钢结构课程设计任务书和计算书

1、第一部分钢结构课程设计任务书一、基本要求1、每位同学务必按分组要求做，并在计算书中注明组别；2、计算书参考教材中例题，但内力计算图解法应用计算机绘制；3、图纸不得相互拷贝，为1 号图；4、计算书中应有屋架支撑布置图；5、课程设计成绩单列，不计入钢结构课程成绩内；6、课程设计应由学生本人于2016 年 7 月 10 日前，交到指导老师。二、课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计三、设计资料1、车间柱网布置图（L× 84m）。2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。3、屋面采用1.5 × 6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。4、柱距

2、 6m。5、荷载：1)屋架自重（ 120+11L） N/m2，其中 L 为屋架高度；2)基本荷载表：荷载类型序号荷载名称重量1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1500 N/m 22防水层380 N/m 2静载3找平层 20mm厚400 N/m 24保温层970 N/m 25支撑重量80 N/m 21活载700 N/m 2动载2积灰荷载800 N/m 23雪荷载500 N/m 2四、设计要求1、设计屋面支撑布置（要求对整间厂房进行布置，写入计算书）；2、计算屋架杆件设计内力（选取典型一榀屋架，写入计算书）；3、设计杆件截面；4、设计不少于5 个的典型节点；5、绘制屋架的结构施工图（1 号图纸）

3、。五、内力计算考虑下面三种情况1、满载（全跨静荷载加全跨活荷载），正常使用中;2、半跨屋面板荷载和半跨活荷载（活荷载400 N/m2）和全跨屋架自重, 在吊装过程中出现最不对称内力。3、全跨静荷载和半跨活荷载，在使用过程中最不对称。六、注意事项1、学生在计算书封皮必须显示自己的组别。且在计算书工程概况中写清具体数值（如 2013 土木工程 03 班 25 号同学的组别为：第二组25）。2、图纸、计算书必须由指导老师签字方能视为有效。3 、 图纸内容包括： 屋架计算简图（内力、尺寸） ； 半跨屋架正面图，上下弦杆俯视图，端竖杆、中央竖杆侧面图，屋架支座俯视图，必要的零件大样图； 材料表； 图纸说

4、明梯形钢屋架支撑布置如图所示：第二部分、钢屋架设计计算组别：丙 III b B、动载 1、 3， 24 × 84m、C20混凝土。由于采用 1.5 ×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用平坡梯形屋架。屋架计算跨度： L。 =L-300=23700mm屋架端部高度： H。 =1800mm 计算高度： h=1813mm屋架跨中高度 : H =H 。+(L 。 /2)i=1800+(23700/2) ×(1/11)= 2880mm屋架高跨比： H/L 。=2880/23700= 1/8.23屋架坡度： i=1/111. 荷载计算为使屋面节点受荷，配合屋面板1.5 米宽

5、，腹杆体系大部分采用下弦节间为3 米的下承式屋架。在跨中腹杆的倾角满足要求，可不必采用再分式杆系。屋架跨中起拱L/500 50mm,几何尺寸如图（ 1）所示，支撑布置如图（ 2）动载取活载加雪荷载（ 1200N/m2）。屋架沿水平投影面积分布的自重，按经验公式P(120 11× L) = 0.384 N/m2 。永久荷载标准值：1.5 kN/m 2预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝）防水层0.38kN/m220 厚 1：3 水泥砂浆找平层0.4 kN/m 2保温层支撑重量屋架自重0.97kN/m22（ 120+11×24） /1000=0.384N/m2可变荷载标准值：屋面

6、活载加雪活载1.20kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值： 1.2 ×（ 1.5+0.38+0.4+0.97+0.08+0.384） 4.457kN/m2可变荷载设计值： 1.4 ×1.2 1.68kN/m2荷载总重 4.457+1.68=6.137 kN/m 22内力计算111506H506I15061D6EF1506 G15B506C15061500A1183508804120662349221976238310306228252226980136488244601185150a2

7、850b3000c3000d3000e150135012000屋架形式及几何尺寸.2- 932. 2 H- 902. 6 I2. 4- 826. 5E- 826. 5GF- 932A00B- 532. 4C- 53D2.226527.4.5.5.-.1.259753-865953-32539501-10.0-31-.27-53.62.90-a289.0b704.5c895.4d928.1e屋架内力设计值组合一：全跨恒荷载 +全跨活荷载P=6.137 ×1.5× 6= 55.231 kN组合二：全跨恒荷载 +半跨活荷载P1=4.457 ×1.5 ×6 =

