钢结构课程设计.doc

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XX 工 程 学 院

建 筑 钢 结 构
课 程 设 计

班级：
学号：
姓名：

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目 录
前言 ………………………………………………………2
某车间刚屋架设计
1. 设计资料…………………………………………………3
2. 荷载计算…………………………………………………5
3. 荷载组合…………………………………………………5
4. 内力计算…………………………………………………6
5. 杆件设计…………………………………………………7
6. 节点设计…………………………………………………11
参考文献 …………………………………………………19

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前 言

本书意在完成钢结构设计课的作业，以及对自己两学期来钢结构设计课所学知识的一次检验。本书主要对一个单层厂房的屋盖进行设计验算，。编撰过程由于疏忽或个人知识面的局限性，难免会产生一些失误以及错误，望各位老师批评改正。

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某车间钢屋架设计
1. 设计资料
１.１屋面类型
无檩屋面，屋面采用1.5X6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。
１.２杆件及连接
杆件采用Q235钢，钢材强度设计值=215N/mm²。角焊缝强度设计值为
１.３屋架主要尺寸
Ⅰ.跨度30ｍ
Ⅱ.屋架上弦坡度１/１０
Ⅲ.架端架高度1990ｍｍ
Ⅳ.屋架跨中高度3340ｍｍ
１.４其他设计资料
Ⅰ.厂房长度２４０ｍ
Ⅱ.屋架支撑于钢筋混凝土柱顶
Ⅲ.柱距６ｍ
Ⅳ.柱网布置如图

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Ⅴ.架几何尺寸

Ⅵ.屋架支撑布置

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2. 荷载计算
预应力混凝土大型屋面板 1.01.4 kN/m=1.4 kN/m
屋架自重 0.12+0.01130=0.45 KN/m
永久荷载 2.2 KN/m
共 4.05 kN/m
屋面活载 1.0 kN/m 3. 荷载组合
由永久荷载控制的荷载组合值为
q=1.35×4.05＋1.4×0.7×1.0=6.45KN／㎡
由可变荷载控制的荷载组合值为
q=1.2×4.05+1.4×1.0=6.26KN／㎡
故永久荷载控制的组合起控制作用。
Ⅰ.全垮永久荷载加全垮可变荷载
F=6.45×1.5×6=58.05KN
Ⅱ.全垮永久荷载加半跨可变荷载
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全垮节点永久荷载设计值：
=1.35×4.05×1.5×6=49.21KN
半跨节点可变荷载设计值：
=1.4×0.7×1.0×1.5×6=8.82KN
Ⅲ.半跨屋面板荷载加半跨可变荷载加全垮屋架自重
全垮节点屋架自重荷载设计值：
=0.45×1.35×1.5×6=5.47KN
半跨节点屋面板自重和半跨屋面荷载设计值：
=（1.4×1.35+1.0×1.4）×1.5×6=29.61KN
4.内力计算
屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下所示
由电算先解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合。
计算简图和结果见下表：
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屋架杆件内力组合表
F=58.05
F1=49.21
F2=8.82
F3=5.47
F4=29.61

