27钢结构课程设计例题

1、一、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，采纳无檩屋盖系统，梯形钢屋架。跨度为27m，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-20。采纳三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥沙浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5m6m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载为，屋面活荷载为，雪荷载为，风荷载为kN/。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400mm400mm，混凝土标号为C20。设计荷载标准值见表1（单位：kN/）。表1防水层找平层保温层找平层混凝土屋面板三、钢材和焊条的采纳依据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方

2、法，屋架刚材采纳Q235沸腾钢，要求保证佩服强度fy、抗拉强度fu、伸长率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。焊条采纳E43型，手工焊。四、屋架形式和几何尺寸屋面资料为预应力混凝土大型屋面板，采纳无檩屋盖系统，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：HH0l0i200026700/20.133353350mm。2屋架高跨比：H33501。l0267008.0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，腹杆系统大部

3、分采纳下弦节间水平尺寸为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、屋盖支撑部署依据车间长度、跨度及荷载状况，在车间两端5.5m开间内部署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部署三道竖向支撑，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，此中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采纳C级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。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

4、）六、荷载计算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散布的自重（包含支撑）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荷载名称预应力混凝土大型屋面板三毡四油上铺小石子防水层水泥沙浆找平层厚泡沫混凝土保温层找平层屋架和支撑自重永远荷载总和屋面活荷载积灰荷载可变荷载总和荷载计算表标准值（kN/m2）设计值（kN/m2）+27=设计屋架时应试虑以下三种荷载组合状况：.全跨永远荷载+全跨可变荷载全跨节点永远荷载及可变荷载：F(3.861.12)1.5644.82kN.全跨永远荷载

5、+半跨可变荷载全跨节点永远荷载：F13.862.5634.74kN半跨节点可变荷载：F21.121.5610.08kN.全跨屋架（包含支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：F30.501.564.5kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F41.680.561.5610.5kN、为使用节点荷载状况，为施工阶段荷载状况。七、内力计算由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。尔后求出各种荷载状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内力系数（F=1）内力组合值杆件名第一种第二种组合第三种组合计算杆左半跨右半跨内力1133称全

6、跨组合F2244(kN)+F+F+F+FAB00000000BC上CD弦DEEFFGGHHIIJab下bc弦cddeaBBbbD-290Dccf斜fGEf0腹杆GddggJHg030Aa0Cb-1-10Ec0竖-1-10Ff杆0HdIg-1-10Je000000000八、杆件设计上弦杆整个上弦采纳等截面，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：本屋架为无檩系统，而且以为大型屋面板只起到刚性系杆作用，依据支撑部署和内力变化状况，取loy为支撑点间的距离，即loy1507215084522mm依据屋架平面外上弦杆的计算长

7、度，上弦截面采纳两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N，查表得，中间节点板厚度采纳12mm，支座节点板厚度采纳14mm。设60，查Q235钢的牢固系数表，可得0.807（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类），则需要的截面积：N859.21032A0.8072154952.0mmf需要的展转半径：ixlox150825.1mm,iyloy4522606075.4mm依据需要A、i、i查角钢规格表，采纳，肢背间距，则cm2，xy2L16010010a12mmAix2.85cm，iy7.78cm按所选角钢进行验算：lox150852.9，loy4522xix28.5yiy58.177.8知足

8、长细比150的要求。因为yx，只需求y，查表y，则N859.2103MPa207.6MPa215MPayA0.8185060所选截面适合，上弦截面以以下列图：图7：上弦截面下弦杆整个下弦杆采纳同一截面，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）:AN817.51033802.3mm238.02cm2f215采纳2L16010010，因loyl0 x,故用不等肢角钢，短肢相并。Acm2，ix2.85cm，iy7.78cmlox450157.9350loy1335xix2.85，yiy171.63507.78N8175

9、00A161.6MPa215MPa，因此知足要求。5060下弦截面如图：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：loxloy2530mm因为loxloy，故采纳等肢角钢，使ixiy。采纳2L10010。则:Acm2，ix3.05cm，iy4.60cmlox2530loy2530 x83.0，yiy55.0ix30.546.0因为yx，只需求x。查表x，则:N450400215MPa，故所选截面适合。xA0.668175.0MPa3852端斜杆截面如图：图9.端斜杆截面腹杆腹杆cf-fG在f节点处不停开，采纳通长杆件。Ncf156.9kN,NfG120

10、.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：l0yl1(0.750.25N2)4174(0.750.25120.6)3932.6mmN1156.9采纳2L11010，查角钢规格表得Acm2，ix3.38cm，iy5.00cmlox20loy3932.6xix115.9150，yiy78.6515019.450.0因为yx，只需求x。查表x，则:N15690072.3MPa215MPayA0.4584552再分腹杆截面如图：图9：再分腹杆截面竖杆HdN67.2kN，lox0.8l0.830502440mm，loy3050mm因为杆