8、40.113 kN ；P2=1.68×1.5× 6= 15.12 kN组合三：全跨屋架自重 +半跨屋面板荷载 +半跨活荷载（ 0.4 kN ）P3=1.2× 0.384 ×1.5 × 6 = 4.147 kN;P4=（ 1.2 ×1.5+1.4 ×0.4 ）× 1.5 ×6 = 24.24 kN由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载。计算简图如下P/2PPPPPPPPPPPPPPPP/2(a)abcde3 81 88 21 02P/P2P2222 P2P22P2P/2PP11PP1PP1P

9、P1P1PPP11P11P11P111P/ 2CDEFGH I11PP/2A B(b)44P4P4P4/24P4P44PP/2P3 P3P3P333P3PPP3 333P3PPP3 332PPP3 3P/PPP/ 2(c)屋架构件内力组合表内力系数 P=1组合二组合三组合一P1=40.113KNP3=4.147KN；P2=15.12KNP4=21.24KN;P=55.233N 左=P1× +N 左=P3× +不利组合全跨左半跨右半跨KNP2 ×；P4 ×；N=P×N 右=P1× +N右= P3× +P2 ×P4 &

10、#215;AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000BC-9.640-6.906-2.734-532.4-491.1-186.6-532.4-428.0-98.0上CD-9.640-6.906-2.734-532.4-491.1-186.6-532.4-428.0-98.0弦DE-14.964-9.999-4.965-826.5-751.4-274.4-826.5杆-675.3-167.5EF-14.964-9.999-4.965-826.5-751.4-274.4-826.5-675.3-167.5FG-16.878-10.144-6.734-932.2-83

11、0.4-285.4-932.2-778.8-213.0GH-16.878-10.144-6.734-932.2-830.4-285.4-932.2-778.8-213.0HI-16.342-8.171-8.171-902.6-779.1-241.3-902.6ab5.2333.8531.380289.0268.1103.5289.0230.751.0下bc12.7558.8533.902704.5645.5240.9704.5570.6135.7弦806.6286.8杆cd16.21210.3385.874895.4895.4739.1192.0de16.8039.3467.457928.18

12、15.3268.2928.1786.8228.0aB-9.145-6.733-2.412-505.1-468.6-180.9-505.1-403.3-89.1Bb7.1314.9392.192393.9360.7134.4393.9319.276.1bD-5.607-3.511-2.096-309.7-278.0-97.8-309.7-256.6-67.7斜Dc3.8201.9661.854211.0183.057.6211.0181.355.2腹-112.3-26.0杆cF-2.524-0.732-1.792-139.4-139.4-128.3-48.5Fd1.1540.4531.60763

13、.739.44.863.770.638.970.6dH0.0151.581-1.5660.824.533.633.6-23.1-33.2-33.2He-1.100-2.5191.419-60.8-82.2-58.0-82.2-22.6-25.6-60.8aA-0.500-0.5000.000-27.6-27.6-12.7-27.6-20.0-2.1bC-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-25.4-55.2-40.1-4.1竖cE-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-25.4-55.2杆-40.1-4.1dG-1.000-1.0000.000-55.2-55

14、.2-25.4-55.2-40.1-4.1eI-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-25.4-55.2-40.1-4.1杆件截面设计1. 上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计， N-932.2kN；上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度lox1506mm在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取l oy 2×15063012mm,因为loy l，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。2 ox腹杆最大内力 NaB-505.1kN, 查教材表 7-4 ，节点板厚度选用 12mm，支座节点板厚度选用 14mm。假定 60，按 3 号钢，轴心受压构件（查附表）属

15、于b 类截面， 0.80732需要截面面积 A N/f 932.2 ×10 / （ 0.807×215） 5372.7mm需要的回转半径为： i xl ox1506/6025.1mmi yloy3012/60 50.2mm2根据 A、i x、i y 查不等肢角钢规格表 , 选用 2L180 ×110×10,A5680mm,i x31.3mm, i y58.1mm.y12xxy 180×110×10上弦截面按所选角钢进行验算：x l ox 1506/31.3 48.1 150y l oy 3012/58.1 51.8 150（满足要求）