杆件名称
内力系数
第1种组合
第2种组合
第3种组合
计算杆件内力∕KN
全跨①
左半跨②
右半跨③
F×①
F1×①＋F2×②
F1×①＋F2×③
F3×①＋F4×②
F3×①＋F4×③
上弦杆
AB
0
0
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
BC、CD
-11.317
-8.199
-3.118
-656.95
-629.22
-584.41
-304.68
-154.23
-656.95
DE、EF
-18.167
-12.518
-5.649
-1054.59
-1004.41
-943.82
-470.03
-266.64
-1054.59
FG
-20.686
-13.037
-7.649
-1200.82
-1132.94
-1085.42
-499.18
-339.64
-1200.82
GH
-21.454
-13.836
-7.618
-1245.40
-1177.78
-1122.94
-527.04
-342.92
-1245.40
HI
-22.282
-13.014
-9.268
-1293.47
-1211.28
-1178.24
-507.23
-396.31
-1293.47
IJ、JK
-22.747
-13.482
-9.265
-1320.46
-1238.29
-1201.10
-523.63
-398.76
-1320.46
下弦杆
ab
6.344
4.688
1.656
368.27
353.54
326.79
173.51
83.74
368.27
bc
15.191
10.750
4.441
881.84
842.36
786.72
401.40
214.59
881.84
cd
20.095
13.424
6.671
1166.51
1107.27
1047.71
507.40
307.45
1166.51
de
22.043
13.586
8.457
1279.60
1204.56
1159.33
522.86
370.99
1279.60
ef
21.104
10.552
10.552
1225.09
1131.60
1131.60
427.88
427.88
1225.09
斜腹杆
aB
-11.424
-8.442
-2.982
-663.16
-636.63
-588.48
-312.46
-150.79
-663.16
Bb
8.853
6.248
2.605
513.92
490.76
458.63
233.43
125.56
513.92
bD
-7.482
-4.935
-2.547
-434.33
-411.72
-390.65
-187.05
-116.34
-434.33
Dc
5.487
3.242
2.245
318.52
298.61
289.82
126.01
96.49
318.52
cF
-4.199
-2.015
-2.184
-243.75
-224.41
-225.90
-82.63
-87.64
-243.75
Fd
2.662
0.713
1.949
154.53
137.29
148.19
35.67
72.27
154.53
dH
-1.504
0.408
-1.912
-87.31
-70.41
-90.88
3.85
-64.84
-90.88
He
0.283
-1.441
1.724
16.43
1.22
29.13
-41.12
52.60
52.60
eg
1.634
3.676
-2.042
94.85
112.83
62.40
117.78
-51.53
117.78
gI
0.647
0.647
0
37.56
37.55
31.84
22.70
3.54
37.56
gK
2.344
4.391
-2.047
136.07
154.08
97.29
142.84
-47.79
154.08
竖杆
Aa
-0.5
-0.5
0
-29.03
-29.02
-24.61
-17.54
-2.74
-29.03
Ie
-1.496
-1.496
0
-86.84
-86.81
-73.62
-52.48
-8.18
-86.84
Cb、Ec、Gd、Jg
-1
-1
0
-58.05
-58.03
-49.21
-35.08
-5.47
-58.05
Kf
0
0
0
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

5.杆件设计
Ⅰ.上弦杆
.
精选
整个上弦采用等截面，按IJ、JK杆件之最大设计内力设计
N=-1320.46kN=-1320460N
上弦杆计算长度如下：
①在屋架平面内：
为节间轴线长度=150.7cm
②在屋架平面外：
根据支撑布置和内力变化情况，取=3×150.7=452.1cm
因为=3 ，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并
腹杆最大内力N=663.16kN，查课程设计指导书表1得，所以中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度用14mm。
假定=70，查教材附录得=0.751。
需要截面积：
A===8178
需要的回转半径：
=/λ==2.15㎝
=/λ==6.46㎝
选用 2∟20012514短肢相拼，
A=87.73cm,=3.544㎝，=9.66㎝
则==42.57＜[λ]=150，==46.8＜[λ]=150
14.29>0.56=0.56=12.66，
.
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3.7=3.7××=55.37
查表得0.831
=181.12＜

