27钢结构课程设计例题

1、 梯形钢屋架设计 北京地区某金工车间，采用无檩屋盖体系，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，1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载为0.4kN/，屋面活荷载为0.4kN/，雪荷载为0.4kN/，风荷载为0.45 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表1 根据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用Q235沸 E43型，手工焊。1 架。

2、屋面坡度i 1/10。l2150270002150。屋架计算跨度l0屋架端部高度取：Hmm。0l H i 200026700/20.133353350mm跨中高度：H屋架高跨比：。020H 1。l 8.00屋架跨中起拱l/50054mm,取50mm。f为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m水平尺寸为3.0m1 所示。图 5.5m开间内布置上下弦横2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 栓采用C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。3 0.4kN/ m2g0.0112L单位为m,荷载计算结果见表1。表1荷 载 计 算 表m2）设计屋架时应考虑以下三种荷载

3、组合情况：6.1.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：4F (3.861.12)1.56 44.82kN6.2.全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F 6kN1半跨节点可变荷载：F 6kN26.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：F 6kN3半跨节点屋面板自重及活荷载：F 6kN46.1、6.2为使用节点荷载情况，6.3为施工阶段荷载情况。 由图解法或数解法解得作用于全跨、2。表2组合F113224400000000 5 000000000000000杆00杆件设计8.1 上弦杆整个上弦采用等截面，按 HI、IJ 杆件的最大

4、设计内力设计。N-859.2kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度l l mmox0在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据6支撑布置和内力变化情况，取l 为支撑点间的距离，即l 150721508 4522mmoy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-450.4kN，查表得，中间节点板厚度选用 12mm，支座节点板厚度选用 14mm。（由双角钢组成的 T 型和十字形，查Q235 钢的稳定系数表，可得设截面均属于 b N 859.2103A 4952.02f 0.807l 15084522li 25.

5、1,i 75.4mm需要的回转半径：oyox 60 60 xy根据需要 A、i 、i 查角钢规格表，选用 2L16010010，肢背间距 a12mm，则 Axyi cm i 7.78 cm250.6cm ，xy按所选角钢进行验算：ll 4522 52.9， 58.1oyi i 77.8xyxy 150满足长细比的要求。由于 ，只需求 ，查表 0.818，则yxyyN 859.2103MPa 207.6MP 215MPaa A 0.818 5060y所选截面合适，上弦截面如图所示：图78.2 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=817.5kNl mm l l 267

6、00/213350mm，oxoy0所需截面积为（因跨中有通长系杆）:N 817.53A 38.0222f选用 2L16010010，因l l ,故用不等肢角钢，短肢相并。oy0 xA50.62，cmi cm i 7.78 cmxyll 1335 157.9， 171.6350oyi 2.85i 7.78xyxyN 817500 161.6MPa215MPa，所以满足要求。A 5060下弦截面如图：图8.3 斜杆按端斜杆 aB 最大设计内力设计。N 450.4l l 2530mm杆件轴力：计算长度：oxoy因为l l ，故采用等肢角钢，使i i。选用 2L10010。则:xyi m i mA38

7、.52cm，2，xy8ll 25302530 83.0， 55.0oyi i 46.0 xyxy ，只需求 。查表 0.668，则:由于yxxxN175.0MPa 215MPa，故所选截面合适。 A 0.668 x端斜杆截面如图：图8.4 腹杆腹杆 cf-fG 在 f 节点处不断开，采用通长杆件。N 156.9kN N 120.6kN,cffG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在桁架平面外的计算长度：l mm，oxN120.6156.9l l (0.750.25 ) (0.750.25) 3932.62N0y11选用 2L11010，查角钢规格表得m i i 5.00c

8、mA45.522，xyl20l3932.650.0 115.9150， 78.65150oxoyi 19.4ixyxy ，只需求 。查表 0.458，则:由于yxxxNa a A y再分腹杆截面如图：9图8.5 竖杆 HdN 67.2 l 0.8l0.830502440mm l 3050mm，oxoy由于杆件内力较小，按 150选择，需要的回转半径为ll i i， ox xyi 和i 较上述计算的i 和i 2Lxyxym i i 3.04cmA12.29，2xyll 3050 125.8 100.3150，oyi i 30.4xyxy ，只需求 。查表 0.406，则:由于yxxxN134.7