11、件内力较小，按150选择，需要的展转半径为lox244016.3mm，iyloy3050ix15020.3mm150查型钢表，选截面的ix和iy较上述计算的ix和iy略大些。采纳2L635，其几何特点为：Acm2，ix1.94cm，iy3.04cmlox2440150，yloy3050 xix125.8iy100.315019.430.4因为yx，只需求x。查表x，则:N67200134.7MPa215MPaxA0.4061229竖杆截面如图：图10：竖杆截面其他各杆件的截面选择结果见表3。表3名称上弦下弦腹杆竖杆杆件编号HI、IJcdaBBbbDDccffGEfGddggJHgAaCbEcF

12、fHdIg计算长度/cm内力/kNl0 xl0y4501335253253-29018918930184230208260104130244305122屋架杆件截面选择表截面面展转半径/cm积截面规格ixiy/cm21601001016010010101001010100101010635635635635635635635635635635635长细比xy牢固系数计算应力N赞同长细A比y(Nmm2)x150350150150150150150150150150150150150150150150150150150九、节点设计采纳E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值w160Mpa。

13、ff下弦节点“b”设bB杆的肢背和肢尖焊缝hf8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背l1：l1K1N2hf0.65356.31038145.23mmw20.78220.7hf1ff160肢尖l2：l2K2N2hf0.35356.31036104.79mmw20.76220.7hf2ff160取l1160mm，l2120mm。设bD杆的肢背和肢尖焊缝hf8mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背l1：l1K1N0.652901038121.19mmw2hf0.78220.7hf1ff2160肢尖l2：l2K2N0.35290103687.52mmw2hf0.76220.7hf2ff2160取l1130m

14、m，l290mm。bC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确立，取hf5mm。依据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的缝隙以及制作、装置等偏差，按比率作出节点详图（见图11），进而确立节点板的尺寸为280340mm。下弦与节点板连接到焊缝长度为340mm，hf5mm，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差NNbc-Nab。验算肢背焊缝的强度：fK1N0.65356.4103100.3N/mm2160mm220.7hflw20.7534025图11：下弦节点“b”上弦节点“B”斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算同样。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算：N=。设“aB”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别

15、为10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背l1：l1K1N2hf0.65450.4103210150.70mm20.7hf1ffw20.710160肢尖l2：l2K2N2hf0.35450.410326129.29mm20.7hf2ffw20.76160取l1180mm，l2150mm。为了便于在上弦上放置大型屋面板，上弦节点板的上面沿可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下边计算获得：hf11节点板厚实度1mmhf2mm。2126,62

16、肢尖焊缝肩负弦杆内力N446.9kN，肢背采纳塞焊缝，承受节点荷载F44.8kN。上弦与节点板间焊缝长度为ff460mm，则0.6544690077.2MPa20.76(46012)4480020.711.9MPa6(46012)（f2211.9)277.2277.8MPa160MPa）f(f1.22节点如图:图12：上弦节点“B”屋脊节点“J”弦杆一般用与上弦杆同军号钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间可以密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=。设肢尖、肢背焊脚尺寸为10mm。则需焊缝长度为lw859200

17、10249.7mm,取lw260mm0.784160拼接角钢长度取6002260=520mm上弦与节点板间的槽焊，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%计算。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：Nf0.1585920041.8MPa20.710220Mf60.1585920078.189.1MPa160MPa20.7102202（f2211.9)22）f(41.884.1MPa160MPaf1.22节点形式如图:图12：屋脊节点“J”下弦跨中节点“e”跨中起拱50mm，

18、下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆同样截面2L16010010，hf8mm，焊缝长度：lwN40.7hfffw拼接角钢长度l1679820016222.7mm，取lw=300mm。0.784160230010610mm。弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。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：lw10.65119.710369.9mm，取lw1=90mm20.7612160肢尖l0.35119.710343.2mm，按构造要求，取焊缝长度，w220.7612lw250mm160取lw2=60mm节点板宽度是由连接竖杆的构

19、造要求所决定的，按比率绘出节点详图，进而确立节点板尺寸。0.65798200105.0MPaffw160MPa20.76（60012）焊缝强度知足要求。节点形式如图:图13：下弦跨中节点“e”端部支座节点“a”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：R44820N设支座底板的平面尺寸采纳280mm400mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为28023465520mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：R477810fc9.6MPaAn7.29MPa65

20、520式中：fc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，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：M2a22式中：底板下的平均应力，即=MPa。a2两边支承之间的对角线长度，即a2(14014)21102172.6mm22系数，由b2/a2查表确立。b2为两边支承的订交点到对角线a2的垂直距离。由此得：b211013384.8mm,b284.80.49172.6a2172.6查表得2。则单位宽度的最大弯矩为：M2a220.05468.49172.6213809.63Nmm底板厚度：t6M613809.6319.63mmf215，取t22mm因此底板尺寸为28023422mm。2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图得焊缝长度为440mm，计算长度lw440-12-15413（mm）（设焊脚尺寸hf8mm），每块加劲肋近似的按承受R/4计算，