钢结构课程设计

目录

一、设计资料...................................................

二、荷载与内力计算.............................................

1、荷载计算................................................

2、荷载组合................................................

3、内力计算................................................

三、杆件截面设计...............................................

1、上弦杆...................................................

2、下弦杆...................................................

3、端斜杆aC............................................

4、斜腹杆eE............................................

5、竖腹杆Eb............................................

四、节点设计...................................................

1、下弦节点“b”........................................

（1）腹杆与节点板的连接焊缝...........................

（2）节点详图..........................................

（3）下弦与节点板的连接焊缝..............................

2、上弦节点“E”........................................

（1）腹杆与节点板的焊接缝.............................

（3）节点详图.......................................

（3）上弦节点板的连接焊缝.............................

3.有工地拼接的下弦节点“c"。..............................

（1）拼接角钢的截面和长度.............................

（2）下弦杆与节点板的连接角焊缝........................

（3）“1c”杆与节点板的连接角焊缝........................

（4）“gc”杆与节点板的连接角焊缝........................

（5）节点详图..........................................

4.屋脊节点“I”...............................................................................

（1）拼接角钢的截面和长度..............................

（2）腹杆与节点板的连接焊缝............................

（3）节点详图...........................................

（4）上弦杆与节点板的连接焊缝..........................

5.支座节点“a”...............................................................................

（1）支座底板的尺寸.....................................

（2）节点板的尺寸.......................................

（3）加劲肋的尺寸.......................................

（4）加劲肋与节点板的连接焊缝..........................

（5）加劲肋、节点板与底板的连接焊缝...................

五、填板设计....................................................

六、材料表......................................................

附表.............................................................

一、设计资料

1、屋架较支于钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C25,柱顶截面尺寸为400nlmX400mm。

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，卜.弦平面在柱顶和跨中各设一道纵向系杆。

4、屋面坡度1：10.

5、钢材采用Q235B钢，焊条为E43XX系列，手工焊。

6、屋面荷载标准值见表J.

表1荷载标准值

荷载类型荷载名称核准标准值

预应力钢筋混凝土屋面板（涉及嵌缝）1.4KN/nr

防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/m2

永久荷找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02X20=0.40KN/m2

载保温层（泡沫混凝土）40mm厚0.25KN/m2

钢屋架及支撑重0.12+0.011X24=0.38KN/m2

可变荷载屋面活载0.70KN/m2

雪荷载0.75KN/m2

7、屋架计算跨度：/"=L-2X0.15=24-2X0.15=23.7m,屋架形式和几何尺寸如图I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

根据荷载规范，屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，取两者较大值者（雪荷载

0.75KN/nr＞屋面活荷载0.70KN/nr,取活荷载为0.75KN/m2）计一算。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标准值

