钢结构课程设计普通钢屋架设计(18m梯形屋架).docx

钢结构课程设计
学生姓名：
学 号：
所在学院:机电工程学院
专业班级：
指导教师：
2013年7月
《钢结构设计》课程设计任务书
1. 课程设计题目普通钢屋架设计
2. 课程设计的目的和要求
课程设计的目的是加深学生对钢结构课程理论基础的认识和理解，并学习运用这些理论知识来指导具体的工程实践，通过综合运用本课程所学知识完成普通钢屋架这一完整结构的设计计算和施工图的绘制等工作，帮助学生熟悉设计的基本步骤，掌握主要设计过程的设计内容和计算方法，培养学生一定的看图能力和工程图纸绘制的基本技能，提高学生分析和解决工程实际问题的能力。
3. 课程设计内容和基本参数各人所取参数应有不同）
（1）结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m,屋面坡度1 / 10
（2）屋面荷载标准值（kN/m2）
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
永久荷载
0。42
0.52
0.62
0.72
0。82
0。92
1。02
1。07
可变荷载
0。30
0。30
序号
9
10
11
12
13
14
15
16
永久荷载
1。12
1。17
1。22
1。27
1。32
1。37
1。42
1.47
可变荷载
0。50
0。50
序号
17
18
19
20
21
22
23
24
永久荷载
0。42
0.52
0.62
0。72
0。82
0.92
1。02
1。07

可变荷载

0。
40

0.
40

序号
25
26
27
28
29
30
31
32
永久荷载
1。12
1。17
1。22
1.27
1.32
1.37
1.42
1.47
可变荷载

0。
60

0.60
序号
33
34

永久荷载
1.52
1.57

可变荷载

0.
60

(3)荷载组合1 )全跨永久荷载+全跨可变荷载
2)全跨永久荷载+半跨可变荷载
(4)材料 钢材Q235B。F,焊条E43型.
屋面材料采用1.5mx6。0m太空轻质大型屋面板。
4. 设计参考资料(包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等)
(1) 曹平周，钢结构，科学文献出版社。
(2) 陈绍蕃，钢结构下)房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社。
5. 课程设计任务
完成普通钢屋架的设计计算及施工图纸绘制，提交完整规范的设计技术文档。
5。1设计说明书(或报告)
(1) 课程设计计算说明书记录了全部的设计计算过程，应完整、清楚、正确。
(2) 课程设计计算说明书应包括屋架结构的腹杆布置，屋架的内力计算，杆件的设计计算、节点的设计计算等内容。
5.2技术附件(图纸、源程序、测量记录、硬件制作)
(1)施工图纸应包括杆件的布置图、节点构造图，材料明细表等内容。
⑵图面布置要求合理，线条清楚，表达正确.
5。3图样、字数要求
(1)课程设计计算说明书应装订成一册，包括封面、目录、课程设计计算说明书正文、参考文献等部分内容.
(2) 课程设计计算说明书可以采用手写.
(3) 施工图纸要求采用AutoCAD绘制或者手工绘制.
6.工作进度计划（19周〜20周）
起止日期
工作安排
完成情况
19周
课程设计动员

