钢结构屋架课程设计.doc

钢结构课程设计

陕 西 广 播 电 视 大 学

课程设计

课程名称：钢结构

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专 业：
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学 生 姓 名：

目 录

1、设计资料·········································································································· 1
2、结构形式及布置································································································1
3、 荷载计算·········································································································3
3.1 永久荷载设计值·····························································································3
3.2 可变荷载设计值·····························································································3
3.3 荷载组合········································································································3
4、 内力计算········································································································3
5、 截面选择········································································································4
5.1 上弦杆截面选择·····························································································4
5.2 下弦杆截面选择·····························································································4
5.3 腹杆截面选择·································································································5
6、 节点设计········································································································9
6.1 下弦节点设计·································································································9
6.2 上弦节点设计·······························································································14
7、 附 图········································································································16

1、设计资料
2.1某车间，长240m，跨度27m，柱距6m，车间内无吊车、无天窗、无振动设备。采用梯形钢屋架， 1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4 kN/m2），二毡三油加绿豆沙防水层（0.4 kN/m2），20mm厚水泥砂浆找平层（0.4 kN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.70 kN/m2。
2.2屋架计算跨度

2.3跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（为）。
2 、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图所示：

图2-1 梯形钢屋架形式和几何尺寸图
根据厂房长度（240m>60m）、跨度及荷载情况，设置五道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：

图2-2 屋架上弦支撑布置图

图2-2 屋架下弦支撑布置图

图2-3 屋架垂直支撑布置图

3、 荷载计算
3.1 永久荷载设计值
预应力钢筋混凝土大型屋面板：
二毡三油防水层及找平层（20mm）：
支撑重量：
3.2 可变荷载设计值
屋面活荷载：
3.3 荷载组合
永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为：

4 、内力计算
考虑全跨静荷载和半跨活荷载的组合，在单位力作用下各屋架杆件的内力图如下：

图4-1 单位力作用下各屋架杆件的内力图
当F=33.336 kN时，各屋架杆件的内力图如下：

图4-2 F作用下各屋架杆件的内力图

5 、截面选择
腹杆最大内力为，选用节点板厚度为。
5.1 上弦杆截面选择
上弦杆采用相同截面，按最大内力计算：
，，（取两块屋面板宽度）。
选用两个等肢角钢， ，

（b类）
双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比
，

故由，按b类查表得
截面验算：
大型屋面板与上弦焊牢，起纵横向水平支撑作用，上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。
填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），

5.2 下弦杆截面选择
下弦杆也采用相同截面，按最大内力计算：
，，
选择两个不等肢角钢，，
，

5.3 腹杆截面选择
①杆件A-a：，
选用两个等肢角钢，组成T型截面
截面几何特性：，，
，
，
截面验算：
②杆件B-a：，
选用两个不等肢角钢，长肢相并。
截面几何特性：，，
，，
，
截面验算：
③杆件B-b：，，
所需截面:
选用两个等肢角钢，组成T形截面
截面特性：，，
，

④杆件C-b：，，
选用两个等肢角钢，组成T形截面。
截面几何特性：，，
，
，
截面验算：
⑤杆件D-b：，，
选用两个等肢角钢，组成T形型截面
截面几何特性：，，
，
，
截面验算：
⑥杆件D-c：，，
所需截面：
选用两个等肢角钢，组成T型截面
截面几何特性：，，
，
⑦杆件E-c：，，
采用两个等肢角钢，组成T形截面
截面几何特性：，，
，
，
截面验算：
⑧杆件E-f及H-g：内力N小于杆件D-c，杆长同样小于杆件D-c，
故采用两个等肢角钢，组成T形截面时，可满足受力要求。
杆件F-f及I-g：内力N小于杆件E-c，杆长同样小于杆件E-c，
故采用两个等肢角钢，组成T形截面时，可满足受力要求。
⑨杆件G-f及f-c：，，
选用两个等肢角钢，组成T形截面
截面特性：，，
，
，
截面验算：
⑩杆件J-g及g-d：，，
所需截面:
选用两个等肢角钢，组成T形截面
截面特性：，，
，
杆件J-e：选用，中央竖杆采用十字形截面，其斜截面计算长度

各杆件截面选择结果列表如下表5-1：
表5-1 屋架杆件截面选择表
杆件名称
杆件号
内力设计值N（kN）
计算长度（cm）
所选截面
截面面积（cm2）
长细比
容许长细比[λ]
计算应力（N/mm2）
l0x
l0y
λx
λy
上弦杆
H-I
-387.4
150.8
300
2∠100×8
31.28
50
73.6
150
169.9
下弦杆
c-d
383.4
300
450
2∠90×8
27.88
108.7
111.9
350
137.5
腹杆
A-a
-16.67
199
199
2∠63×5
12.29
102
69
150
25
B-a
-251.4
251.8
251.8
2∠100×63×7
22.22
79.1
98.1
150
199.5
B-b
182.3
208.1
260.1
2∠50×5
9.61
136.6
109.8
350
189.7
C-b
-33.3
182
227.5
2∠50×5
9.61
119.7
96.2
150
79.1
D-b
-139
228.1
285.1
2∠75×5
14.82
98.3
85.2
150
165.7
D-c
86
228.1
285.1
2∠50×5
9.61
117.6
98.7
350
89.5
E-c
-50
206
257.5
2∠50×5
9.61
134.6
108.8
150
142.9
E-f
24.3
150.6
188.3
2∠50×5
9.61
98.4
79.1
350
25.3
H-g
23
162.1
202.6
2∠50×5
9.61
105.9
85.1
350
23.9
F-f
-33.3
103
128.8
2∠50×5
9.61
67.3
51.1
150
54.7
I-g
-33.3
121
151.3
2∠50×5
9.61
79.1
54.1
150
69.4
G-f
-33.3
207.8
207.8
2∠50×5
9.61
135.8
87.3
150
80.36
f-c
-6.3
207.8
207.8
2∠50×5
9.61
135.8
87.3
150
16.07
J-g
129.7
223.9
223.9
2∠63×5
12.29
115.4
77.5
350
105.5
g-d
105
223.9
223.9
2∠63×5
12.29
96.9
48.6
350
85.4
J-e
0
299.3
2∠63×5
12.29
171.4
115.1
350
0