永久荷载D总计2.78KN/m2

可变荷载I.雪荷载0.75KN/m2

2、荷载组合

设计屋架时.，应考虑以下三种组合：

（1）组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载。根据荷载规范，具体有以下两种情况

\.2D+\.4L=\.2x2.78+1.4x0.75=4.39KN/m

1.35。+1.4x0.7£=1.35x2.78+1.4x0.7x0.75=4.49KN/m2

所以组合一屋架上弦节点荷载为

P=qA=4.49xl.5x6=40.41KN/m2

（2）组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨永久荷载：

4=1.350=l.35x2.78=3.753KN/in2

片=5A=3.753x1.5x6=33.78KN/m2

半跨可变荷载：

%=1.4L=1.4x0.75=1.05KN/m2

〃=%A=].05x1.5x6=9.45KN/m2

（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：

ty,=1.0x0.38=O.38KN/nr

.=%A=0.38xl,5x6=3.42KN/nr

半跨屋面板重+半跨活荷载：

见=1.2x1.4+1.4x0.75=2.73KN/m2

6=/A=2.73xl.5x6=24.57KN/m2

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），内力计算结果如表3所示

表3屋架杆件内力组合表

内力系数（P=l）组合二组合三

左半右半跨组合一PIX①+P2P1X①+P2P3X①+P4P3X①+P4计算内力

杆件名称全跨①跨②③PX①X②X③X②X③（KN）

AB-0.67-0.670-27.07-28.96-22.63-18.75-2.29-28.96

BC-0.67-0.670-27.07-28.961-22.63-18.75-2.29-28.96

上CD-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17

DE-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17

弦EF-14.06-9.591.17-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17

FG-14.06-9.59-4.47-568.17-565.57-517.189-283.71-157.91-568.17

杆GH-15.19-7.83-7.36-613.83-587.11-582.67-244.33-232.79-613.83

HI-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be15.139.096.04611.10596.99568.17275.09200.15611.40

ad-11.1-7.95-3.15-448.55-450.09-404.73-233.29-115.36-448.55

Ad0.810.81032.7335.0227.3622.672.7735.02

斜dC-10.24-7.09-3.15-413.80-412.91-375.67-209.22-112.41-413.80

Co6.744.222.52272.36267.5625L49126.7484.97272.36

eb6.013.492.52242.86236.00226.83106.3082.47242.86

腹eE0.80.8032.3334.5827.0222.392.7434.58

bf-2.39-0.18-2.21-96.60-82.44-101.62-12.60-62.47-101.62

Ef0.730.73029.5031.5624.6620.432.5031.56

-74.26

杆fG-1.580.62-2.21-63.85-47.51-74.269.83-59.709.83

-44.54

Gg-0.02-1.811.79-0.81-17.7816.24-44.5443.9143.91

-62.73

gc-0.67-2.461.79-27.07-45.88-5.72-62.7341.6941.69

gl0.720.72029.1031.1324.3220.152.4631.13

Aa-1.03-1.030-41.62-44.53-34.79-28.83-3.52-44.53

竖Bd-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23

De-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-13.23

Eb-2-20-80.82-86.46-67.56-55.98-6.84-86.46

I-f-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23

杆Hg-1-10-40.41-43.23-33.78-27.99-3.42-43.23

Ic0.930.460.4637.5835.7635.7614.4914.4937.58

三、杆件截面设计

腹杆最大内力N=-44B.55KN,查附表1,中间节点板厚度选用lOnun,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杆件的最大内力设计，即N=-613.83KNo

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

心=/=1.507”？

在屋架平面外，计算长度系数偏安全地取2.0,计算长度

=21=2x1.507=3.014〃？

根据平面外的计算长度，上弦截面选用2L125X80X10,短肢相并，如图2所示

图2上弦截面

肢背间距a=10nini,所提供的

A=39.424cm2,4=2.26cm,iY=6.11cm,>;,=!.92cm

（1）刚度验算

150.7

=66.68<[A]=150

2.26

满足

301.4

£.=上=49.33<[A]=150

6.11

（2）整体稳定验算

%=X,-0.5/=1.92-0.5x1.0=1.42

/；=<+/；+/J=1.422+2.262+6.I12=44.46

/,==1x2x(12.5+8)xl.0，=13.67

25.7/>25.7x44.46x39.424

尼=--------=----------------------=3309

13.67

5=4；+%=49.332+3369=5729

C=%=49.33?x3369=8.02xlO6

2

F=\-^-=\-1.42

0.955

•244.46

所以绕y轴弯扭屈曲的换算长细比为

A-=-J=(^+V^2-4FC),/2

XV2

=-Lx(5729+V57292-4x0.955x8.02x106=60.05

y/2

九〈人，上弦杆绕x轴弯扭屈曲，按b类截面查得稳定系数°=0.770

2

—=—613.83x1()__=20221N/mm2<「=215N/mm，满足

(pA0.770x39.424xIO2

2、下弦杆

整个下弦杆采用等截面，按be杆件的最大内力设计，即

N=61I.4OKN

下弦杆为受拉构件，可只需计算面内的长细比，计算长度系数为1.0,计算长度

骁=/=6加

选用2L80X10,提供:

2

A=30.25cw»Zv=2.42cm

（1）刚度验算

(“JOO

=247.93<[2]=350

I2.42

（2）强度验算

N611.40x1()3

=202.12KN/mnr<f=215KN/mm2,满足

~A~30.25xlO2

3、端斜杆aC（ad—（1C）

端斜杆在节点d处不断开，由于ad断与支座相连，dC属于再分式的一部分，所以，ad

段面内面外的计算长度系数均为1.0；dC段平面内计算长度系数为1.0,平面外计算长

度系数为2.0.

dC段；

杆件轴力：N=-413.80KN

计算长度：/ov=1.928m〃=2/0,=2X1.928=3.856m

选用2L90X10,如图3所示

图3端斜杆截面

提供

2

A=34.334cm,ix=2.74cm.=4.13cm,y“=2.59cm

（1）刚度验算

/1Q7Q

2==70.36<f/ll=150

xz；7.7411

，满足

£=38^6=9337<［刈=150

•,i,4.13L」

（2）整体稳定验算

=y(,-0.5t=2.59-0.5xl.0=2.09

;；=<+/；+i；=2.092+2.742+4.13?=28.93

I,=1^^3=1x2x(9+9)xl.03=12

25.7/：A25.7x28.93x34.334〜〜

----------=----------------------------=212/

12

B=4+%=93.372+2127=1()845

C=4；♦%=93.372x2127=1.85xI07

e2?()92

F=l-<=l-^-=0.849

C28.93

所以绕y轴弯扭屈曲的换算长细比为

1

+-4FC)'/2

1x(10845+V108452-4x0.849x1.85x1()7=95.49

屋＞4,dC杆绕y釉弯扭屈曲,按b类截面查得稳定系数8=0.596,则

N_413.8x1()3

=202.22N/mnr</=215N/mm2,满足

^4~0.596x34.334xl02

ad段:

当采用2L90X10射，经验算满足规定,

所以端斜杆aC采用2L90X10

4、斜腹杆eE

杆件轴力：N=34.58KN

面内和面外的计算长度系数分别为0.8和1.0,计算长度

7,r=0.8/=0.8x2.086=1.6688/〃

选用2L45X4,提供

A=6.97cm2,4=1.38cm

（1）刚度验算

4=冬=^^=120.93<[/1]=350

41.38

（2）强度验算

3

N34.58xlO2「

——=--------7-=49.61KN/mm<J=215KN/mm

46.97xlO2

5、竖腹杆Eb

杆件轴力：N=-86.46KN

面内和面外的计算长度系数分别为0.8和1.0,计算长度

/“=0.8/=0.8x2.600=2.080〃？

loy=1=2.600m

选用21.50X6,提供

2

A=11.376cm,ix=1.52cm,iy=2.48cm,yo=1.46cm

(1)刚度验算

4=攵==136.84<[刃=150

*ix1.52L」

jOAAA，满足

=&=受竺=10484V囚=150

(2)整体稳定验算

e()=yo-0.5/=1.46-0.5x0.6=1.16

f=e：+i；+[=1.16?+1.52?+2.482=9.81

/,==gx2x(5+5)x0.63=1.44

_25.A_25.7x9.81x11.376

/t—2=------=-----------------=iyii

°I,1.44

8=,+%=104.842+1991=12982

C=^-^=104.842X1991=2.19X107

产=1-§=1-且-=0.863

49.81

所以绕y轴弯扭屈曲的换算长细比为

=-L(B+ylB2-4FC/2

42

二美x(12388+V123882-4X0.868X2.14X107=103.17

乙＜4,Eb杆绕x轴弯曲屈曲，按b类截面查得稔定系数0=0.358,则

—=——86.46x10s_=212.30N/mm2</=215N/mm2,满足

(pA0.358x11.376xlO2

其余各杆件的截面设计如上设计过程，根据各杆伶的内力性质，可得各杆件的截面尺

寸，如表4〜表6

表4拉杆设计表

截面特性杆件特性设计参数验算结果

杆件名称拉力

裁面规格A(cm2)ix(cm)L(m)Mue-xramda-x应力比结论

(kN)

