钢结构专业课程设计.doc

目录一、设计资料1二、荷载与内力计算21、荷载计算22、荷载组合23、内力计算3三、杆件截面设计41、上弦杆42、下弦杆53、端斜杆aC54、斜腹杆 eE75、竖腹杆Eb7四、节点设计111、下弦节点“b”11（1）腹杆与节点板连接焊缝11（2）节点详图13(3)下弦与节点板连接焊缝132、上弦节点“E”14（1）腹杆与节点板焊接缝14（3）节点详图15（3）上弦节点板连接焊缝153.有工地拼接下弦节点“c”。16（1）拼接角钢截面和长度16（2）下弦杆与节点板连接角焊缝17（3）“Ic”杆与节点板连接角焊缝17（4）“gc”杆与节点板连接角焊缝18（5） 节点详图194.屋脊节点“I”19（1）拼接角钢截面和长度19（2）腹杆与节点板连接焊缝20（3）节点详图20（4）上弦杆与节点板连接焊缝215.支座节点“a”22（1）支座底板尺寸22（2）节点板尺寸23（3）加劲肋尺寸25（4）加劲肋与节点板连接焊缝26（5）加劲肋、节点板与底板连接焊缝27五、填板设计29六、材料表30附表31一、设计资料1、 屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C25，柱顶截面尺寸为400mm400mm。2、 车间柱网布置：长度120m；柱距6m；跨度L=24m。3、 上弦平面侧向支撑间距为两倍节间长度，下弦平面在柱顶和跨中各设一道纵向系杆。4、 屋面坡度110.5、 钢材采用Q235B钢，焊条为E43XX系列，手工焊。6、 屋面荷载原则值见表1表1 荷载原则值荷载类型荷载名称核准原则值永久荷载预应力钢筋混凝土屋面板（涉及嵌缝） 1.4防水层（三毡四油上铺小石子）0.35找平层（20mm厚水泥砂浆）0.0220=0.40保温层（泡沫混凝土）40mm厚0.25钢屋架及支撑重0.12+0.01124=0.38可变荷载屋面活载0.70雪荷载0.757、 屋架计算跨度：=L 20.15=24-20.15=23.7m,屋架形式和几何尺寸如图1所示。 图1 屋架尺寸及几何形式二、荷载与内力计算1、荷载计算 依照荷载规范，屋面活荷载与雪荷载不会同步浮现，取两者较大值者（雪荷载0.75屋面活荷载0.70，取活荷载为0.75）计算。屋面荷载汇总表如表2所示：表2 屋面荷载汇总荷载类型荷载名称荷载原则值永久荷载D总计2.78可变荷载L雪荷载0.752、荷载组合设计屋架时，应考虑如下三种组合：（1） 组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载。依照荷载规范，详细有如下两种状况 因此组合一屋架上弦节点荷载为 （2） 组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载：半跨可变荷载： （3） 组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨屋架及支撑自重： 半跨屋面板重+半跨活荷载： 3、内力计算本设计采用数值计算杆件在单位节点力作用下各杆件内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨、右半跨），内力计算成果如表3所示表3 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（P=1）组合一 P组合二组合三计算内力（KN）全跨 左半跨右半跨P1+P2P1+P2P3+P4P3+P4AB-0.67-0.670-27.07-28.96-22.63-18.75-2.29-28.96BC-0.67-0.670-27.07-28.961-22.63-18.75-2.29-28.96上CD-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17DE-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17弦EF-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17杆FG-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17GH-15.19-7.83-7.36-613.83-587.11-582.67-244.33-232.79-613.83HI-15.19-7.83-7.36-613.83-587.11-582.67-244.33-232.79-613.83下弦ab8.646.192.45349.14350.35315.01181.6489.75350.35杆bc15.139.096.04611.40596.99568.17275.09200.15611.40ad-11.1-7.95-3.15-448.55-450.09-404.73-233.29-115.36-448.55Ad0.810.81032.7335.0227.3622.672.7735.02斜dC-10.24-7.09-3.15-413.80-412.91-375.67-209.22-112.41-413.80Ce6.744.222.52272.36267.56251.49126