1、钢结构课程设计任务书1题目：18m 跨厂房普通钢屋架设计2目的通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置、受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行钢屋架的设计计算。3设计资料某厂房跨度为 18m，总长度 90m，柱距 6m；厂房内设有两台 300/50kN 中级工作制桥式吊车，地区计算温度高于-20 0C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为 6度；屋架采用梯形钢屋架，屋架下弦标高为 18m,两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为 400400mm，混凝土强度等级为 C30，屋面坡度i=1/10；采用 1.56.0m 预应力混凝土屋板
2、,屋架采用的钢材为 Q235B,焊条为E43 型；屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0 作用下杆件的内力）如附图所示。荷 载：屋架及支撑自重：按经验公式 gk=0.12+0.011L，L 为屋架跨度，以 m 为单位，g k为屋架及支撑自重，以 kN/m2 为单位；屋面活荷载：屋面活荷载标准值为 0.5kN/m2，雪荷载标准值为 sk=0.35kN/m2，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者的较大值；积灰荷载 0.9kN/m2 根据不同学号按附表取。屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.6KN/m2保温层 0.45KN/m2(按
3、附表取)一毡二油隔气层 0.05KN/m2水泥砂浆找平层 0.3KN/m2预应力混凝土屋面板 1.55KN/m22屋架杆件的内力系数190 1350 290 2590 28902613 2864 31242530 2864 31241507.51507.51507.51507.51507.51507.5150Aa c e gBCD F G Aa+3.4700.00-6.21 -8.93 -9.102-9.102-6.502 -3.382 -0.690 -0.462+4.739 +1.84 -0.462-1.0 -1.0 +0.812-0.5+7.962 +9.279 +9.279c e gB
4、C D E F G0.5 1.01.0 1.01.01.01.0a . 18 米跨屋架几何尺寸 b . 18 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值Aa c e g e c a+2.5370.00-4.371 -5.636 -4.51 -3.357 -1.8500.0-4.754 -1.862 +0.615 +1.170 +1.34 +1.581+3.158 +0.540 -1.632 -1.305 -1.520 -.748-1.0 -1.0 +0.406 0.0 0.0-0.5+5.325 +5.312 +3.967 2.637 0.93B C D E F G F E D C B A0.5
5、 1.01.0 1.01.01.01.0c . 18 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值3屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑（如图 1-1 所示） 。屋面采用 1.56m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm 厚珍珠岩（）的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm 厚水泥砂浆找平3/50mkgr层，屋面雪荷载为 ，钢材采用 3 号钢。2/0.kN2 荷载计算42.1 永久荷载预应力钢筋混凝土大型屋面板： 2/68.142.mkN三毡四油防水层及及找平层（20mm）： 907120mm 厚泡沫混凝土保温层： 2/5屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度 l=18m）2/318.21. mk
6、glPw 2/384.02.1mkN2.2 可变荷载屋面雪荷载： 2/7.5.4k2.3 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： kNF 25.386.17.0)384.50.912.68.( 3 内力计算桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法（图 2-1）求得表 3-1。 表 3-1杆 件 轴线 单位荷载内力 F 荷载内力（kN）B- 1357 0 0C- 1508 -6.223 -238.030D- 1507 -6.223 -238.030E- 1508 -8.996 -344.097F- 1507 -8.996 -344.097上弦杆G- 1508 -9.105 -