9、MPa 215MPa A 0.406 x竖杆截面如图：图其余各杆件的截面选择结果见表 3。10表3屋 架 杆 件 截 面 选 择 表lii/yycmxxHgAaCbEcFfHdIg63563563563563563563566.966.375.785.542.8100.350.2-22.4-44.8-67.2-44.8-67.2-44.8125.862.9122152.512.291.943.0411节点设计采用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f。wf9.1下弦节点“b”设 bB 杆的肢背和肢尖焊缝 h 8mm6mm，所需焊缝长度为：fK N120.7h ff110328l

10、12h 2826104.79肢背l ：1fwfK N220.7h f10326l 22h 肢尖l ：2fwf 2fl lmm取，。12设 bD杆的肢背和肢尖焊缝 h 8mm6mm，所需焊缝长度为：fK N120.7h ff110328l 12h 282687.52肢背l ：1fwfK N220.7h ff 210326l 22h 肢尖l ：2fwfl lmm取，。12bC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取h 5mm。f根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（见图280340mm。下弦与节点板连接到焊缝长度为 340mm，h 5mm，焊缝承受节点

11、左、右弦杆的内力差NN-N 596.6-240.2bcabf356.4kN。验算肢背焊缝的强度：K N0.65356.4103100.3N /mm 160mm22120.7h l 20.75 34025ffw12图9.2 上弦节点“B”斜杆 Bb b 中 Bb Ba 与节点板连接焊缝计算：N=-450.4kN。设 “aB”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为K N120.7h ff11032l 12h 226129.29肢背l ：1fwfK N210326160l 22h 肢尖l ：20.7h fw2ff 2fl l mm取，。12为了便于在上弦上搁置大型屋面板

12、，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 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0.8 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面计算得到：11h 节点板厚实度 12 6mm,h 6。22f1f 213肢尖焊缝承担弦杆内力kN ，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载kN44.8 。上N F弦与节点板间焊缝长度为460mm，则0.6577.211.920.76(46012)f20.76(46012)f11.9( ) 77.2 77.8MPa 160MPa2 2（ ） f221.22ff节点如图:图

13、9.3屋脊节点“J”弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，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=-859.2kN。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm。则需焊缝长度为14859200l 10 249.7mm l mm,取40.78160ww拼接角钢长度取 6002260=520mm应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝h 10mm,节点板长度为500mm，节点一侧弦杆f焊缝的计算长度为l /210mm。w焊缝应力为：0.15859200 41.8MPaNf20.71022060.15859

14、20078.1MPa160MPaMf20.710220211.9( ) 41.8 160MPa2 2（ ） 22f1.22ff节点形式如图:图9.4下弦跨中节点“e”15跨中起拱 2L16010010，h 8mm，焊缝长度：f798200Nl 16 222.7mm，取l =300mm。40.7h f40.78160wwwff拼接角钢长度l2610。15%计算。N798.215%119.7设肢背、肢尖焊脚尺寸为8mm，弦杆一侧需焊缝长度为0.65119.7103肢背：l 1269.9mm l，取 =90mm20.76160110.35119.71020.761603l w212 43.2mm，按

15、构造要求，取焊缝长度肢尖ll 50mm，取 =60mmw2w2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。0.65798200105.0MPa f 160MPaw20.7660012）f焊缝强度满足要求。节点形式如图:16图9.5 端部支座节点“a” （1）支座底板的计算RN支座反力：设支座底板的平面尺寸采用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 655202。验算柱顶混凝土的抗压强度：R 7.29 f 9.6Acn式中： f 混凝土强度设计值，对 C20 混凝土， f 9.6MPa。cc支座底板的厚度按屋架反力作用下的

16、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： M a222式中： 底板下的平均应力，即 =8.49MPa 。两边支承之间的对角线长度，即 ) 172.6aa22222b /a2系数，由查表确定。2217b2a为两边支承的相交点到对角线 的垂直距离。由此得：284.8bb 284.8, 2172.6a172.62查表得 0.0546。则单位宽度的最大弯矩为：2 0.05468.49172.62 13809.63N mmM a2 22底板厚度：6M613809.63t mmf215，取t22mm所以底板尺寸为28023422mm。

17、（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lhR/4计算，wfR/4作用点到焊缝的距离为e（140-8）/266 mm。则焊缝所受剪力V及弯矩M为：R 44820V 11.21kN,M Ve44.82662958.1kNmm44焊缝强度验算22 20.7h l1.2220.7h l2f wf w 22 20.784131.2220.78413 27.99N/mmf2wf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RN，其中每块加劲肋各传N，节18 22410N点板传递。节点板与底板的连接焊缝长度 l 2(280 ，所需焊脚尺寸为wR/2