钢结构屋架课程设计

陕 西 广 播 电 视 大 学课程设计课程名称：钢结构分 校 ( 工 作站)：专 业：指导老师：学 号：-0-学生姓名：-1-目 录1 、 设 计 资料··············································12、结构形式及布置··········································13、荷载计算·············································33.1永久荷载设计值·········································33.2可变荷载设计值·········································33.3荷载组合·············································34、 内 力 计算·············································35、 截 面 选择·············································-0-45.1上弦杆截面选择·········································45.2下弦杆截面选择·········································45.3腹杆截面选择···········································56、节点设计·············································96.1下弦节点设计···········································96.2上弦节点设计··········································147、附图·············································16-1-1、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（1.4kN/m2），二毡三油加绿豆沙防水层（0.4kN/m2），20mm厚水泥砂浆找平层（0.4kN/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0.70kN/m2。2.2屋架计算跨度l0 27 0.3 26m.7( )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h0 1990mm中部高度h 3325mm（为l0/8.0）。、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：-0-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-1-3、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：1.21.41.68kN/m2二毡三油防水层及找平层（20mm）：1.20.41.20.40.96kN/m2支撑重量：1.20.070.084kN/m23.2可变荷载设计值屋面活荷载： 1.4 0.7 0.98kN/m23.3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：F(1.680.960.084)0.981.5633.336kN、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=33.336kN时，各屋架杆件的内力图如下：图4-2F 作用下各屋架杆件的内力图-2-、截面选择腹杆最大内力为 251.4kN，选用节点板厚度为 t 8mm。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：Nmax387.4kN，l0x150.8cm，l0y300.0cm（l1取两块屋面板宽度）。选用两个等肢角钢21008，A31.28cm2，ix3.08cm,iy4.41cmlox150.8=150xix50.03.08loy300=150yiy68.04.41

xy

0.8660.780（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yzb100.58l0y0.58300t0.812.517.4，b10yz=y10.475b468.010.47510473.6yl02yt230020.82故由maxyz73.6，按b类查表得y0.729截面验算：N387.4103102169.89N/mm2f215N/mm2A0.72931.28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 l1范围内不少于两块），la 75.4cm 40i 40 3.08 123.2cm5.2下弦杆截面选择下弦杆也采用相同截面，按最大内力计算：Nmax383.4kN，l0x300cm，l0y450cm选择两个不等肢角钢2908，A27.88cm2，ix2.76cm，iy4.02cm-3-lox300=350x108.7ix2.76yloy450111.9=350iy4.02N383.4103137.5N/mm2215N/mm2A27.881025.3腹杆截面选择①杆件A-a：N 16.67kN，lox loy 199cm选用两个等肢角钢 2 63 5，组成T型截面截面几何特性： A 12.29cm2，ix 1.94cm，iy 2.89cmxy

199102 150，1.9419968.9 150，2.89

0.5420.758截面验算：N16.6710325.03N/mm2f215N/mm2minA0.54212.29102②杆件B-a：N251.4kN，loxloy251.8cm选用两个不等肢角钢 2100 63 7，长肢相并。截面几何特性：A22.22cm2，ix3.20cm，iy2.58cmx251.879.1150，x0.693，3.2y251.898.1150，y0.5672.58截面验算：N251.4103199.5N/mm2215N/mm2minA0.56722.22102③杆件B-b：N182.3kN，lox0.8l0.8260.1208.1cm，loy260.1cm所需截面:AN182.38.48cm2nf215选用两个等肢角钢2505，组成T形截面-4-截面特性：An9.61cm28.48cm2，ix1.53cm，iy2.38cm208.1，y260.1350x136.6350109.81.532.38④杆件C-b：N33.3kN，lox0.8l0.8227.5182cm，loy227.5cm.选用两个等肢角钢2505，组成T形截面。截面几何特性：A9.61cm2，ix1.53cm，iy2.38cmxy