7、348.266-O 2850 +3.479 +133.072-O 3000 +7.961 +304.508下弦杆 -O 3000 +9.270 +354.578- 2530 -6.502 -248.702- 2613 +4.586 +175.415- 2864 +3.381 -129.323- 3124 +1.884 +72.063- 3124 -0.690 -26.393斜杆- 3124 -0.463 -17.710A- 1990 -0.500 -19.1255- 2290 -1.000 -38.250- 2590 -1.000 -38.250竖杆 - 2890 +0.812 +31.059
8、4 截面选择4.1 上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面，以最大轴力 G-杆来选择： kNN26.348max在屋架平面内的计算长度 ，屋架平面外的计算长度 。clox8.150 cmloy5.01选用两个不等肢角钢 ，长肢水平。62L截面几何特性（长肢水平双角钢组成 T 形截面，节点板根据腹杆最大内力选用板厚 8mm）：274.1cmAcmiciyx61.4,0.586.5xoil 792.0x10410yoil 8.y截面验算： 22min /15/4.1.278.36mNfNAN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。4.2 下弦杆截面选择
9、下弦杆也采用相同截面，以最大轴力-O 杆来选择： kNN578.34max在屋架平面内的计算长度： ，屋架平面外的计算长度：cmlox30。cmloy30所需截面面积为： 24.1692578fNAn选择两个不等肢角钢 ，长肢水平。90截面几何特点： 22.14.7cmc6cmix58.1ciy42. 3509.185.30x 3509.6742.y另两个节点的下弦杆内力较小，但 ，故须验算其屋架平面外的长细cmloy6比： 3507.142.60y4.3 支座竖杆截面选择杆轴力： kN15.9计算长度： ，采用两个等肢角钢 ，组成 T 型截面cmloyx5632截面几何特性： 286.Aci
10、x94.1cmiy89.， ，150294.x.x10.y78.y截面验算： 22min /5/70.286.4. NfNAN4.4 支座斜杆截面选择杆轴力： 计算长度：k702.48 cmloyx253采用两个不等肢角钢 ，长肢相拼。7631截面几何特性： 2.cmAcix0.iy8.50.792.3x9x1509.y67.y截面验算： 2min /4.172.67.48mNAN4.5 斜杆截面选择杆轴力： 计算长度：k415.7 cmllox 2093.618.0cmloy3.261所需截面: 28.215cmfNAn选用两个等肢角钢 ，组成 T 形截面0截面特性： 227.6.9ccnc
11、ix53.1cmiy8.273506.15.209x 3508.19.26y4.6 竖杆截面选择杆轴力： kN.8计算长度： cmllox 2.1839.0. cloy9采用两个等肢角钢 ，组成 T 形截面。52截面几何特性： 26.cAix.iy8.107.953.18x438.x150296.cy8.y截面验算： 2min /1.06.9.25mNAN4.7 斜杆截面选择杆轴力： k32.19计算长度： cmllox 1.294.860cloy4.286采用两个等肢角钢 ，组成 T 形型截面57截面几何特性： 2239cAix53.miy38.103.8.29x6x102.6.y652.y
12、截面验算： 22min /1.54.825. NfmNN4.8 斜杆截面选择杆轴力： k063.72计算长度： cmllox 1.294.8.cloy4.286所需截面： 51fNAn采用两个等肢角钢 ，组成 T 形型截面02截面几何特性： 223.6.9cccix53.1cmiy38.2357145.29x 08.46y4.9 竖杆截面选择杆轴力： kN20.88计算长度： cmllox 2.07598.0cloy59采用两个等肢角钢 ，组成 T 形截面2截面几何特性： 223.6.cAix3.1cmiy38.2150435.127x4x508.y1截面验算： 22min /1/.10968
13、2NfmNAN4.10 斜杆截面选择杆轴力： k39.26计算长度： cmllox 9.24.18.0cloy4.312采用两个等肢角钢 ，组成 T 形截面5截面几何特性： 26.cAix.iy89.108.294.1x39.x150.2y4.y截面验算： 2min /7.546.28. mNfNAN4.11 斜杆截面选择杆轴力： k710.计算长度： cmllox 9.24.38.cloy4.312采用两个等肢角钢 ，组成 T 形截面562截面几何特性： 2.1cAix.1iy89.08.94.12x39.x150.2y4.y截面验算： 2min /76.128.7mNfNN4.12 竖杆截
