钢结构设计课程设

1、钢结构课程设计班 级： 姓 名： 学 号：2009指导老师： 2012年 7月 5 日目录一、设计资料1二、结构形式及支撑布置2三、荷载计算4四、内力计算5五、杆件设计6六、节点设计10七、参考资料17八、附表一18九、附表二19一、设计资料某车间跨度为21m，厂房总长度96m，柱距6m，车间内设有两台50/10t中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为450×450

2、mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。屋面构造 采用二毡三油防水层；20mm水泥砂浆找平层；80mm厚泡沫混凝土保温层。荷载（标准值）永久荷载：悬挂荷载 0.15KN/ m2二层毡三油防水层0.35kN/m220mm1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m280mm 泡沫混凝土保温层 0.5kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压： 0.35kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.50kN/m2积灰荷载 0.50kN/m2不上人屋面活荷载 0.7kN/m2二

3、、结构形式及支撑布置桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示图2.1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图2.2所示 图2.2 桁架支撑布置符号说明：SC：上弦支撑； XC：下弦支撑； CC：垂直支撑GG：刚性系杆； LG：柔性系杆三、荷载计算 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（=0.12+0.011跨度）计算，跨度单位为m。标准永久荷载： 悬挂荷载 1.003x0.1

4、5=0.150kN/m2 二层毡三油防水 1.003x0.35=0.351kN/m220mm1:2.5水泥砂浆找平层 1.003x 0.4=0.401kN/m280mm 泡沫混凝土保温层1.003x 0.=0.502kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.003x 1.4=1.404kN/m2屋架和支撑自重为 0.120+0.011x21=0.351kN/m2 _共 3.159kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载 0.7kN/m2积灰荷载 0.5kN/m2_共 1.2kN/m2考虑以下三种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋

5、面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节点荷载设计值：（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对结构不利时：（按永久荷载效应控制的组合）（按可变荷载效应控制的组合）对结构有利时：半跨可变荷载设计值： （3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效应控制的组合） 全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：对结构有利时：半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：四、内力计算荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2

6、）图 4.3 荷载组合4.3由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1五、杆件设计（1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。N=696.00kN=696000N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：因为=3，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=470.35kN节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm 设=60，选用角钢，为b类截面，查表得。需要截面积：需要的回转半径：根据需要的A、查角钢规格表，选用21

7、40×90×10，=2.56cm，=6.77cm，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于<，只需要求。查表的=0.806。 故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。N=675.59N平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：，所需截面面积：选用2，=2.56cm，=6.77cm，由于，故用不等肢角钢短肢相并考虑到下弦有的栓孔削弱，下弦净截面面积： 所选截面合适。（3）端斜杆aB杆件轴力： N=400.333kN=400333N计算长度，因为，故采用不等值角钢长肢相并。使设=60，查表得。选用2，按所选角钢进行验算： 截面和

8、界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.683。故所选截面合适。（4）腹杆dH最大拉力： 54.63kN最大压力： 30.36kN按最大拉力进行计算，设计计算值为54.63kN。由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取，节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架平面外的计算长度仍取节间距离，即。设=60，查表得，选用等肢角钢，2，按所选角钢进行验算： 截面和界面都为b类截面，由于，只需要求。查表的=0.433。由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面合适。（5）腹杆Bb腹杆拉力设计值为 N=306.905kN选用2组成梯形截面，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算

9、长度分别为， ， 故所选截面合适。(6)竖杆Gd竖杆拉力设计值： N=50.23N 选用2组成十字形截面，按所选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为， ， 故所选截面合适。其他腹杆：竖杆Aa、Cb、Ec、Gd选用2组成的十字形截面，腹杆Db选用2短肢相并，腹杆Dc、Fd、Hd选用2组成的梯形截面，腹杆Fc选用2组成的梯形截面。经验算，所选截面都能满足要求。各杆件的截面的选择见附表2六、节点设计*（1）下弦节点“b”有E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取14cm 肢尖： ，加后取9cm设“Db”杆的

10、肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取12cm 肢尖： ，加后取6cm“Cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。 根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为310mm400mm。 下弦与节点板的连接的焊缝长度为400mm，。焊缝所受的左右两下弦杆的内力差为，肢背的力最大，取肢背进行计算，则肢背处的焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。（2）上弦节点B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Ba”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背： ，加后取16cm 肢尖： ，加后取11cm

11、考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，选择节点板尺寸为295mm480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝： 忽略桁架上弦坡度的影响，假定集中荷载F与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的内力差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ，=8mm由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm，上弦肢尖角焊缝的剪应力为：故焊缝强度满足要求。（3）下弦节点“c”设“Dc”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取10cm 肢尖： ，加后取5cm设“Fc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背：，加后取6cm 肢尖：

12、 ，由于焊缝计算长度不得小于和40mm，肢尖焊缝长度取6cm。“Cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取。节点板取265mm315mm，取，下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm，焊缝受左右弦杆的内力差为，受力较大的肢背处的剪应力为：焊缝强度满足要求。（4）下弦节点“d”设“Fd”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为： 肢背：<，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： <，计算长度取48mm，加后取6cm设“Hd”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为，所需的焊缝长度为： 肢背： <，计算长度取48mm，加后取7cm 肢尖： <，计算长度取48mm，加后取6cm。“Cb”杆