.7484.97272.36eb6.013.492.52242.86236.00226.83106.3082.47242.86腹eE0.80.8032.3334.5827.0222.392.7434.58bf-2.39-0.18-2.21-96.60-82.44-101.62-12.60-62.47-101.62Ef0.730.73029.5031.5624.6620.432.5031.56杆fG-1.580.62-2.21-63.85-47.51-74.269.83-59.70Gg-0.02-1.811.79-0.81-17.7816.24-44.5443.91gc-0.67-2.46-27.07-45.88-5.72-62.7341.69gI0.720.72029.1031.1324.3220.152.4631.13Aa-1.03-1.030-41.62-44.53-34.79-28.83-3.52-44.53竖Bd-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23De-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23Eb-2-20-80.82-86.46-67.56-55.98-6.84-86.46Ff-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23杆Hg-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23Ic0.930.460.4637.5835.7635.7614.4914.4937.58三、杆件截面设计腹杆最大内力N=-448.55KN，查附表1，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按GH,HI杆件最大内力设计，即 N=-613.83KN。上弦杆计算长度：在屋架平面内，计算长度系数为1.0，计算长度 在屋架平面外，计算长度系数偏安全地取2.0，计算长度 依照平面外计算长度，上弦截面选用2L1258010，短肢相并，如图2所示图2 上弦截面肢背间距a=10mm，所提供 A=39.424 ，=2.26cm，=6.11cm，=1.92cm（1） 刚度验算 满足（2） 整体稳定验算 因此绕y轴弯扭屈曲换算长细比为 ，dC杆绕y轴弯扭屈曲，按b类截面查得稳定系数=0.596，则 ，满足 ad段： 当采用2L9010时，经验算满足规定，因此端斜杆aC采用2L90104、斜腹杆 eE杆件轴力： N=34.58KN 面内和面外计算长度系数分别为0.8和1.0，计算长度 选用2L454,提供 ，（1） 刚度验算 （2） 强度验算 5、竖腹杆Eb杆件轴力： N=-86.46KN面内和面外计算长度系数分别为0.8和1.0，计算长度 选用2L506，提供 ， ， （1） 刚度验算 ，满足（2） 整体稳定验算 因此绕y轴弯扭屈曲换算长细比为 ，Eb杆绕x轴弯曲屈曲，按b类截面查得稳定系数 =0.358，则 ，满足 别的各杆件截面设计如上设计过程，依照各杆件内力性质，可得各杆件截面尺寸，如表4表6表4 拉杆设计表杆件名称截面特性杆件特性设计参数验算成果截面规格A(cm2)ix(cm)拉力(kN)L(m)Mue-xramda-x应力比结论下弦bc2L801030.25 2.42 611.40 61247.93 0.94 满足腹杆Ad2L4546.97 1.38 35.02 1.6370.894.90 0.23 满足Ce2L56816.73 1.68 272.36 1.890.556.25 0.76 满足eb2L56816.73 1.68 242.86 1.890.556.25 0.68 满足eE2L4546.97 1.38 34.58 2.0860.8120.93 0.23 满足Ef2L4546.97 1.38 31.561.890.8109.57 0.21 满足gI2L4546.97 1.38 31.132.3050.8131.71 0.27 满足Ic2L4546.97 1.38 37.583.20.8185.51 0.25 满足四、节点设计各杆件计算内力，截面规格及形心距汇总见表7所示 表7 杆件信息汇总表杆件名称计算内力(KN)截面规格yo（mm)杆件名称计算内力 （KN）截面规格yo（mm)上弦杆-623.832L1258010*19.2斜腹杆Gg-44.542L63417.0下弦杆611.42L801023.5gc-62.732L63417.0斜腹杆Ad35.022L45412.6gI31.132L45412.6ad-448.552L901025.9竖腹杆Aa-44.532L5636418.2dC-413.82L901025.9Bd-43.232L45412.6Ce272.362L56816.8De-43.232L45412.6eb242.862L56816.8Eb-86.462L50614.6eE34.582L45412.6Ff-43.232L45412.6bf-101.622L63617.8Hg-43.232L45412.26Ef31.562L45412.6Ic37.582L45412.6fG-63.852L63617.8注：带*号截面为短肢相并不等边双角钢截面，不带*号为长肢相并不等边双角钢截面或等边双角钢截面1、下弦节点“b”（1）腹杆与节点板连接焊缝 （a）“eb”杆 杆件轴力N=242.86KN，截面为2L568，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。 肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （b）“bf”杆杆件轴力N=-101.62KN，截面为2L568，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 取肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （c）“Eb”杆 杆件轴力N=-86.46KN，截面为2L506,节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 取肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （2）节点详图依照上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图4所示，从而拟定节点板尺寸为435mm220mm图4 下弦节点“b”(3)下弦与节点板连接焊缝 下弦与节点板连接焊缝长度，所受力为左右两下弦杆内力差，。下弦杆截面为2L8010,节点板厚10mm，肢尖与肢背焊脚尺寸都取 焊缝计算长度 受力较大肢背处焊缝应力为 ，满足2、上弦节点“E”（1）腹杆与节点板焊接缝（a）“Eb”杆 “Eb”杆与节点板焊缝尺寸和节点“b”相似。（b）“eE”杆 杆件轴力，截面2L454，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数，角焊缝强度设计值。 肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （c）“Ef”杆杆件轴力N=31.56KN ，截面为2L454，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度 （3） 节点详图 依照上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图5所示，从而拟定节点板尺寸为320mm160mm。图5 上弦节点“E”（3）上弦节点板连接焊缝上弦节点板连接焊缝长度，所受力为左右两上弦杆内力差以及节点荷载P=40.41KN。上弦截面为2L1258010*，节点板厚10mm。（a） 上弦肢背与节点板槽焊缝上弦肢背与节点板槽焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条角焊缝计算。屋面倾角，节点荷载P偏心距e=10mm。槽焊缝所受应力为，满足（b） 上弦肢尖与节点板连接焊缝 上弦肢尖两条角焊缝承担偏心荷载=0KN，取焊脚尺寸 肢尖焊缝所受应力，均为0， ，满足3.有工地拼接下弦节点“c”。 “c”节点与普通下弦节点区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。（1）拼接角钢截面和长度 弦杆普通都采用顶部截去同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与本来角钢相紧贴，并便于施焊，需将拼接角钢顶部截去棱角，宽度为9mm（角钢内圆弧半径），且将垂直肢截去（t为角钢厚度），见图6所示。因切割而对拼接角钢截面削弱考虑由节点板补偿而不计算。 拼接角钢与下弦杆共有4条焊缝，都位于角钢肢尖，承担节点两侧弦杆中较小内力设计值，对于下弦杆，可偏安全地取。 下弦截面为2L8010，。焊脚尺寸取为 所需拼接角钢总长度为 取。（2）下弦杆与节点板连接角焊缝下弦杆与节点板连接焊缝计算内力取两者中较大值，“c”节点处，下弦杆截面为2L8010，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度 取 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度（3）“Ic”杆与节点板连接角焊缝 杆件轴力N=12.6KN，截面为2L454，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （4）“gc”杆与节点板连接角焊缝杆件轴力N=-62.73KN，截面为2L568，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （5） 节点详图 依照上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有间隙、制作和装配等误差，按照比例绘出节点详图，如图6所示。图中，屋架右半边运送单元上构件必要在工地装配后才干与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。图6 下弦节点“c”4.