钢结构课程设计

钢结构课程设计题目：21m跨厂房梯形钢屋架设计姓名：蒙立强目录一、设计资料.......................................................（2）二、结构形式与支撑布置.............................................（2）1.屋架形式及几何尺寸...........................................（2）2.屋架支撑布置.................................................（3）三、荷载计算.......................................................（4）1.荷载设计值...................................................（4）2.荷载组合.....................................................（4）四、内力计算.......................................................（6）五、杆件设计.......................................................（7）1.上弦杆.......................................................（7)2.下弦杆.......................................................（8)3.斜腹杆“Ba”.................................................（9)4.竖杆“Gg”...................................................(10)5.各杆件的截面选择计算..........................................(10)六、节点设计........................................................(12)1.下弦节点“c”.................................................(12)2.上弦节点“B”.................................................(13)3.屋脊节点“H”.................................................(15)4.支座节点“a”.................................................(16)七、屋架施工图......................................................(19)附节点详图1-6......................................................(20)一、设计资料某厂房总长度为90m，跨度为L=21，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距为6m。1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10，L为

屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦

标高为18m，厂房内桥式吊车为2台150/30t2台5t。2.屋架形式及荷载:P=1.0屋架采用的钢材、焊条为：用Q345钢，焊条为E50型。3.屋盖结构及荷载:无檩体系：采用1.5m×6.0m荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式qL，L为屋架跨度，以m为单

位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；0.7kN/m2S0=0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值，1积灰荷载0.8kN/m2。③屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4kN/m2

水泥砂浆找平层0.4kN/m2

保温层0.65kN/m2

一毡二油隔气层0.05kN/m2

水泥砂浆找平层0.3kN/m2

预应力混凝土屋面板1.45kN/m2二、结构形式与支撑布置1.屋架形式及几何尺寸如下图1所示：图1屋架形式及几何尺寸2.屋架支撑布置如下图2所示：26000*15=90000500GG2GG2CC2LG2LG1

LG2LG2LG2LG12CC1GG1GG1CC12LG1LG2LG2LG1LG1LG2LG2LG1CC2GG2GG2CC211屋架上弦支撑布置图LG5LG5CC5LG5LG5CC2LG3LG1LG6LG1CC6CC3LG4LG4CC6LG4LG4CC3LG3LG1LG3LG1CC2LG5LG5CC5LG5LG5CC2屋架下弦支撑布置图LG5垂直支撑1-1LG4垂直支撑2-2符号说明：SC—上弦支撑XC—下弦支撑CC—垂直支撑—刚性系杆LG—柔性系杆图2屋架支撑布置三、荷载计算3由于屋架的受荷水平投影面积为：A216m2126m260m2，故按《建筑结构荷

载规范》取屋面活荷载（按上人屋面）标准值为0.7kN/m2，雪荷载为0.35kN/m2，

取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.7kN/m2支撑）按经验公式qL计算，L为屋架跨度，以m为单位。1.荷载设计值永久荷载设计值：预应力混凝土屋面板1.451.351.9575kN/m2屋架及支撑自重(0.120.0111.350.474kN/m2三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.41.350.54kN/m2水泥砂浆找平层0.41.350.54kN/m2保温层0.651.350.8775kN/m2一毡二油隔汽层0.051.350.0675kN/m2水泥砂浆找平层0.31.350.405kN/m2合计4.862kN/m2可变荷载设计值：屋面活荷载0.70.98kN/m2积灰荷载0.81.41.12kN/m2合计2.1kN/m22.荷载组合设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：使用阶段荷载情况：（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：F(4.8621.56kN62.66kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：14.8621.56kN43.76kN半跨节点可变荷载：22.11.56kN18.9kN施工阶段荷载情况：4（3）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：F0.4741.56kN4.266kN3半跨节点屋面板自重及活荷载：F0.98)1.56kN26.438kN4屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图3所示：FFFFFFFFFFFFFabcdFFFFFFFFFFFF3FFFFFFF图3荷载组合作用下的计算简图四、内力计算5由以下图4得F=1时屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值图4屋架各杆件的内力系数由屋架各杆件的内力系数求出各种组合荷载情况下的内力，计算结果见下表1：内力系数（F=1）第1种组合第2种组合第3种组合

计算杆杆件名称件内力全跨左半跨2右半跨3FF3F3FF1FF2244（kN）AB0.0000.0000.000000000上BCCD-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196弦DEEF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FGGH-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.199ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.9066ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383Ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.47173.634363.930Dc-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947斜Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47.024-98.502腹杆Fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070Hg0.7131.913-1.20044.67767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684Aa-0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88-15.352-2.133-31.33竖Cc，Ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66杆Gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表1屋架杆件内力组合表注：F=62.66kN，F=43.76kN，1F=18.9kN，2F=4.266kN，3F=26.438kN4五、杆件设计腹杆最大内力N=-481.479kN7.410mm厚度选用12mm。1.上弦杆（图5）整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大内力设计。N=-763.199kN=-763199N，上弦杆平面内计算长度l0x根据支撑布置和内力变化情况，平面外计算长度l。0y3因为0y30xll，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并，选用2L140908，如下图5所示：图5上弦杆截面图设，查附表4.2得0.7517N763199

需要截面面积为：Amm23278.2mm2

f0.751310l150.75需要的回转半径为：x0cm2.154cmix70l452.25iycmcm0y70根据需要的A、i、i查角钢规格表，选用80，截面特征为：xyA39.4cm，i=2.26cm，i，按所选角钢进行验算：2xyl150.750x66.70150xi2.26xl452.25074.01y150yi6.11y满足长细比要求。由于，只需求，查表得0.725，于是yxyyN763199N/mmNmmfNmm，2267.2/2310/2A0.7253940y所选杆件满足要求。2.下弦杆（图6）图6下弦杆截面图”杆计算。Nmax749.539749539,kNNl，0x300cml0yN749539