=119.7150，1.53227.596.2 150，2.38

0.4380.580截面验算：N33.310379.1N/mm2215N/mm2minA0.4389.61102⑤杆件D-b：N139.0kN，lox0.8l0.8285.1228.1cm，loy285.1cm选用两个等肢角钢 2 70 5，组成T形型截面截面几何特性：A14.82cm2，ix2.32cm，iy3.36cmx228.198.3150，x0.5662.32y285.185.2150，y0.6523.36截面验算：N139.0103165.7N/mm2f215N/mm2minA0.56614.82102⑥杆件D-c：N86.0kN，lox0.8l0.8285.1228.1cm，loy285.1cm所需截面：AnN86.0400mm2f215选用两个等肢角钢 2 50 5，组成T型截面截面几何特性： A 9.6cm2 4cm2，ix 1.94cm，iy 2.89cm228.1117.6350，y285.198.73501.942.89⑦杆件E-c：N 50kN，lox 0.8l 0.8 257.5 206cm，loy 257.5cm-5-采用两个等肢角钢 2 50 5，组成T形截面截面几何特性： A 9.61cm2，ix 1.53cm，iy 2.38cmxy

206134.6 150，1.53257.5108.8 150，2.38

0.3640.501截面验算：N50.0103142.9N/mm2f215N/mm2minA0.3649.61102⑧杆件E-f及H-g：内力N小于杆件D-c，杆长l同样小于杆件D-c，故采用两个等肢角钢2505，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l同样小于杆件E-c，故采用两个等肢角钢2505，组成T形截面时，可满足受力要求。⑨杆件G-f及f-c：Nmax33.3kN，lox207.8cm，loy207.8cm选用两个等肢角钢 2 50 5，组成T形截面截面特性：A 9.61cm2，ix 1.53cm，iy 2.38cmxy