屋脊节点“I” “I”节点与普通上弦节点区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。（1）拼接角钢截面和长度与“c”节点类似，拼接角钢采用上弦同号角钢，顶部截去棱角，宽度为11mm，垂直肢截去（t为角钢厚度），如图7所示。拼接角钢与上弦杆共有4条焊缝，都位于角钢肢尖，承担节点两侧弦杆中较小内力设计值.上弦杆截面为2L1258010*,焊脚尺寸取为 所需拼接角钢总长度为取（2）腹杆与节点板连接焊缝 （a）“gI”杆 杆件轴力N=12.6KN，截面为2L454，节点板厚10mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝长度 所需焊缝长度 （b）“Ic”杆 “Ic”杆与节点板焊缝尺寸和节点“c”相似。（3）节点详图依照上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有间隙、制作和装配误差，按比例绘出节点详图，如图7所示，图中，屋架右半边运送单元上构件必要在工地装配后才干与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。图7 屋脊节点“I”（4）上弦杆与节点板连接焊缝上弦肢背与节点板槽焊缝长度=145mm，承受节点荷载P=20.21KN；肢尖焊缝长度=150mm，承受偏心荷载=93.57KN。上弦杆截面2L1258010*，节点板厚10mm（a） 上弦肢背与节点板槽焊缝 槽焊缝按两条角焊缝计算。屋面倾角，节点荷载P偏心距e=72.5mm。槽焊缝所受应力为 （b） 上弦肢尖与节点板连接焊缝上弦肢尖两条角焊缝承担偏心荷载0.15，偏心距e=60mm，取焊接尺寸肢尖焊缝所受应力为5.支座节点“a” 为便于施焊，下弦杆角钢水平肢底面与支座底板净距不不大于水平肢边长，且不不大于130mm，取130mm。在节点中心线上设立加劲肋，加劲肋高度与节点板相似，厚度都为12mm。（1）支座底板尺寸（a） 底板平面尺寸 支座反力R=323.28KN，苗栓直径d=22mm，苗栓孔直径=2d=44mm，底板平面尺寸采用240mm240mm，C25混凝土强度设计值。仅考虑有加劲肋某些地板承受支座反力，验算柱顶混凝土抗压强度： ，满足（b） 底板厚度 节点板和加劲肋将地板分为四块，每块板为两组相邻边支撑而此外两边相邻边自由板，所受应力，两支撑边之间对角线长度以及支撑边交点到对角线距离分别为 查附表2可得，则单位宽度最大弯矩为 底板厚度为 ，取t=17mm（2）节点板尺寸（a）腹杆与节点板连接焊缝 “Aa”杆 杆件轴力N=-44.53KN，截面为2L56364,节点板厚12mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 “ad”杆 杆件轴力N=35.02KN，截面为2L454，节点板厚12mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。 肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 （b）下弦与节点板连接焊缝 “ab”杆在节点板处断开，其焊缝尺寸计算长度与腹杆相似，杆件轴力N=350.35KN，截面为2L8010，节点板厚12mm，肢背和肢尖内力分派系数分别为，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取 所需焊缝长度 肢尖焊缝焊脚尺寸 所需焊缝长度 （c） 节点详图依照上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有间隙、制作和装配误差，按比例绘出节点详图，如图8所示图8 支座节点“a”（3）加劲肋尺寸 加劲肋高度和厚度与节点板相似，分别为375mm和12mm;底部外边沿与底板大体齐平，宽度为110mm；为避免3条互相垂直角焊缝相交于一点，加劲肋底端脚步切除16mm；从轴线交点开始往上，加劲肋宽度逐渐减小，顶部宽度取为 ，满足加劲肋平面尺寸如图9所示图9 加劲肋和底板尺寸（4）加劲肋与节点板连接焊缝一种加劲肋受力 焊缝受力 节点板和加劲肋厚度都为12mm，焊脚尺寸取为 焊缝计算长度 焊缝应力 （5）加劲肋、节点板与底板连接焊缝 设焊缝传递所有制作反力R=323.28KN，加劲肋和节点板厚12mm，底板厚17mm，焊脚尺寸取为 焊缝计算总长度 焊缝应力 ，满足别的各节点处断开杆件焊缝尺寸计算表以及持续杆件焊缝强度验算表，见表812所示表8 断开杆件焊缝尺寸计算表杆件名称计算内力(kN)肢背焊缝长度肢尖焊缝长度hf,min(mm)hf,max(mm)hf1(mm)lw1(mm)l1(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)hf2(mm)lw2(mm)l2(mm)斜腹杆Ad35.02 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50ad-448.55 0.70.34.7 1210140 1704.7 86100 120dC-413.80 0.70.34.7 1210129 1504.7 8869 