16、i xiy由于 y>x，只需求出 min= y, 查轴心受力稳定系数表 y0.852322 N/ yA932.2 ×10 /(0.852× 5680)=192.6N/mm215 N/mm 所选截面合适， 垫板每个节间设一块。2下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N928.1kN。按下弦支撑布置情况：计算长度LL 6000mmox3000mm, oy32计算下弦截面净面积： An N 928.1 ×10 /215 4316.7mmf2选用 2L140×90× 10（短肢相并）， A 4460mm ix 25.6mm iy 44.7mm.y

17、12xxy下弦截面x l ox 3000/25.6=117.19< =350;y l oy 6000/44.7=134.23< =350.i xi yóN32215 N/ mm2所选截面满足要求。 928.1 ×10 /4460=208.1 N/ mmAn3 端斜杆因为loxoy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix iy 。N -505.1kN,×l2359mm， iy 如选用，则 A2ix 46.8mm2L100145252mm30.0mmy12xxy端斜杆截面验算： xl ox=2359/30.0=78.6 150yl oyi xi y=2359/

18、46.8=50.4 1500.701322满足要求。 N/ A=505.1×10 /(0.701 × 5252) 137.19N/mm215N/mmx0y 02x1xy012x0中竖杆截面4竖杆 Ie，l l ×0.9N -55.2kNo 0.92880 2592mmA，ixo 中间竖杆最小应当选用2L63×4 的角钢，并采用十字形截面，则24.6mm996mmxol o/ixo2592/24.6 105.36 150 0.523N=55.2322×10 /(0.523×996)=105.97 N/mm215 N/mm满足要求。x A

19、5. 竖杆 GdN -55.2kN ， l ox0.8 l 0.8 × 26102088mm l oy2610mmix 2088/150=13.92mm i y2610/150=17.4 mm可按 选择 , 需回转半径2按 ix,i y 查表选用 2L50×6A=1138 mm,ix 15.1mm,i y25.6mm.屋架杆件截面选择 ( 节点板厚 t=12mm)计算长度截回转半径长细比容mm截面形式许杆件面系数杆内力及长编号kN积I xI y min角钢规格 x y细l ox l oy2mmmmmm比应力= N A2N/ mm-192.上弦-932.215063012下弦

20、928.130006000aB-505.12359Bb393.919902488bD-309.721332666Dc211.021332666斜腹cF-139.423152894杆Fd63.72315289470.6dH33.625023128-33.2He-82.225023128-60.8Aa-27.61632竖Cb-55.216562070腹Ec-55.218722340杆Gd-55.220882610Ie-55.225922L180× 110× 102L140× 90×102L100× 142L90× 102L100×

21、; 82L100× 82L90× 102L63× 52L63× 52L63× 52L63× 42L50× 62L50× 62L50× 62L63× 4568031.358.148.151.81500.852446025.644.7117.19134.23350525230.046.878.650.41500.701343227.442.172.658.13500.736312830.845.569.258.61500.757312830.845.569.258.6350343227.442.18

22、7.568.71500.638122819.430.4119.3495.203500.442122819.430.4128.99102.891500.392122819.430.4128.99102.8935099619.630.283.2554.031500.668113815.125.6109.6780.861500.499113815.125.6123.9791.41500.416113815.125.6138.28101.951500.35399624.6105.361500.5236208.1137.2155.9-13189.11-63.6117.3130.169.80-69.0-1

23、71-12641.4897.2116.6137.41105.97八、节点设计1. 下弦节点 b根据各杆内力表 , 设计这类节点的步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf 和l w 然后按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值w2f t160N/mm，3. 9KNN=55.2KNN=309. 79KNN=32 50×62 90×102 100×88 1706 1008 1406 802 140×90×10694N=928.1KN1N=704.5KN15

24、632331145155下弦节点 "b" Bb 杆的肢背和肢尖焊缝 h 8mm和 6mm，N=393.9 kN 所需焊缝长度为：f3×0.7 ×8×160)+10163.8 取 l w 170mm肢背： l w (0.7 ×393.9 × 10 )/ (23×0.7 × 6× 160)+1097.9mm，取 l w 100mm肢尖： l w (0.3 × 393.9 ×10 ) / (2 Db 杆的肢背和肢尖分别采用8mm和 6mm, N=309.7kN肢背 :3×