13、的内力为52890N，。肢背：<，焊缝长度取6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊缝长度取6cm。节点板取255mm285mm，由于d点左右两端的拉力值相差不大，可只按构造确定其焊角尺寸为。（5）上弦节点“C”、“E”、“G”。 由于节点处左右弦杆的内力值相等，且竖杆的内力设计值相同，故采用相同的节点板。焊脚尺寸取6mm，焊缝长度取6cm。 上弦点“D”，“F”、“H”焊缝尺寸根据下弦节点已经确定。节点“D”：杆“Db” 杆“Dc” 节点“F”：杆“Fc” 杆“Fd” 节点“D”、“F”、所选择的连接板尺寸分别为：230mm335mm，220mm255mm，。（6）屋脊节点“I”采用与上弦角

14、钢相同钢号的角钢进行拼接，截取的垂直肢的宽度为：，其中取8mm，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算。一条焊缝所需的焊缝长度为：，拼接角钢的长度取500mm>2209.6mm+48mm+152=481.2mm，合适。根据腹杆的内力，取节点板尺寸为200mm450mm，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为450mm-2x15mm-4，=5mm，故计算长度为400mm，节点荷载为52.89kN，焊缝承受的剪应力：，满足。上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%，设肢尖的焊缝=8mm，节点板的长度为200mm，则节点一侧弦杆的计算长度为：，焊缝应力为： （8）支座

15、节点“a”腹杆“aB”的焊缝尺寸同节点“B”肢背：，肢尖：。节点板的厚度为12cm，所确定的节点板尺寸如图6.8.1，下弦杆焊脚尺寸为肢背：，肢尖：，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为 ，经验算焊缝满足要求。为了便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为12mm。 支座底板的计算支座反力： R=8F=850.23kN=401.84kN 支座所需的净截面为：选择的支座底板的尺寸如图6.8.2。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm²>33849.6mm²，故底板的

16、面积合适。 底板的厚度按桁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，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定 ，/=0.474查表得的值为0.054。底板下的平均应力为：每块板的单位宽度的最大弯矩为：底板厚度：取t=18mm。加劲肋与节点板的焊接焊缝计算。 计算简图如图6.8.3假定一个加劲肋承受的力为支座反力的1/4，即加劲肋的计算内力为，则焊缝的内力为 设焊缝，焊缝的计算长度为：图6.8.1 加劲肋计算简图，则焊缝的应力：，满足。 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部的支座反力，每块加劲肋各传力为R/4=100460N，节点板传递的力为R/2=2115

17、60N。设节点板与焊缝的焊脚尺寸，则焊缝的计算长度我为：节点板的应力： 强度满足。加劲肋焊脚尺寸每块加劲肋与地板的连接焊缝长度为：加劲肋焊缝的应力为： 强度满足。七、参考资料1、张耀春.钢结构设计原理.高等教育出版社，2004版。2、王国凡.钢结构连接方法及工艺.化学工业出版社,2005版。3、钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京计划出版社，2003版。4、房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）.北京计划出版社，2002版22杆件名称内力系数附表1 桁架杆件内内力组合表第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力 /kN全跨左半跨右半跨上弦AB0.000.000.00

18、0.000.000.000.000.000.000.000.00BC、CD-8.42-5.98-2.44-422.937-393.96-373.94-352.05-322.65-175.07-90.33-422.937DE、EF-12.76-8.31-4.45-640.935-588.12-555.78-542.42-499.86-247.30-154.89-640.935FG、GH-13.86-7.81-6.05-696.188-624.42-586.07-603.57-56057-239.50-197.37-696.188下弦ab4.613.381.23231.56216.95206.27

19、191.50175.1298.3846.92231.56bc11.04 7.543.50554.53512.99485.94465.16427.39222.35125.63554.53cd13.62 8.345.28684.18621.48585.56585.25541.22251.28178.02684.18dd13.456.736.72675.59595.89556.43595.77556.29212.09211.85675.59斜腹杆aB-7.97-5.85-2.12-400.333-375.15-356.70-330.99-302.66-170.26-80.96-400.333Bb6.

20、114.171.94306.91-283.87268.90257.47236.58122.9969.60306.91bD-4.62-2.77-1.85-232.06210.11-197.77-199.22-184.44-83.82-61.80-232.06Dc2.961.311.65148.68-129.11119.98133.14124.9042.5850.72148.68cF-1.68-0.09-1.59-84.39-65.544-58.63-83.30-80.36-8.52-44.43-84.39Fd0.39-1.041.4319.592.6546-1.7631.9034.03-23.4

21、235.7134.03，-23.42dH0.772.06-1.3938.6855.12757.57-13.106.1354.63-30.3654.63，-30.36竖杆Aa-0.50-0.50.00-26.115-25.11-24.30-19.19-17.06-13.865-1.89-28.115Cb-1.00-1.000.00-50.23-50.23-48.61-38.38-34.12-27.73-3.79-50.23Ec-1.00-1.000.00-50.23-50.23-48.61-38.38-34.12-27.73-3.79-50.23Gd-1.00-1.000.00-50.23-50.23-48.61-38.38-34.12-27.73-3.79-50.23杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm²计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/(N/mm²)名称编号上弦FG、GH-696.00 160x100x104460150.73002.566.7758.7954.