下弦be2L80X1030.252.42611.4061247.930.94满足

Ad2L45X46.971.3835.021.6370.894.900.23满足

Ce2L56X816.731.68272.361.890.556.250.76满足

腹杆eb2L56X816.731.68242.861.890.556.250.68满足

eE2L45X46.971.3834.582.0860.8120.930.23满足

Ef2L45X46.971.3831.561.890.8109.570.21满足

gl2L45X46.971.3831.132.3050.8131.710.27满足

Ic2L45X46.971.3837.583.20.8185.510.25满足

表5压杆设计表

截面特性杆件特性设计参数验算过程

杆件名称压力结论

截面规格A(cm2)ix(cm)iy(cm)L(m)Mue-xMue-yramda-xramda-yramda-yzphi应力比

(kN)

上弦GH、HI2L125X80X10*39.4242.266.11-613.831.5071266.6849.3360.390.7700.94满足

Hg2L45X46.9721.382.24-43.231.60.8192.7571.4377.290.6030.48

Ff2L45X46.9721.382.24-43.231.30.8175.3658.0469.810.7180.40

Eb2L50X611.3761.522.48-86.462.60.81136.84104.84103.170.3580.99

De2L45X46.9721.382.24-43.231.30.8175.3658.0469.810.7180.40

腹杆Bd2L45X46.9721.382.24-43.231.0610.8161.5147.3766.330.7720.37

Aa2L56X36X47.1801.791.69-44.532.01511112.57119.23120.470.4340.66

bf2L63X616.7341.682.75-101.622.08612124.17151.71148.080.3140.90

ad2L90X1034.3342.744.13-448.551.7351163.3242.0152.090.7890.77

dC2L90X1034.3342.744.13-413.801.9281270.3693.3793.790.5960.94

表6,拉压杆设计表

截面特，生杆件特性设计参数验算过程

杆件名称压力拉力结论

截面规格A(cm2)ix(cm)iy(cm)L(m)Mue-xMue-yramda-xramda-yramda-yzphi拉应力比压应力比

(kN)(kN)

fG2L63X614.5760.932.99-63.859.832.08612108.08139.53141.380.3390.030.60满足

满京

腹杆Gg2L63X49.9561.962.95-44.5443.912.08612106.43141.42146.570.3200.210.65

gc2L63X49.9561.962.95-62.7341.692.08612106.43141.42146.570.3200.190.92满足

四、节点设计

各杆件的计算内力，截面规格及形心距X,汇总见表z所示

表7杆件信息汇总表

计算内力计算内力

杆件名称(KN)截面规格yo(nun)杆件名称(KN)截面规格yo(nun)

2L125X80

上弦杆-623.83X10*19.2斜Gg-44.542L63X417.0

下弦杆611.12L80X1023.5腹gc-62.732L63X417.0

Ad35.0221.45X412.6杆gl31.1321.3X112.6

ad-448.552190X1025.9Aa-44.532L56X36X418.2

斜dC-413.82L90X1025.9竖Bd-43.232L45X412.6

Ce272.362L56X816.8De-43.232L45X412.6

腹eb242.862L56X816.8腹Eb-86.462L50X614.6

eE34.582L45X412.6Ff-43.232L45X412.6

杆bf-101.622L63X617.8杆Hg-43.232L45X412.26

Ef31.562L45X412.6Ic37.582L45X412.6

fG-63.8521.63X617.8

注：带*号的截面为短肢相并不等边双角钢裁面，不带*号的为长歧相并不等边双角钢截面或等边双角钢裁面

1、下弦节点“b”

