27钢结构课程设计例题

1、课程设计名称梯形钢屋架设计二、课程设计资料北京地区某金工车间，采用无楝屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为27柱距6m厂房高度为15.7m,长度为156m车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，计算温度高于-20C。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5mx6m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载为讹，屋面活荷载为nf,雪荷载为风荷载为kN/m2。屋架较支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400mm400mm混凝土标号为C2Q设计荷载标准值见表1（单位：kN/W）。表1防水层找平层保温层找平层混凝土屋面板三、钢材和焊条的选用根据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方法

2、，屋架刚材采用Q235沸腾钢，要求保证屈服强度fy、抗拉强度fu、伸长率3和冷弯实验四项机械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分的合格含量。焊条采用E43型，手工焊。四、屋架形式和几何尺寸屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无楝屋盖体系，平坡梯形钢屋架。屋面坡度i1/10。屋架计算跨度l0l215027000215026700mm。屋架端部高度取：H02000mm。跨中高度：HH0ki200026700/20.133353350mm2屋架高跨比:33501267008.0屋架跨中起拱fl/50054mm,取50mm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

3、水平尺寸为3.0m的人字形式，上弦节间水平尺寸为1.5m，屋架几何尺寸如图1所示。图1:27米跨屋架几何尺寸五、屋盖支撑布置根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端5.5m开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2）,安装螺栓采用C级，螺杆直径：d=20mm螺孔直径：d0=21.5mmI.符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）六、荷载计算

4、屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载m2进行计算。屋架沿水平投影面积分布的白重（包括支撑）按经验公式g（0.120.011L）kN/m2计算，跨度L单位为m,荷载计算结果见表1。表1荷载计算表荷载名称标准值（kN/m2）、一、,2设计值（kN/m）预应力混凝土大型屋面板X=三毡四油上铺小石子防水层X=水泥砂浆找平层X=厚泡沫混凝土保温层X=找平层X=屋架和支撑自重+X27=X=永久荷载总和屋血活何载X=积灰何载X=可变何载总和设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况:.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：F（3.861.12）1.56

5、44.82kN.全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：Fi3.862.5634.74kN半跨节点可变荷载：F21.121.5610.08kN.全跨屋架（包括支撑）白重+半跨屋面板白重+半跨屋面活荷载：全跨节点屋架白重：F30.501.564.5kN半跨节点屋面板白重及活荷载：F41.680.561.5610.5kN、为使用节点荷载情况，为施工阶段荷载情况。七、内力计算由图解法或数解法解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1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。表2屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力（kN）全跨左半

6、跨右半跨第一种组合FX第二种组合第三种组合FiX+F2XFiX+F2XF3X+F4XF3X+F4XAB00000000BC上CD弦DEEFFGGHHIIJab下bc弦cddeaBBbbD-290Dccf斜腹fGEf0Gd杆dggJHg030Aa0Cb-1-10竖杆Ec0Ff-1-10Hd0Ig-1-10Je000000000也、杆件设计上弦杆整个上弦采用等截面,按HI、IJ杆件的最大设计内力设计N=上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度loxl01508mm在屋架平面外：本屋架为无橡体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取loy为支撑点间的距离，即loy

7、1507215084522mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=，查表得，中间节点板厚度选用12mm支座节点板厚度选用14mm设60,查Q235钢的稳定系数表，可得0.807（由双角钢组成的T型和十字形截面均届丁b类），则需要的截面积:八N859.2103A-f0.80721524952.0mm需要的回转半径：ix官150825.1mm,iy60oxloy452275.4mm602根据需要A、ix、iy查角钢规格表，选用2L160X100X10,肢背问距a=12mm则A=cm,ix2.85cm,iy7.78cm按所选角钢进行验算:L1508o

8、xix28.552.9,loyly452258.177.8满足长细比150的要求。由丁yx，只需求y,查表859.2103MPa207.6MPa215MPayA0.8185060所选截面合适，上弦截面如图所示:图7:上弦截面下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd杆计算。N=lox4500mm,loyl026700/213350mm所需截面积为（因跨中有通长系杆）：N817.510322A3802.3mm238.02cm2f215选用2L160X100X10,因loyl0x,故用不等肢角钢，短肢相并。2A=cm,ix2.85cm,iy7.78cmloxx-ixNA下弦截面如图：450