所需截面面积为：Amm2cm2

f310选用707，因为ll，故选用不等肢角钢短肢相并。0x0y8Acm2，24.6cmi=2.00cm，i=5.39cm2xyl3001035l00x150350，192.02350yxiyi2.005.39xy满足长细比要求，故所选杆件满足要求。3.斜腹杆“Ba7）图7斜腹杆“Ba”截面图杆件轴力N计算长度0x0yll，因为ll，故采用不等肢角钢长肢相并，使ii。0x0yxy选用6310，则A31.0cm2，i=3.15cm，i=2.72cmxyl253253l80.32，93.010x0yxiyi3.152.72xy因为，故只需求=0.601，yxyN481479/mmNmmfN，N2258.43/2310/mm2A0.6013100y所选杆件满足要求。4.竖杆“Gg8）9图8竖杆“Gg”截面图N，0y289cm0x289231.2cm，l由于内力较小，故按150选择，所需的回转半径为：ix0231.21.54cmx150iyl0289ycm150查型钢表，选择截面的回转半径较计算的要略大些，故选用2L563。A668mm，i=1.75cm，i=2.64cm2xyl231.20x132.1150xi1.75xl289109.50y150yi2.64y因为，故只需求0.378，xyyN62660N/mmNmmfNmm，杆件满足要求。2248.2/2310/2A0.378668x5.其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，其计算结果见表10六、节点设计9）图9下弦节点“c”详图（1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值为fw200N/mm2f。BcBch和h6mmffkN0.7363930肢背:l11113.7mmmm22.0.7hfw078200ff考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加2h，取为。f肢尖kN0.3363930:lw264.992mmmm20.7hfw0.620027ff实际焊缝长度为计算长度加2h，取为。fDch和h6mmffkN0.7276268肢背:w186.3l1mmmm20.7hfw0.782002ff考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加2h，取为。f肢尖kN0.3276268:l22w49.3mmmm20.7hf20.76200wff12实际焊缝长度为计算长度加2h。fCc杆：由于“Cc”杆内力很小，故焊缝尺寸可按构造要求确定，取h。f（2）确定节点板尺寸误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为260mm350mm。（3）下弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算下弦与节点板连接的焊缝长度为250mm，取h6mm，焊缝所受的力为左右两下f弦杆的内力差N(610.559-256.906)kN353.653kN行强度验算：0.75353653fN/mm293.42N/mmfw200N/mm，

20.76(35012)22f焊缝强度满足要求。2.上弦节点“B”(图10)图10上弦节点“B”详图（1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算Bc杆与节点板的连接焊缝尺寸和下弦节点“c”相同。Ba杆：肢背和肢尖焊缝分别采用h10mm和h，则所需的焊缝长度为：ff13kN0.7481479肢背:l11mm，取w14120.4cm20.7hf20.10200w7ffkN0.3481479肢尖:w2mmmml64.52207h.fw20.78200ff(2)确定节点板尺寸(方法同下弦节点“c”)确定节点板尺寸为250mm400mm。(3)上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算应考虑节点荷载P和上弦相邻节间内力差N受节点荷载PN背槽焊缝强度验算：hf，t(0.1l(mmmm510)mm5mml40010)390,ww2节点荷载，P=62.66kNP62660wmm22fN/22.95N/mmff20.7hl20.75390f1200N/mm2肢尖角焊缝强度验算：弦杆内力差为N(468.196-0)kN468.196kN，轴力作用线至肢尖焊缝的偏心距为e90，偏心力矩为MNe(468.4960.065)kNm30.452kNm，Nw468496则N222N/mmN/mmf200N/mmf20.7hl20.75390fw2M6M630.452106MN/mm2W20.7hl20.7103902wfw285.80N/mm285.80)171.61(N(M)N/mm185.46N/mmfw200N/mm222222f1.221.22满足强度要求。1411）1-1图屋脊节点“”详图（1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算方法与以上几个节点相同，计算过程略，结果见图11。（2）确定节点板尺寸为：250mm450mm（3）计算拼接角钢长度削弱，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。拼接角钢规格与上弦杆相同，长度取决于其与上弦杆连接焊缝要求，设焊缝h10mmfN763199lwmmmm40.7hf40.710200wff15拼接角钢总长度，L(2136.320)302.6mm。竖肢需切去85)mm，取（4）上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算上弦角钢肢背与节点板之间的槽焊缝承受节点荷载P，焊缝强度验算同上弦节点“B”，计算过程略。上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝强度按上弦内力的15%h10mmf点板长度为450mm，节点一侧焊缝的计算长度为lw(250251010)205mmmm0.15N0.15则f/239.89/mm2NN20.7hl20.710fwM6M60.15763199fN/2W20.7hl20.7102wfw275.89N/275.89f(89)N/mm73.90N/mmfw200N/mmf222222)39.(f1.221.22焊缝强度满足要求。的上弦杆、斜腹杆与节点板连接用工地焊缝。12）`16图12支座节点“”详图160mm肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度为12mm。（1）支座底板的计算支座底板尺寸按采用280mm360mm，承受支座反力R7F762.66438.62支座反力作用，则承压面积为A280212mm259360mm2，则柱顶混凝土的抗n压强度按下式验算：RAnN/NfN27.39/214.3/c2式中，f为混凝土强度设计值，对混凝土，f14.3N/mm2。cc的抗弯强度确定：底板下的平均应力q为：q