631.8 一251.4 =380.4KN，则肢背的应力为：2 2123N / mm : 160N / mm2 0.7 6 (380-10)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,N B a=469.8KN，肢背和肢尖焊缝分别采用hf =10mm和6mm。肢背KN2 0.7hf ffw07 469800147mm，取 150 mm2 0.7 10 160肢尖

21、lw二k2N2 0.7hf ffw0.3 469800105mm，取 110mm2 0.7 6 160为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这是 hf £ -6mm，lw, I： =360-10 =350mm。承受集中力 P-41.76KN，则2w2f142N/mm : ff =160N/mm2乂0.7 乂6x350肢尖焊缝承担弦杆内力差 讪=469800 一0 =469800N ,偏心距 e =10 2.5 = 7.5cm偏心力矩 M =AN e = 469800 x 75 = 35235000 N mm , hf =10mm，则-DN4698002

22、 0.7 10 3502=85 N / mm6 352350002 0.7 10 3502= 123N / mm2i'123852 ()2 =132N/mm2 ： ff" =160N/mm2Y1.22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，:=（t hf 5）mm。设焊缝 hf =8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按连接弦杆的最大内力计算， “你=947.5KN，每条焊缝长度为：屋脊节点947500264mm，取 270mm4 0.7 8 160 拼接角钢总长 L = 2 270 20 = 560mm，取560mm，竖肢需切去卜：=10 8 5 =23mm，取代二25m m，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 hf =5m m,需要焊缝长度：2N1 sin ：P8 0.7hf ffw2hf2 947500 sin5.7 - 417608汉0.7疋5勺60= 32.7 10 = 42.7mm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