9、loy1335157.9350,v二171.62.85iy7.78817500一一、iLB,、161.6MPa215MPa,所以满足要求。5060图8.下弦截面斜杆按端斜杆aB最大设计内力设计。杆件轴力：N450.4kN计算长度：loxloy2530mmoxoy因为loxloy，故采用等肢角钢，使ixiy。选用2L100X10。则:2A=cm,ix3.05cm,iy4.60cm350由于yx,xA端斜杆截面如图:腹杆lox2530ix30.583.0,y上缝55.0iy46.0只需求x。查表4504000.6683852175.0MPa215MPa,故所选截面合适。图9.端斜杆截面腹杆cf-f

10、G在f节点处不断开，采用通长杆件。Ncf156.9kN,NfG120.6kN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lox2087mm,在桁架平面外的计算长度:N2ly1i(0.750.25二)4174(0.75N；0y120.60.25-)156.93932.6mm选用2L110X10,查角钢规格表得2A=cm,ix3.38cm,iy5.00cm1oxx-ix2019.4115.9150,loy3932.678.65150由丁yx,只需求查表则：再分腹杆截面如图:yA1569000.4584552iy50.072.3MPa215MPa2X260=520mm上弦与节点板间的槽

11、焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝应按上弦内力的15咐算。设肢尖焊缝hf10mm，节点板长度为500mm节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw(500/21020)220mm焊缝应力为:0.1585920020.71022041.8MPa89.1MPa160MPa60.1585920078.1220.7102202,f、2211922(一)2】：()241.8284.1MPa160MPaf1.22节点形式如图:33CjI图12:屋脊节点“J”下弦跨中节点“，跨中起拱50mm下弦接头设丁跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2L160X100X10,hf8mm,焊缝长度:1640

12、.7hfffw7982001640.78160222.7mm，取1w=300mm拼接角钢长度1230010610mm弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15咐算。N798.215%119.7kN设肢背、肢尖焊脚尺寸为8mm弦杆一侧需焊缝长度为肢背：lw10.65119.71031269.9mm，取lw1=90mm20.76160肢尖lw20.35119.7103一一1243.2mm,按构造要求，取焊缝长度lw250mm20.76160取I2=60mmW2节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸。105.0MPaffw=160MPa0.65798200

13、20.76(60012)焊缝强度满足要求。节点形式如图：端部支座节点“a”图13:下弦跨中节点“e”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度14mm(1)支座底板的计算支座反力：设支座底板的平面尺寸采用反力，则承压面积为280234RAnR44820N280mm400mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座65520mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度:477810,7.29MPafc9.6MPa65520式中：fc一混凝土强度设计值，对C20混凝土，fc9.6MPa。支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，

14、节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：2M2a2式中：一底板下的平均应力，即=MPa。边两边支承之间的对角线长度，即a2J(14014)21102172.6mm2一系数，由b2/a2查表确定。b2为两边支承的相交点到对角线如的垂直距离。由此得:b2110133172.684.8mm,也a284.8172.60.49查表得2=。则单位宽度的最大弯矩为:M2a；0.05468.49172.6213809.63Nmm底板厚度:t6Mf613809.6321519.63mm=22mm所以底板尺寸为28023422mm(2)加劲肋与节点板的

15、连接焊缝计算焊缝长度等丁加劲肋高度，也等丁节点板高度。由节点图得焊缝长度为440mm计算长度|l440-12-15=413(mm(设焊脚尺寸hf=8mm,每块加劲肋近似的按承受R/4计算,R/4作用点到焊缝的距离为e=(140-8)/2=66mm则焊缝所受剪力V及弯矩M为：R44820V11.21kN,MVe44.82662958.1kNmm44焊缝强度验算:22V6M20.7hflw1.2220.7hflW3232_11.2110362958.1103一,20.784131.2220.784132=mmKf：满足要求。(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R44820N，其中每块加劲肋各传R/411210N，节点板传递R/222410N节点板与底板的连接焊缝长度lw2(28012)536mm,所需焊脚尺寸为hfR/20.7lw1.22224100.75361601.220.31mm，取hf6mm。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为lw2(1102012)156mm所需焊缝尺寸hf0.7lwffw1.22112100.71561601.220.53mm所以取hf8mm。节点形式如图:图14：端部支座节点a”节点板计算(1) 节点板在受压腹杆的压力作用下的计算所有