Ⅱ.下弦杆
整个下弦截面采用统一截面，按de杆最大内力设计。
1279.6KN=1279600N
屋架平面内取节间轴线长度
屋架平面外根据支撑布置取
所需截面
选用 2∟18011012因为＞，故用不等肢角钢短肢相并
A=67.42cm,=3.11㎝，=8.75㎝
==169.5＜[λ]=350 ==96.5＜[λ]=350
考虑下弦有221.5mm的栓孔削弱，下弦净截面积：
A=6742.4－2×21.5×12mm=6226.4
=205.5＜
Ⅲ.斜腹杆按aB杆件最大内力设计
杆件轴力 N=-663.16KN
2577，2577 t=12mm
选用2∟1409012 因为l0x = l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使
.
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ix ≈ iy
A=52.80cm,=4.44㎝，=3.77㎝
则==58.04＜[λ]=150 ==68.36＜[λ]=150
7.5＜0.48=0.48×=13.74
=×=73.47
查表得0.729
=172.29＜
Ⅳ.竖杆按Ie杆件最大内力设计
-86.84KN=-86840N
0.8=0.8×314.2=2513.6，3142 t=8mm
内力较小，按[λ]=150选择，需要的回转半径为
=1.68㎝，=2.09㎝
选用2∟638，
A=19.03cm,=1.90㎝，=3.10㎝
则==132.3＜[λ]=150 ==101.4＜[λ]=150
7.88＜0.58=0.58×=28.93
=101.4×=102.6
查表得0.538
.
精选
=84.82＜
各杆杆件截面选择见下表：
杆件截面选择表
杆件
最大计算内力（KN）
截面规格
截面面积（cm2)
名称
编号
上弦杆
AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、IJ、JK
-1320.46
∟200×125×14
87.73
下弦杆
ab、bc、cd、de、ef
1279.60
∟180×110×12
67.42
斜腹杆
aB、Bb、bD、Dc、cF、Fd
-663.16
∟140×90×12
52.80
dH、He、eg、ig、gK
154.08
∟70×5
13.75
竖杆
Aa、Cb、Ec、、Gd、Ie、Kf、Jg
-86.84
∟63×8
19.03
6.节点设计
重点设计“B”、“b”、“a”、“K”、“f”五个典型节点，其余节点设计类同。
Ⅰ.上弦节点B
.
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用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160N/。
设aB杆的肢背和肢尖的焊缝8和6，N=663.16 kN则所需焊缝长度为
===240.5，加2=16取260
===172.7，加2=12 取190
设Bb杆的肢背和肢尖的焊缝8和6，N=513.92 kN则所需焊缝长度为
===200.75，加2=16取220
.
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===114.7，加2=12 取140
为了便于在上弦搁置屋面板，节点板上边缘可缩进上弦肢背8。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。
0.5×12=6 =10
上弦与节点板的焊缝长度为533。
===88
===29.7
==91.3
Ⅱ. 下弦节点b

.
精选
设bD杆的肢背和肢尖的焊缝8和6，N=434.33 kN则所需焊缝长度为
===169.7，加2=16取190
===96.9，加2=16取 120
设Bb杆的肢背和肢尖的焊缝8和6，N=513.92 kN则所需焊缝长度为
===200.75,加2=16取220
===114.7，加2=12140
cb杆 内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取5
下弦与节点板焊缝的长度为431，6，,受力较大的肢背处的焊缝应力为
<,焊缝强度满足要求。
Ⅲ.屋脊节点K
.
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设焊缝10，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：

拼接角钢的长度取610>2×294.7=589.4
上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，
＜0.8=156.16
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10，节点板长度37.2cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度==156

<
Ⅳ.支座节点a
.
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① 支座反力
R=10F=10×58030=580300N
支座底板的平面尺寸采用280mm×400mm，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2800mm×234m=65520mm
验算柱顶混凝土的抗压强度：＜
.
精选

,
查表得

底板厚度
， 取t=22
②加劲肋与节点板的连接焊缝计算
用于增加节点板平面外刚度和减小底板中的弯矩，厚度与节点板。肋板底端应切角,以避免3条互相垂直的角焊缝交于一点。肋板与节点板的竖向焊缝同时承受剪力和弯矩：
V=

设焊缝8，焊缝计算长度，则焊缝应力为：
<=160N/
③ 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算
设节点板与底板的10，则焊缝长度
<
.
精选
Ⅴ. 下弦跨中拼接节点“f”

① 拼接计算
拼接角钢与下弦杆角钢共有4条焊缝，设焊缝10，按截面的抗拉强度进行连接计算：

拼接角钢的长度取607>2×273.5=547
② 连接焊缝计算
下弦与节点板连接焊缝受力N按下弦较大内力的15%和两侧下弦的内力差两者中较大值来计算，故N=0.15×1225090=183763.5N
肢背和肢尖的焊缝8和6
.
精选
===71.8，加2=16取90
===41，加2=16取 60
。

参考文献
1.《房屋建筑钢结构设计》　　陈绍蕃　主编　　中国建筑工业出版社
2.《钢结构基础》　　　　　　陈绍蕃　主编　　中国建筑工业出版社
3.《钢结构基本原理》　　　　沈祖炎等主编　　中国建筑工业出版社
4.《建筑钢结构》　　　　　　王肇民　主编　　同济大学出版社
5.《钢结构》（第二版）　 　　周绥平　主编　　武汉理工大学出版社
6.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
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精选
7.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

感谢您的支持与配合，我们会努力把内容做得更好！

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