90Ce272.36 0.70.34.7 9.68106 1304.7 6661 80eb242.86 0.70.34.7 9.66126 1404.7 6654 70eE34.58 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50bf-101.62 0.70.34.7 7.2653 704.7 6648 60Ef31.56 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50fG-74.26 0.70.34.7 7.2648 604.7 6648 60Gg-44.54 0.70.34.0 4.8640 504.0 4440 50gc-62.73 0.70.34.0 4.8649 604.0 4440 50gI31.13 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50竖腹杆Aa-44.53 0.650.354.0 4.8440 504.0 4440 50Bd-43.23 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50De-43.23 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Eb-86.46 0.70.34.7 7.2648 604.7 6648 60Ff-43.23 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Hg-43.23 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Ic37.58 0.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50下弦ab350.35 0.70.35.2 1210109 1305.2 8678 100bc91.71 0.70.34.7 12864 804.7 8648 60表9 斜腹杆受压节点与节点板焊缝连接计算表节点名称计算内力(kN)偏心e(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)hf(mm)l(mm)f(N/mm2)f(N/mm2)应力比结论d34.75 654.7 8622519.42 35.56 0.22 满足f27.36 435.2 6620017.33 23.78 0.16 满足g28.10 414.0 4415534.1 57.12 0.36 满足表10 上弦肢尖焊缝验算节点名称计算内力(kN)偏心e(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)hf(mm)l(mm)f(N/mm2)f(N/mm2)应力比结论上弦节点A28.96 604.7 8627013.36 18.65 0.13 满足B0.00 604.7 861200.00 0.00 0.00 满足C539.21 604.7 86525125.13 87.81 0.90 满足D0.00 604.7 861200.00 0.00 0.00 满足F0.00 604.7 861200.0 0.00 0.00 满足G45.66 604.7 8638014.8 14.45 0.12 满足H0.00 604.7 861200.0 0.00 0.00 满足表11 上弦肢背槽焊缝验算节点名称节点荷载(kN)坡度l(mm)偏心e(mm)节点板厚度(mm)f(N/mm2)f(N/mm2)槽焊缝应力比结论上弦节点A20.2050.1276138101.08 44.4 0.28 满足B40.410.117010103.59 49.4 0.32 满足C40.410.152557.5101.12 18.6 0.12 满足D40.410.117010103.59 49.4 0.32 满足F40.410.117010103.59 49.4 0.32 满足G40.410.138030101.55 23.1 0.15 满足H40.410.117010103.59 49.4 0.32 满足表12斜腹杆受拉节点与节点板焊缝连接计算表节点名称计算内力(kN)alphabetal(mm)肢背焊缝验算肢尖焊缝验算结论hf1(mm)lw1(mm)f(N/mm2)hf2(mm)lw2(mm)f(N/mm2)e29.50 0.70.3160614816.6 61487.1 满足五、填板设计为了使双角钢截面整体工作，两角钢间必要设立填板，填板尺寸和间距见表13表13 填板设计表杆件名称杆件长度(mm)截面规格回转半径（cm）轴力符号40i或80i(cm)填板个数填板间距(mm)填板厚(mm)填板宽(mm)填板高(mm)上弦杆15072L1258010*3.98-1159.21753.5 1060100下弦杆60002L80102.421193.631500.0 1060100斜腹杆Ad13952L4541.381110.41697.5 105065ad15852L90102.74-1109.62528.3 1060110dC16802