[学士]钢结构屋架课程设计计算书

1、 目 录第一章 设计任务11.1设计目的11.2设计资料1第二章 荷载汇集及组合22.1 屋架形势、尺寸、材料选择及支撑布置22.2荷载和内力计算3第三章 内力计算及杆件设计43.1内力计算43.2杆件设计4第四章 节点设计及支座设计84.1节点设计84.2支座设计11参考书目13钢结构课程设计任务书1.设计目的为了使学生更好地掌握钢结构的基本理论与设计方法，同时更好地锻炼学生综合运用已经学过的专业基础知识解决工程实际问题的能力。2.设计资料1）该车间无悬挂式起重机、无天窗、无振动。2）钢屋架支承在钢筋混凝土柱顶，钢材采用Q345，混凝土等级为C30。3）屋面采用1.5m6.0m的预应力钢筋混

2、凝土大型屋面板（屋面不作支撑用）。4）车间长度为78m，柱距为6m，屋架的排水坡度为5%。杆件的尺寸由图中量出。有12种屋架形式，跨度为18m（端距1.5m和1.6m），20m（端距1.6m和1.7m），22m（端距1.7m和1.8m），24m（端距1.8m和1.9m），26m（端距1.9m和2.0m），28m（端距2.0m和2.1m）。3.荷载类型见表14永久荷载分类情况见表2。5.可变荷载分类情况见表3。6.分组情况见表4。7.各跨度的内力系数表见后面附表.表1 荷载类型荷载类型序号荷载名称重力（标准值）/（N/m2）永久荷载A1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）15002SBS改性沥青防

3、水卷材4003找平层（2cm厚）4004保温层（1）10005保温层（2）12006保温层（3）1400可变荷载Ba活载（雪荷载）600b作用在屋架下弦节点上的设备110002800c活载加积灰荷载1500 表2永久荷载分类情况类型考虑荷载甲A-1 A-2 A-3 A-4乙A-1 A-2 A-3 A-5丙A-1 A-2 A-3 A-6表3 可变荷载分类情况类型考虑荷载AB-a B-b1BB-a B-b2CB-c B-b1D B-c B-b2 8.设计时间安排和成果时间：5天 成果：计算书一份（计算机打印A4纸），施工图1张（计算机出图，1号图）。9.参考书目：钢结构戴国欣主编 武汉理工大学出版

4、社钢结构设计规范（GB50017-2003）建筑结构荷载设计规范表4 设计分组情况荷载屋架跨度20m屋架跨度24m屋架跨度28m永久荷载可变荷载端部为1.6m端部为1.7m端部为1.8m端部为1.9m端部为2.0m端部为2.1m甲A123456B789101112C131415161718D192021222324乙A252627282930B3132333435366C373839404142D434445464748丙A495051525354B555657585960C616263646566D676869707172第二章 荷载汇集及组合2.1 屋架形势、尺寸、材料选择及支撑布置本设计

5、为无檩屋盖方案，i=5%，采用平坡梯形屋架，屋架计算跨度L0=L=20000mm，端部高度取H0=17000mm，中部高度H=1700+5%*20000=2200,钢材采用Q345焊条采用E530手工焊。屋架杆件几何长度见图图2.1 桁架形式及几何尺寸2.2荷载和内力计算（1）荷载计算永久荷载：预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝） 1.50 KN/m2SBS改性沥青防水卷材 0.40 KN/m2找平层（2cn厚） 0.40KN/m2保温层 1.20 KN/m2屋架和支撑自重 0.12+0.011L=0.12+0.01120=0.34 KN/m2恒荷载总合 3.84 KN/m2可变荷载：活载（雪荷

6、载） 0.6 KN/m2作用在屋架下弦节点上的设备 1.0 KN/m2活荷载总合 1.6 KN/m2屋面坡度不大，对荷载影响小，不予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑（2）荷载组合一般考虑全垮荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载。本设计在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全垮满载时杆件内力。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合Fd=（1.23.84+1.40.6+1.40.91）1.56=60.37KN其中，永久荷载的荷载分项系数为1.2； 屋面活荷载的荷载分项系数为1.4； 屋架设备组合系数为0.9；按永久荷载效应控制的

7、组合Fd=（1.353.5+1.40.60.7+1.40.91）1.56=59.16KN其中，永久荷载的荷载分项系数为1.35屋面活荷载的荷载分项系数为1.4；故节点荷载取为60.37KN。支座反力为Rd=7Fd=414.12KN第三章 内力计算及杆件设计3.1内力计算用图解法或数解法皆可解出全垮荷载作用下屋架杆件的内力。见图屋架几何尺寸及内力图3.1桁架支撑布置图3.2杆件设计（1）、上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算：N=-931.57KN lox=150.2cm loy=300cm选用214012 A=65.0 ix=4.31cm iy=6.23cm角钢示意图（3.2）x=34.8

