钢结构课程设计-.doc

目录
1. 设计资料 1
2. 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 1
3. 荷载和内力计算 3
3.1. 荷载计算 3
3.2. 荷载组合 3
3.3. 内力计算 4
4. 杆件截面选择 6
4.1. 上弦杆 6
4.2. 下弦杆 7
4.3. 腹杆 8
5. 节点设计 13
5.1. 下弦节点 13
5.2. 上弦节点 14
5.3. 屋脊节点 15
5.4. 支座节点 16
6. 梯形屋架施工图： 18

1. 设计资料
某车间（或厂房）跨度L=21m，长度72m，柱距6m，屋盖采用梯形钢屋架，屋面材料为1.5m×6m的预应力混凝土大型屋面板，屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，当地基本风压为0.45kN/m2，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C30，柱截面400mm×400mm。永久荷载（屋面标准值）3.0kN/m2，雪荷载标准值为0.55kN/m2，积灰荷载锰，铬合金车间（屋面无挡风板），即为0.75kN/m2，跨度屋架端部高度2.0m，屋架坡度1:15。
2.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置
屋架的计算跨度：
端部高度：
跨中高度：
屋架高跨比： , 符合要求
腹杆体系采用下弦节间为3m的人字形式。
几何尺寸如图1所示：

支撑布置如图2所示：

上弦水平支撑布置图

下弦水平支撑布置图

1-1

2-2

图 2
根据建造地区的计算温度和荷载性质，刚材采用。焊条采用型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆。且本设计为无檩条设计。
2. 荷载和内力计算
2.1. 荷载计算
屋架及支撑自重（经验估计式）： 0.12+0.011L=0.12+0.011×21=0.351
屋面永久荷载标准值 ： 2.5
恒荷载总和： 2.85
屋面活荷载标准值（不与雪荷载同时考虑）： 0.5
雪荷载： 0.65
积灰荷载 ： 0.1
可变荷载总和 2.15
屋面坡度不大，对荷载影响较小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。
2.2荷载组合
2.2.1全跨永久荷载+全跨可变荷载：
a.按可变荷载效应控制的组合

其中，永久荷载分项系数，屋面活荷载或雪荷载分项系数，积灰荷载分项系数，组合值系数为。
b.按永久荷载效应控制的组合

其中，永久荷载，荷载分项系数，屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数， 组合值，积灰荷载，荷载分项系数，组合系数。
按最不利组合，取节点荷载设计值，支座反力
故节点荷载取为51.70，支座反力为。
2.3内力计算
用数解法或图解法皆可解出全跨荷载作用下屋架杆件的内力。其内力设计者见图6.
杆件内力：

图3 屋架内力图
3. 杆件截面选择
腹杆最大内力（压力），由屋架节点板厚度参考表可知中间节点板厚度取，支座节点板取。
3.1. 上弦杆
整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算：
，，（取俩块屋面板宽度）。
选用，，，。
对此截面进行如下验算：

根据有双角钢组成的T形截面属于b类，查 钢的稳定系数表查得
双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比

故应按(4.15)式下计算：

，故取 ，按类截面查附表4.2得，

填板每个节间放一块，（满足范围不少于两块）
3.2. 下弦杆
下弦亦不改变截面，按最大内力计算；
，，，（因为跨中有通长系杆）。连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。
所需截面面积为：
选用（短肢相并），，
，符合要求。
计算长细比：

填板每个节间放一块，
3.3腹杆(斜腹杆)
3.3.1斜腹杆B—a
, ,选用（长肢相并），，，
对此截面进行如下验算：

故应按(4.17)式下计算：

，由按类截面查附表4.2得，由

填板放3块，
3.3.2斜腹杆B—c
, ,选用，，，
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，

填板放2块，
3.3.3斜腹杆D—c
, ,选用，，，
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，

填板放2块，
3.3.4斜腹杆D—e
, ,选用，，，
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，

填板放2块，
3.3.5斜腹杆F—e
, ,选用，，，
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，

填板放3块，
3.3.6斜腹杆F—g
, ,选用，，，
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，

填板放2块，
3.3.7斜腹杆H—g
, ,选用，，，
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，

填板放2块，
3.4腹杆(竖腹杆)
3.4.1竖杆G—g
,，选取，，，。
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，
，满足要求。
填板放3块，
3.4.2竖杆A—a
,，选取，，，。
对截面进行如下验算：