(1)腹杆与节点板的连接焊缝

(a)“eb”杆

杆件轴力N=242.86KN,截面为2L56X8,节点板厚10mm,肢背和肢尖的内力分派系数

分别为2=0.7、0=0.3,角焊缝强度设计值/；'=l60N/mnf。

肢背焊缝焊脚尺寸取

2%min=1.5,1mM=1.5xx/10=4.7mm

%」=6mm<

=1.2r=1.2x8=9.6mm

所需焊缝长度

aN〜0.7x242.86x10',,

..+2hf.=---------------------+2x6=1i3n8omm

'2x0.7力/J；'/J2x0.7x6x160

取/I=140mm<62勺］=62x6=372mm

肢尖焊缝焊脚尺寸取

2为,m,n=15仁=1.5x710=4.7mm

h,,=6mm-

=/-2=8-2=6mm

所需焊缝长度

陇+0.3x242.86x10-+2x6=66mm

2x0.72；2x0.7x6x160

取

-=70mm<6J-2•hf.=62x6=372mm

(b)“bf”杆

杆件轴力N=-IOI.62KN,截面为2L56X8,节点板厚10mm,肢背和肢尖的内力分派

系数分别为。=0.7、£=0.3,角焊缝强度设计值/；=160N/mm2。

肢背焊缝焊脚尺寸取

h

之f.min=1$仁=1.5x>/i0=4.7mm

=6mm-

hJf•'.

K〃八max=L2%n=12x6=7.2mm

所需焊缝长度

aNc,0.7x101.62x10'r,y

+2/*=------------------------+2x6=65mm

2。叫2x0.7x6x160

取4=70mm<62。八］=62x6=372mm

肢尖焊缝焊脚尺寸取

h

之f.mm=15仁=1.5x710=4.7mm

hf2=6mm

=6mm

所需焊缝长度

邸+2"但竺㈣+2x6=35mm

2x0.7%/八2x0.7x6x160

取=60mm>max(10Af,,40+2hf.)=60〃〃〃

(c)“Eb”杆

杆件轴力N=86.46KN,截面为2L50X6,节点板厚10mm,肢背和肢尖的内力

分派系数分别为a=0.7、£=0.3,角焊缝强度设计值=16ON/mm2。

肢背焊缝焊脚尺寸取

,,-1-1-5xx/10-4.7mm

w生m”=12min=L2x6=7.2mm

所需焊缝长度

aN0.7x86.46x10-

+2x6=57mm

'=2x0.7^,,/；,+2k-2x0.7x6x160

取4=60mm>max(l()/?,.1,40+2/%)=60〃"〃

肢尖焊缝焊脚尺寸取

,人hf.^=1=1-5xVlO=4.7mm

hf2=6mm

=，=6mm

所需焊缝长度

flN〜0.3x86.46x1()3

-----------------+2%2=------------+---2--x--6--=31mm

2Ko.7九,夕’422x0.7x6x160

取4=60mm>max(1,40+,)=60〃〃〃

-八/J--

（2）节点详图

根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、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435mmX220mm

(3)卜弦与节点板的连接焊缝

下弦与节点板的连接焊缝长度/=435mm,所受的力为左右两下弦杆的内力差,

AN=611.40-350.35=261.05KN/nun(,下弦杆截面为2L80X10,节点板厚10mm,肢尖与肢

背的焊脚尺寸都取

2%.min=1=1.5xx/10=4.7mm

hf6nun-

«k=10—2=8mm

焊缝计算长度

I=/=/-2//,-=435-2x6=423mm>6()〃,=360mm,5X7,=360mm

受力较大的肢背处的焊缝应力为

aAN0.7x264.05x103.......->一口

---------=---------------=61.1t27V