207.8135.8 150，207.887.3 150，2.38

xy

0.3880.665截面验算：N33.310389.3N/mm2f215N/mm2minA0.3889.61102⑩杆件J-g及g-d：Nmax129.7kN，lox223.9cm，loy223.9cm所需截面:AnN129.76.03cm2f215选用两个等肢角钢2635，组成T形截面截面特性：An12.29cm260.32cm2，ix1.94cm，iy2.89cmx223.9115.4350，y223.977.53501.942.89杆件J-e：选用2635，中央竖杆采用十字形截面，其斜截面计算长度l00.9332.5=299.3cm-6-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杆件内力设计计算长度（cm）所选截面截面面长细比容许长细计算应力名称号值N（kN）l0xl0y2）λxλy比[λ]2积（cm（N/mm）上弦H-I-387.4150.83002∠100×31.285073.6150169.9杆8下弦c-d383.43004502∠90×827.88108.7111.9350137.5杆A-a-16.671991992∠63×512.291026915025B-a-251.4251.8251.82∠100×22.2279.198.1150199.563×7B-b182.3208.1260.12∠50×59.61136.6109.8350189.7C-b-33.3182227.52∠50×59.61119.796.215079.1D-b-139228.1285.12∠75×514.8298.385.2150165.7D-c86228.1285.12∠50×59.61117.698.735089.5E-c-50206257.52∠50×59.61134.6108.8150142.9腹杆E-f24.3150.6188.32∠50×59.6198.479.135025.3H-g23162.1202.62∠50×59.61105.985.135023.9F-f-33.3103128.82∠50×59.6167.351.115054.7I-g-33.3121151.32∠50×59.6179.154.115069.4G-f-33.3207.8207.82∠50×59.61135.887.315080.36f-c-6.3207.8207.82∠50×59.61135.887.315016.07J-g129.7223.9223.92∠63×512.29115.477.5350105.5g-d105223.9223.92∠63×512.2996.948.635085.4J-e0299.32∠63×512.29171.4115.13500-7-、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：fwf 160N/mm2设杆B-b的肢背和肢尖焊缝分别是 hf 6mm和hf 5mm，则所需焊缝长度为：2/3182.31036102.4mm，取110mm肢背：lw10.76221601/3182.3103554.3mm，取80mm肢尖：lw20.7522160设杆D-b和肢尖焊缝分别是hf6mm和hf5mm，则所需焊缝长度为2/31391032681mm取100mm肢背：lw10.7616021/31391032551.4mm取80mm肢尖：lw20.751602C-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-8-从而确定节点板尺寸为 315 275 8mm。其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差N Nbc Nab 314.3 139.7 174.6kN。实际节点板长度是 31.5cm，下弦与节点板连接的角焊缝计算长度lw 31.5 2 0.5 30.5cm采用hf 5mm，肢背焊缝应力为：2/3174.6103w160N/mm220.7554.8N/mmff305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 hf 5mm，所需焊缝长度如下：杆D-c内力N86.0kN2/386103肢背：lw10.752559.4mm21601/386103肢尖：lw20.752534.7mm2160杆E-c内力N50kN2/350103肢背：lw10.752539.9mm21601/386103525.0mm肢尖：lw20.7522160杆f-c内力N33.3kN2/333.3103529.9mm肢背：lw10.75221601/386103520.0mm肢尖：lw20.7522160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383.4314.369.1kN下弦与节点板连接的角焊缝计算长度lw 32 2 0.5 31cm采用hf 5mm，所受较大的肢背处焊缝应力为：-9-2/369.110321.3N/mmffw160N/mm220.75310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 hf 5mm，所需焊缝长度如下：杆g-d内力N86.0kN2/3105103572.8mm肢背：lw10.75221601/3105103541.4mm肢尖：lw20.7522160杆H-d内力N50kN2/350103肢背：lw10.752539.9mm21601/386103525.0mm肢尖：lw20.7522160杆G-d内力N28kN2/328103526.8mm肢背：lw10.75221601/328103518.3mm肢尖：lw20.7522160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383.4298.584.9kN下弦与节点板连接的角焊缝计算长度lw 32 2 0.5 31cm采用hf 5mm，所受较大的肢背处焊缝应力为：2/384.9103w220.7526.2N/mmff160N/mm310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hf t hf 5mm），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-10-长度按弦杆内力计算。设焊缝hf6mm，则所需一条焊缝计算长度为:lw298.510340.76111.0mm160拼接角钢的长度取400mm 111.0 2 222.1mm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21.5。作为安装施焊前的定位之用。下弦杆与节点板之间用hf5mm焊缝满焊。竖杆J-e的内力均很小，肢背与肢尖焊缝 hf 5mm，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：R 9F 9 33.336 300.0kN混凝土强度C20，fc 9.6N/mm2，所需底板净面积：3An 300 10 31250mm2锚栓直径取d 25mm，锚栓直径取50mm，则所需底板毛面积：AAnA0312.52453.145372.13cm24按构造要求采用底板面积为a b 28 28 784cm2 372.13cm2，垫板采用–100 100 20，孔径26mm.实际底板净面积为：An=7842453.145724.4cm24底板实际应力：q3001034.14N/mm2724.410222a1141.21.418.9cm2142b113.313.49.43cm18.9-11-b19.43，查表得0.056，则a10.518.9Mqa20.0564.1418928282Nmm所需底板厚度：t 6M/f 6 8282/215 15mm取20mm故底板尺寸为–280 280 20②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：V130075kN，弯矩：M756.65498.8kNcm。4加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即–49514012）。采用hf5mm，验算焊缝应力：对Vf27510312)22.2N/mm20.75(495对Mf26498.810412)218.3N/mm20.75(495f18.32)2222.2226.8N/mm2ffw2(f1.22160N/mmf③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1R130075kN，节点板传1R144300105.7kN22节点板与底板的连接焊缝lw2(28010)540mm，所需焊脚尺寸为hR/21501032.48mm采用hf5mmf0.7lwffw0.7540160每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：lw(1402010)2220mm，所需焊脚尺寸为hR/4751035mm3.04mm取hff0.7lwffw0.7220160④下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆a-b内力N139.7kN，肢背和肢尖焊缝均为hf6mm，则所需焊缝长度为：-12-肢背：2/3139.71032681.6mmlw10.761602肢尖：1/3139.71032646.8mmlw20.761602斜杆B-a内力N251.4kN肢背和肢尖焊缝均为hf6mm，则所需焊缝长度为：肢背：2/3251.410326137.3mmlw10.761602肢尖：1/3251.41032671.7mmlw20.761602竖杆A-a内力N16.67kN，肢背和肢尖焊缝均为hf5mm，则所需焊缝长度为：肢背：2/316.671032520.0mmlw10.751602肢尖：1/316.671032515.0mmlw20.751602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-13-N242.0kN，上弦肢背槽焊缝的hf4mm，节点板的长度为