故应按(4.15)式下计算

，由按类截面查附表4.2得，
，满足要求。
填板放2块，

其余截面选择见表1

表（1）屋架杆件截面选用表

杆件

名称

杆件号

内 力
设计值
KN
计算长度(cm)

所用
截面
截面
面积
A
()

计算应力

容许长细 比
杆件端部的角钢肢背和肢间焊缝

填
板
数

上弦杆
H-F
-697.99
150.4
300.0
2L12510
48.74
177.89
150
__

每节间1
下弦杆
h-g
782.2
300.0
1050

2L12580
10

39.4
198.52
350
__
每节间1

腹

杆

A-a
-25.85
200
200

2L568

16.74
21.627
150
--
2
B-a
-399.57
249.7
249.7

2L160100×10

50.6
108.47
150
8-130
6-90

2
B-c
286.76
206.5
258.1

2L808

24.60
156.38
350
8-130
6-90
2
C-c
-51.70
176
220

2L568

16.74
21.627
150
__
3
D-c
-277.74
219.7
274.6

2L808

24.60
157.68
150
8-130
6-90
2
D-e
217.93
219.7
274.6

2L708

21.34
153.10
350
6-130
5-75
2
E-e
-51.70
192
240
2L568
16.74
21.627
150
__

3
F-e
-91.68
233.3
291.6
2L568
16.74
103.52
150
6-75
5-50
3

F-g

37.26

233.3

291.6
2L568
16.74
42.075
350
6-90
5-60
2
G-g
-51.70
208
260
2L568
16.74
52.25
150
__

3
H-g
-176.28
247.1
308.9

2L638

19.02
168.51
350
6-80
5-60
2
4节点设计
4.1下弦节点“c”(见图4）
先计算腹板与节点板的连接焊缝（型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值为 图4

4.1.1B-c杆焊缝
B-c杆肢尖和肢背的焊角尺寸均取，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）
肢背：
肢尖：
腹杆D-c和C-c的杆端焊缝同理计算，其中C-c杆内力较小，焊缝按构造采用。其次验算下弦杆与节点板焊接内力差。由斜腹杆决定节点板尺寸，按比例绘出节点详图，量得节点板长度是35cm，角焊缝计算长度，采用。
肢背焊缝应力为：焊缝强度满足要求。

4.2上弦节点“B”（见图5）

图 5
腹杆B-b，B-a的杆端焊缝计算从略，这里验算上弦与节点板连接焊缝。节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝计算焊缝，承受节点荷载，

肢尖焊缝承担弦杆内力差，偏心距，偏心力矩，采用，则
对： 满足要求。
对: 满足要求。
则焊缝强的为：
满足要求。
4.3屋脊节点“H”（见图6）

图 6

腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求解决焊缝尺寸，一般可不计算。这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截面，除倒棱外，坚肢需切去 ，取。并按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度：（设） ，可取：625mm。
共四条焊缝，则每条焊缝实际长度：，可取：180mm。
拼接角钢总长度为，，取拼接角钢长度为。
4.4支座节点“a"（见图7）

图 7
杆端焊缝计算从略。以下给出底板等的计算。
4.4.1底板计算
支反力，混凝土强度C30，，所需底板净面积：

锚栓直径取,锚栓孔直径为,则所需底板毛面积：
，
按构造要求采用底板面积为:，垫板采用，孔径.
实际底板净面积为：

底板实际应力：

，表4.8得，=0.056,则：

所需底板厚度：

用，底板尺寸为
4.4.2加劲肋与节点板连接焊缝计算
一个加劲肋的连接焊缝所受的内力取为：
，，
加劲肋 高度、厚度与中间节点板相同（即）。采用，
验算焊缝应力
对V：
对M：

4.4.3节点板，加劲肋与底板连接焊缝计算
节点板、加劲肋与底板连接焊缝采用，实际焊缝总长度：

焊缝强度验算：
，满足要求。
4. 梯形屋架施工图：
5. 主要参考资料:
1、戴国欣主编．钢结构（第三版）．武汉：武汉理工大学出版社，2007
2、夏志斌，姚谏．钢结构—原理与设计．北京：中国建筑工业出版社，2004
3、张耀春主编．钢结构设计原理．北京：高等教育出版社，2004
4、汪一骏等．钢结构设计手册（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2004
5、建筑结构荷载规范（GB50009—2001 ）
6、钢结构设计规范（GB50017—2003）
7、建筑结构制图标准（GB/T50105—2001）