19周
结构布置、内力计算

19周
构件及节点设计计算

20周
施工图纸绘制

20周
整理设计文档

1、设计资料1
2、屋架形式、几何尺寸及支撑布置1
3、荷载和内力计算1
3.1荷载计算1
3。2荷载组合
2
3.3内力计算2
4、杆件截面计算3
4.1上弦4
4.2下弦5
4。3 腹杆 A-a 与 I-e
6
4.4 腹杆 B—a 与H-e
6
45腹杆B—b与
H-d 6
4。6 腹杆 C-b 与 G-d
7
4.7腹杆 D-b 与 F—d
7
48腹杆
D—c 8
49腹杆
F—c 8
4.10腹杆 E-c9
5、节点设计9
5.1下弦节点b10
5.2上弦节点B 11
5.3上弦节点C 12
5。4上弦节点D
13
5。5下弦节点c
13
5.6上弦节点E 14
5.7上弦节点A 15
5。8支座设计
16
6、主要参考资料18
1。设计资料
(1)结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m，屋面坡度1/10
(2) 屋面荷载标准值(kN/m 2)可变荷载：0°4KN/m 2永久荷载：0.82 KN/m2
(3) 荷载组合:1)全跨永久荷载+全跨可变荷载
2)全跨永久荷载+半跨可变荷载
(4) 材料：钢材Q235B。F,焊条E43型
屋面材料采用1.5mx6。0m太空轻质大型屋面板
2。屋架形式、几何尺寸及支撑布置
梯形屋架上弦较平坦，适合于采用压型钢板和大型钢筋混凝土面板，薄坡度一般在1/12〜1/8之间，依据题意要求选择了梯形屋架，其中屋架的跨度L为18m,又因为，，取,。其余杆件尺寸如下图所示：
图1屋架结构图
图2屋架尺寸及内力图
3. 荷载和内力计算
3. 1荷载计算
可变荷载：0。4kN/m2永久荷载：0。82 KN/m 2
恒载计算：恒载设计值按分项系数1.2为KN/m 2,节点载荷KN
活载计算:分项系数1。4,活载KN/m 2,KN
3。2荷载组合
(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载
(2 )全跨永久荷载+半跨可变荷载
3。3.内力计算
组合分为全跨活载荷和半跨活载荷两种情形，求这两种情形的内力系数的单位荷载见图3与图4,其中“恒+全” 一栏所列数值表示恒载与全跨活载的组合值，而“恒+半”一栏所列数值表示恒载与半跨活载的组合值。
图3计算内力系数的全跨荷载
图4计算内力系数的半跨荷载
杆件
内力系数
单项荷载内力
内力组合
不利组合
恒载
活载
全跨
半跨
全跨
半跨
恒+全
恒+半
1

AB
0
0
0
0
0
0
0
0

HI
0
0
0
0
0
0
0
0

BC
-6.958
—4。
638
-92.4301
—
52.6025
-35.0633
—
145.033
-127。493
— 145。033
上
GH
-6.958
-2。 319
—
92.4301
—
52.6025
-17。5316
-145.033
-109.962
— 145。033
弦
杆
CD
-6.958
—4。
638
—
92.4301
-52.6025
—35。
0633
-145。033
—
127.493
— 145.033

FG
—
6.958
—2。
319
—
92.4301
-52.6025
—17。
5316
—145。
033
— 109。
962
-145.033

DE
—
7.537
-3.769
-1。122
—56。
9797
—28。
4936
-157.101
—128。
615
-157。 101

EF
-7。537
-3.769
-1。122
-56。9797
-28。4936
-157。101
-128。615
— 157.101

ab
4.565
3。261
60。64146
34。 5114
24。65316
95。15286
85。29462
95。 15286
下弦杆
de
4。565
1。304
60.64146
34.5114
9.85824
95。15286
70.4997
95.15286
bc
7.759
4.655
103.0706
58.65804
35.1918
161。7286
138。2624
161。 7286

cd
7.759
3.103
103。0706
58。65804
23。45868
161.7286
126.5292
161。 7286

Aa
—0.5
-0。5
-6。 642
-3.78
-3.78
-10.422
-10.422
— 10.422

Ie
—0.5
0
-6.642
—3。78
0
-10。 422
-6。 642
-10。 422

Ba
—5。
753
—4。
109
—76。
4229
—
43.4927
—31。064
—
119.916
—
107.487
—119。916

He
-5。753
-1。644
—76。
4229
-43。4927
-12.4286
— 119。
916
-88。8515
-119。 916

Bb
2.971
1.707
39.46676
22.46076
12。90492
61。92752
52。37168
61.92752
腹
Hd
2.971
1。264
39.46676
22。46076
9.55584
61。92752
49。 0226
61.92752
Cb
-1
—1
—13。284
-7.56
—7。56
— 20.844
-20.844
— 20。844
杆
Gd
-1
0
— 13.284
—7.56
0
—20。844
-13。 284
-20.844
Db
-1。162
—
0.055
—15.436
-8。78472
-0。 4158
—
24.2207
—
15.8518
— 24.2207