8、5 y=双角钢T型截面绕对称轴（Y）轴应按弯扭曲计算长细比yz=10y故由=x=55按b类查附表4.2得=0.8433填板每个节间放一块la=75.1cm40i=40x4.31=172.4cm（2）、下弦杆下弦也不改变截面，按最大内力计算。N=919.25KN lox=300cm loy=1000cm选用218011010 A=56.8 ix=3.13cm iy=8.71cm 填板每个节间放一块 la=150cm80i=464 cm（3）、斜腹杆杆件B-a：N=-451.93KN lox= loy=201.6 cm选用21409010（长肢相连）A=44.6 cm2 ix=4.47cm iy=

9、3.73cm =9/1.0=9 loy=故yz=y（1+1.09b4/ loy2t2）=54.05（1+由于yzy故由yz按b类查附表4.2得=0.789=填板放两块，la=67.2cm40i=103.6 cm杆件A-a：N=-30.19KN lox=170 cm loy=170 cm选用2636 A=14.58cm2 ix=1.93cm iy=2.98cm杆A-a截面图（3.3） 按yz=x查附表4.2得=0.562竖杆C-b：N=-60.37KN lox=146 cm loy=182.5 cm内力较小可按选择截面ix= lox /=146/150=1.013cm iy= loy/=182.

10、5/150=1.267cm选用2505 A=9.6cm2 ix=1.53 cm iy=2.53 cm竖杆截面图（3.4） 按yz=x查附表4.2得=0.585填板三块la=182.5/4=45 cm40i=61.2 cm其余杆件截面选择见表(3)需要注意的是连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，腹杆除A-a，B-a外lox=0.8L.表(3)屋架杆件截面选用表杆件名称杆件号内力设计值（KN）计算长度(M)所选截面截面积计算应力杆件端部角钢焊缝(mm)填板数lox=0.8 loyloy上弦杆F-G-931.571.53.021401265.0172.051下弦杆c-d919.253.010.02

11、1801101056.8161.841腹杆A-a-30.191.71.7263614.5836.842B-a-451.932.0162.0162140901044.60129.068-170 6-1202B-b405.201.8442.3052140901044.60113.428-140 6-902C-b-60.371.4601.82525059.60107.503D-b-315.011.9372.421290621.28196.348-140 6-902D-c217.091.9372.421270513.71252.948-100 6-702E-c-60.371.5801.97525059

12、.6062.893F-c-136.382.0322.540270513.71168.036-15 6-202F-d54.572.0322.54025059.60150.786-20 5-402G-d-60.371.7002.12525059.60130.473H-d19.742.1302.663270513.7125.486-50 6-302H-e0.001.9801.980263614.580.005第四章 节点设计及支座设计4.1节点设计（1）下弦节点b先算腹杆与节点的连接焊缝；B-b杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf1=8mm,hf2=6mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）；肢背： 用1

13、70 mm肢尖： 用90 mmD-b杆：肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf1=8mm,hf2=6mm肢背： 用140 mm肢尖： 用90 mm其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸。量得实际节点板长度是40.5cm，角焊缝计算长度=420.5-1.0=39.5 cm采用hf=6mm肢背焊缝应力为：（2）下弦节点C先算腹杆与节点的连接焊缝；D-c杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf1=8mm,hf2=6mm,则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）；肢背： 用100mm肢尖： 用70mm其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸。量得实际节点板长度是36.5c

14、m角焊缝计算长度=36.5.5-1.0=35.5 cm采用hf=6mm肢背焊缝应力为： （3）上弦节点B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算承受节点荷载Q=60.37KN，=t/2=6mm =70-1.0=69cmN/mm21.22200=244 N/mm2肢尖焊缝承受弦杆内力差=488.51-0=488.51KN偏心距e=14-2.5=11.5cm偏心力矩M=e=479.2211.5=55.11KNm采用=10mm对： N/mm2对M由式：=656170000/（20.7864902）=62.01 N/mm2（4）上弦节点F“cF”杆和

15、“d-F”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算肢尖焊缝承受弦杆内力差=931.57-818.68=112.82KN偏心距e=14-2.5=11.5cm偏心力矩M=e=112.8211.5=12.97KNm采用=6mm对： N/mm2对M由式：=6112820/（20.764902）=0.34 N/mm2由于与的值都较小所以一定满足焊缝强度条件。(5)屋脊节点H进行拼接计算,拼接角钢采用与上弦杆相同截面214012除倒棱外竖肢=t+h+5mm=12+10+5=27 取30。=；L=2+20=476mm取拼接角钢长500mm4.2支座设计（1）支座节点a 支座节点图4.1底板计算支反力=414.12KN，混凝土强度C30，=14.3 N/mm2所需底板毛面积=锚拴直径取d=25mm锚拴孔直径为50mm，则所需底板毛面积：A=+=289.59+245+3.1452/4=349.22按构造要求采用底版面积为AB=2828=784垫板采用=10010020孔径26mm实际净面积An=784-245+3.1452/4=724.4底板实际应力： N/mm2 = =13.3cm 查表4.8得则：=0.565.721892=11442N/mm所需底板厚度：用t=2