6 、节点设计
各节点的节点板厚一律取8mm，各杆内力如图4-2所示。
6.1 下弦节点设计（图6-1）
6.1.1 下弦节点b设计
首先，计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板形状和尺寸，最后验算下弦与节点板的连接焊缝。已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值：
设杆B-b的肢背和肢尖焊缝分别是和，则所需焊缝长度为：
肢背：，取110mm
肢尖：，取80mm
设杆D-b和肢尖焊缝分别是和，则所需焊缝长度为
肢背： 取100mm
肢尖： 取80mm
C-b杆内力较小，焊缝按构造采用。
根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留有间隙，按比例绘出节点大样图。

图6-1 下弦节点图
从而确定节点板尺寸为。
其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差
。
实际节点板长度是31.5 cm，下弦与节点板连接的角焊缝计算长度

采用，肢背焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。
6.1.2 下弦节点c的设计
设节点所有焊缝为，所需焊缝长度如下：
杆D-c内力
肢背：
肢尖：
杆E-c内力
肢背：
肢尖：
杆f-c内力
肢背：
肢尖：
所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于60mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为32cm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差
下弦与节点板连接的角焊缝计算长度

采用，所受较大的肢背处焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。
6.1.3 下弦节点d的设计
设节点所有焊缝为，所需焊缝长度如下：
杆g-d内力
肢背：
肢尖：
杆H-d内力
肢背：
肢尖：
杆G-d内力
肢背：
肢尖：
除g-d杆肢背外，所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于60mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为32cm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差
下弦与节点板连接的角焊缝计算长度

采用，所受较大的肢背处焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。
6.1.4 下弦节点e的设计
下弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般），拼接角钢这部分削弱，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。
设焊缝，则所需一条焊缝计算长度为:

拼接角钢的长度取
屋架分成两个运输单元，设置工地焊缝长度拼接，左半边的弦杆和腹杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝。中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂，为便于工地拼接，在拼接的角钢与右半边斜杆上，设置螺栓孔。作为安装施焊前的定位之用。下弦杆与节点板之间用焊缝满焊。
竖杆J-e的内力均很小，肢背与肢尖焊缝，施焊长度均可按构造采用，至少60mm，采用390×290×8mm，所有焊缝均满焊，焊缝长度均大于所需长度。
6.1.5 支座节点a设计
为了便于施焊，下弦板与支座底板的距离取130mm，在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。
① 支座底板计算
支座反力：
混凝土强度C20，，所需底板净面积：

锚栓直径取，锚栓直径取，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：

，查表得，则

所需底板厚度：
取20mm
故底板尺寸为–
② 加劲肋与节点板的连接焊缝计算
加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的四分之一，即：，弯矩：。加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即– ）。采用，验算焊缝应力：
对
对

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R=300kN，其中每块加劲肋各传，节点板传
节点板与底板的连接焊缝，所需焊脚尺寸为
采用
每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：，
所需焊脚尺寸为 取
④下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算
下弦杆a-b内力 ，肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：
肢背：
肢尖：
斜杆B-a内力 肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：
肢背：
肢尖：
竖杆A-a内力，肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：
肢背：
肢尖：
根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度，全部焊缝满焊。
6.2 上弦节点设计（图6-2）
6.2.1 上弦节点B设计
为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽钢作为两条焊缝计算，这时，强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，且假定集中荷载F与上弦垂直。

图6-2 上弦节点图
，上弦肢背槽焊缝的，节点板的长度为435mm，其应力为：

上弦肢尖角焊缝的应力为：

腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算，可不必再计算，节点板尺寸就是根据腹杆焊缝长度按比例绘制确定。上弦为了便于搁置屋面板，在角钢再肢间设置肋板。
6.2.2 上弦节点D的设计
两个节点的弦杆内力差值较小，腹杆与节点板的焊缝连接已在下弦节点计算中解决，根据腹杆焊缝长度决定节点板尺寸，假定节点荷载由槽钢焊缝承受，可不必计算，仅验算肢尖焊缝。
D节点：

6.2.3 上弦节点C、E、F、G、H、I的设计
这三个节点的弦杆内力或弦杆两内力差值均等于零或很小，仅承受节点荷载，故均可采用构造焊缝而不必计算。腹杆焊缝已在下弦节点中计算过，节点构造如图所示。
6.2.4 上弦节点J设计
屋脊节点构造与下弦跨中节点相似，用同号角钢进行拼接，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算，采用

拼接角钢的长度取
上弦与节点板之间的塞焊，假定承受节点荷载，可不验算。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，节点板长度为，则节点一侧角焊缝的计算长度为，焊缝应力为：

7、附图
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