Fd
—
1.162
—
1.107
—15。436
-8。78472
-8.36892
— 24。
2207
—23。
8049
— 24。2207

Dc
—0.36
—
1.259
-4/78224
— 2.7216
-9。51804
-7.50384
— 14。
33
-14.33

Fc
—0。36
-0。899
-4.78224
-2。 7216
—6。
79644
-7。50384
-11.5787
-11。 5787

Ec
0.5
0.25
6。642
3。78
1.89
10.422
8.532
10。 422
表1屋架内力组合表

4。杆件截面选择
腹杆最大内力161.7286KN（压）由屋架节点板厚度参考表可知支座支节点
板厚度取.
杆件截面选择见下表2
名
称
杆件
编号
内力/KN
计算长度/mm
截面规格
截面
面积/
回转半径/cm
长细比
容许长细
比
稳定
系数
计算
应力

上弦杆
AB-HI
-157。1
2261
4435.1
2
32
2.28
6。0
99。2
73.9
150
0。560
87。7
下弦杆
ab-de
161。73
45
45
2
8.58
1.37
2.18
328。5
206。4
350

188。5
腹杆
Aa
—
10.42
15
15
2
6.98
1。38
2。16
108.7
69。4
150
0。501
29.7
Ie
-10.42
15
15
2
6.98
1.38
2。16
108.7
69。4
150
0。501
29。7
Ba
-119.9
2718
2718
2
16.32
2.15
3.19
126.4
85。2
150
0.404
181。8
He
-119.9
2718
2718
2
16。32
2。15
3。19
126.4
85.2
150
0。404
181.8
Bb
61。93
2835
3835
2
6.98
1。38
2。16
205
131.3
350

88。7
Hd
61。93
2835
3835
2
6.98
1。38
2。16
205
131。3
350

88.7
Cb
—20。
84
1950
1950
2
6。98
1.38
2.16
141。3
90.3
150
0.340
87。6
Gd
—20。
84
1950
1950
2
6。98
1。38
2。16
141.3
90。3
150
0。340
87。6
Db
一 24。
22
3129
3129
2
16。32
2.15
3。19
145。5
98.1
150
0。324
45.7
Fd
一 24。
22
3129
3129
2
16。32
2。15
3.19
145.5
98.1
150
0。324
45。7
Dc
-14.3
3129
3129
2
16。32
2.15
3。19
145。5
98.1
150
0.324
27。0
Fc
一
11.58
3129
3129
2
16。32
2.15
3.19
145。5
98。1
150
0.324
21.7
Ec
10.42
24
24
2」厂
6.98
1。38
2。16
173。9
111.1
350