25、 0.7 ×8×160)+10=130.98 mm, 取 l w 140mml w (0.7 ×309.7 × 10 ) / (2肢尖 :3×0.7 × 6× 160)+10=79.13 取 l w 80mml w (0.3 × 309.7 ×10 ) / (2 Cb 杆的内力很小， N=55.2KN 。焊缝尺寸可接构造确定取hf 5mm. 焊缝长度 l w 50mm。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配误差，按比例作出节点详图，从而确定节点板尺寸为 310×380mm

26、。 下弦节点板连接的焊缝长度380mm，hf ，6mm焊缝所受的力为左右下弦杆的内力差N Nbc-Nba=704.5-289415.4kN，所需焊缝长度：肢背 :3×0.7 × 8× 160)+10=183.8 mm, 取 lw 190mml w (0.75 × 415.4 ×10 ) / (2肢尖 :390mml w (0.25 ×415.4 ×10 ) / (2×0.7 ×6×160)+10=87.27 取 l w受力较大的肢背处背焊缝应力为3× 0.7 ×6×

27、(380-10)=100.24 N/mm22.f (K1N)/(2 ×0.7hf lw)=(0.75 × 415.4 ×10 )/(2160N/mm焊缝强度满足要求。2. 上弦节点： B Bb 杆与节点板的连接焊缝尺寸和B 节点相同。175145110N=0KN2 180×110×1010 1806 140B80N=532.4KN610 1406 1002 100×142 90×10N=505. 1KNN=393. 9KN上弦节点 "B" Ba 杆与节点板的连接尺寸按同样方法计算,NBa505.1KN,肢

28、背和肢尖焊缝分别采用：hf 和 h f 6mm10mm3×0.7 × 10×160)+10167.8mm，取 l w 180mm肢背l w (0.7 ×505.1 × 10 )/(23×0.7 × 6× 160)+10122.7mm，取 l w 140mm肢尖 l w (0.3 ×505.1 × 10 )/(2 上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P 与上弦垂直。P 55.

29、2 kN ，hf t 12/2 6mm，根据斜杆焊缝长度确定节点尺寸，得节点板尺寸470 ×310mm2焊缝计算长度 l w47010460mm，则肢背焊缝应力为：f p32w255.2 × 10/(2 ×0.7 ×6×460) 14.3N/mmf t 160N/mm2 he l w肢尖焊缝承受弦杆内力差N532.4-0.0=532.4 kN偏心距 e25.174.9mm100偏心力矩 M N·e×3·，采用 hf 则532.410×74.939880000Nmm8mmf Nhel w532.4×

30、;3×0.7× ×2/210 /(28470)101.14N/mmf 6M222(6 × 39880000)/(2 ×0.7 ×8×470 ) 96.7N/mm2 hel w( f /f ) 2222f 129N/mm160 N/mm 满足强度要求。3屋脊节点 H2L180×110×10I902.6HH902.62L63×4e55.2（1）弦杆的拼接一般都采用同号角钢进行拼接。为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆和便于施焊，需切去肢尖角 , 截去垂直肢的一部分： =t+hf+5mm设焊缝为

31、8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝按被连接杆的最大内力计算， N=-902.6KN .3每条焊缝长度为： l w 902.6 ×10 / （4×0.7 ×8×160）+10 261.8mm，取 l w 270mm拼接角钢总长 L=2×270+20=560mm,垂直肢切去 =t+hf+5=23, 取 25mm并按上弦坡度热弯。(2) 计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取hf =5mml w =(2N Sin5.7 -P)/(8× 0.7 hf *f)33×8×160）=28.88 mm.按构造决定节点板长度。=(2 &

32、#215;932.2 × 10 × 0.099-55.2 × 10 )/ （5×0.74. 下弦跨中节设计 e跨中起拱高度约50 mm下弦节头设于跨中节点处, 连接角钢取与下弦相同截面32L140×90× 10mm.hf=8mm,l=l w +10=(928.1 ×10 /4 ×0.7 × 8× 160)+10mm取. L=270 mm,连接角钢长度 L=2×270+14=526 mm取. 530 mm肢尖切去 =t+hf+5=14+18+5=27mm, A=27×14=378mm 截面削弱 A/A=378/3050=12%<15%,满足要求 ,55.282.282.2IHH928.1ded928.1下弦跨中节点下弦杆与节点板 , 斜杆与节点板之间连接焊缝均