14.9
表2屋架杆件截面选择表

4.1上弦
整个上弦不改变截面，按最大内力计算。
最大内力为-157.1KN，，则平面外计算长度：
若获得平面，则应有，选用两不等肢角钢短肢相并比较适当。
假定没有相似资料参照，故先设以帮助选择截面。设，属于轴心压杆b类，
有书上附录查得。取强度设计值=215 KN/m 2,根据所设的，截面应该有
应大于，节点板厚度，有型钢表查得（取a=8mm ），并由短肢相并构成压杆,查得A=2 x16=32,，用实际截面验算.
溶许长细比）
对此短肢相并的不等边双角钢截面，，可取,，查得，
所选截面合适.
4。2下弦
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算。
最大内力为161。7KN ,
选用（a取 8mm ）, A=2 x4。29=8.58,
强度和刚度验算：
容许的长细比验算：
所选截面符合要求。
4.3腹杆A —a与I—e
最大内力为-10。42KN ,
选用（a取 8mm ）,A=2x3。49=6。98,
容许的长细比验算：
强度和刚度验算：
根据查得
所选截面符合要求.
4.4腹杆B —a与H-e
最大内力为-119 9KN ,
选用（a取 8mm ） ,A=2x 8.16=16.32
容许的长细比验算：
强度和刚度验算：
根据查得
所选截面符合要求。
4。5腹杆B —b与H —d
最大内力为61。9KN ,
选用（a取 8mm） , A=2 x3.49=6。98,容许的长细比验算：强度和刚度验算：
所选截面符合要求。
4.6腹杆C—b与G—d
最大内力为一20.8KN,
选用（a取 8mm ）, A=2 x3。49=6。98,容许的长细比验算：强度和刚度验算：
根据查得
所选截面符合要求。
4.7腹杆D-b与F-d
最大内力为-24。2KN ,
选用（a取 8mm ）, A=2 x8。16=16。32,容许的长细比验算：强度和刚度验算：
根据查得
所选截面符合要求。
4.8腹杆D-c
最大内力为一14.3KN,
选用（a取 8mm ）, A=2 x 8.16=16.32,容许的长细比验算：强度和刚度验算：
根据查得所选截面符合要求.
4。9腹杆F-c
最大内力为一11.5KN,
5.1下弦节点b
由上表3可知,Bb杆肢背焊缝为5-90,肢尖焊缝为4-90 Db杆肢背焊缝为5-90,肢尖焊缝为5 — 90, Cb杆肢背焊缝为5 — 90，肢尖焊缝为4-90
根据求得的焊缝长度，比考虑到杆件肢尖应有的间隙以及制作装配等误差，那比例绘出节点详图（如下图5所示），可得到节点板的尺寸为。
下弦杆与节点板的焊缝连接长度为440mm ,,焊缝承受的力为左右两下弦杆的内力差
验算肢背焊缝强度
满足要求.
图5节点b
5.2上弦节点B
根据求得的焊缝长度，比考虑到杆件肢尖应有的间隙以及制作装配等误差，那比例绘出节点详图（如下图6所示），可得到节点板的尺寸为。
下弦杆与节点板的焊缝连接长度为510mm,,焊缝承受的力为左右两下弦杆的内力差
验算肢背焊缝强度:
满足要求。
图6上弦节点B
5.3上弦节点C
根据求得的焊缝长度，比考虑到杆件肢尖应有的间隙以及制作装配等误差,那比例绘出节点详图（如下图7所示），可得到节点板的尺寸为如图所示。验算肢背焊缝强度：
满足要求。
图7节点C
5.4上弦节点D
根据求得的焊缝长度，比考虑到杆件肢尖应有的间隙以及制作装配等误差，那比例绘出节点详图如下图8所示），可得到节点板的尺寸为.
下弦杆与节点板的焊缝连接长度为440mm ,,焊缝承受的力为左右两下弦杆的内力差
验算肢背焊缝强度：
满足要求。
图8节点D
5。5下弦节点c
根据求得的焊缝长度，比考虑到杆件肢尖应有的间隙以及制作装配等误差，那比例绘出节点详图（如下图9所示），可得到节点板的尺寸为。
按等强度设计，设角焊缝焊脚尺寸，则接头一侧需要的焊缝计算长度为：拼接角钢的总长度：
，取
拼接角钢需要切去的高度，即剩余竖肢高度为30mm。
图9节点c
5。6上弦节点E
角钢肢尖焊缝应取上弦内力的15%进行计算，即，产生的偏心弯矩：现取节点板尺寸如图所示.
满足要求。
按照等强度设计，设角焊缝焊脚尺寸，则接头一侧需要的焊缝计算长度为：，取
拼接角钢的总长度：
，取
拼接角钢需要切去的高度，取^=?。!™,即剩余竖肢高度为60mm。
图10节点E
5。7上弦节点A
根据求得的焊缝长度，比考虑到杆件肢尖应有的间隙以及制作装配等误差，那比例绘出节点详图(如下图10所示)可得到节点板的尺寸为如图所示。
验算肢背焊缝强度：
满足要求.
图11节点A
5.8支座设计
为便于施焊,下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取140mm，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，厚度取12mm。
(1) 支座底板的计算
支座反力：
支座底板的平面尺寸采用
验算铸顶混凝土的抗压强度：
(式中一混凝土强度设计值。对C25混凝土，)。
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成四块，每块板为相邻边支撑而另两边自由的板，求每块板的单位宽度的最大弯矩。
底板下的平均应力
两支承边的对角线长度：
，根据几何关系，有
底板厚度，取
(2) 加劲肋与节点板的连接焊缝计算
偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架反力的1/4即：，则焊缝内力为：，设焊缝，焊缝计算长度：
则焊缝应力为：
（3）节点板、加劲肋和底板的连接焊缝计算
设焊缝传递的全部支座反力，其中每块加劲肋个传递，节点板传递。
节点板与底板的连接焊缝长度，去焊缝尺寸为，则
加劲肋与底板的焊缝尺寸，取，则
图12支座节点
6主要参考资料
1. 曹平周，朱召泉主编，钢结构（第三版），中国电力出本社，27
2. 陈绍蕃主编，钢结构（第二版），中国建筑工业出版社，27
3. 鲁屏宇主编，工程图学（第二版），机械工业出版社，29