14、面选择杆轴力： k059.3计算长度： cmllox 2.318.cloy89采用两个等肢角钢 ，组成 T 形截面62截面几何特性： 2.1Aix4.miy.293502.194.3x 350189.2y截面验算： 2/6.8mNfNAN各杆件截面选择结果列表如下表 4-1杆件名称编号计算内力（kN）截面规格截面面积（ ）2cm计算长度（cm） 迴转半径（cm） 长细比 容许长细比稳定系数应力N/mm25 节点设计各节点的节点板厚一律取 8mm，各杆内力如图 5-1 所示。5.1 下弦节点 i 设计（如图 6-2 所示）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
15、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： 2/160mNfw设杆的肢背和肢尖焊缝分别是 和 ，则所需焊缝长度为：mhf6hf5肢背： 取 110mmheflw4.9107.25.0/ 肢尖： 取 80mmmfNl .6/ 设杆的肢背和肢尖焊缝分别是 和 ，则所需焊缝长度为hfhf510肢背： 取 100mmmhefNlw4.67107.293.0/ 肢尖： 取 80mmfl .5/设杆的肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为hf肢背： 取 165mmmhefNlw9.2316057.28.0/ 肢尖： 取 165mmfl ./ 根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留
16、有间隙，按比例绘出节点大祥图5-1，从而确定节点板尺寸为 。m82753下弦与节点板连接的焊缝长度为 385mm， ，焊缝所受的力为左右两下hf弦杆内力差 所受较大的肢背处焊缝应力为：kNN436.10.58.4 22/160/7.5)3(7.02675.0 mfhel wwf 5.2 下弦节点 j 的设计（图 5-2）设节点所有焊缝为 ，所需焊缝长度如下：mf5杆- kN063.72肢背： mheflw0.4516.723/ 肢尖： fl .9.023./杆- kN5.8肢背： mheflw.23167.85/ 肢尖： fl .0.023./杆- kN9.6肢背： mheflw5.167.9
17、/ 11肢尖： mhefNlw1.7605.2393.0/ 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 320mm， ，焊缝所受的力为左右两下hf5弦 杆内力差 所受较大的肢背处焊缝应力为：kNN07.58.347.5 22/160/31)2(.027.0 mNfmhel wwf 焊缝强度满足要求。5.3 下弦节点 k 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） ，拼接角钢这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的mhtff5焊缝长度按弦杆内力计算
18、（如图 5-3）设焊缝 ，则所需一条焊缝计算长度为:f6lw9.1307.4358拼接角钢的长度取 400mm131.92=263.8mm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 。作为安装施焊前的定位之用。下弦杆与节点板之间用5.21焊缝满焊。mhf5斜杆-和竖杆-的内力均很小，肢背与肢尖焊缝 ，施焊长度均mhf5可按构造采用，至少 60mm，采用 3902908mm，所有焊缝均满焊，焊缝长度均大于所需长度。5.4
19、支座节点 h 设计为了便于施焊，下弦焊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。5.4.1 支座底板计算支座反力： kNFR5.29.386支座底板的平面尺寸取 ，如仅考虑有加劲肋部分的底板218040m承受支座反力，则实承面积为： 23验算柱顶混凝土的抗压强度： 2/10/45.70829mNfNARcn 12式中 钢筋混凝土轴心抗压强度的设计值。cf底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成 4 块。每块板是两相邻为固定支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为： 21qaM式中 q底板所受的均布反力， 2/45.730
20、829mNARqn两支承之间的对角线长度，1 16)16(2系数，由 查课本表 5-6 确定， 为两支承边的相交点到对角线 的1/abb1垂线距离，由相似三角形的关系得： m.91624801查表 5-5 得43.062/.9/1ab 7.NqM/91572底板厚度： 取 20mmmft 16586/5.4.2 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： kN37.0.294焊缝受剪力 ，弯矩： ，设焊缝kNV375.M29545，焊缝计算长度mhf5 mlw81焊缝应力为： Nhel2helM26.f5.1387
21、.025N 6.13857.0922222 /160/.4.34.).6()( mNfmNwNfM 5.4.3 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=229.5kN，其中每块加劲肋各传 ，节点板传kNR3752941 kR75.14.291节点板与底板的连接焊缝 ，所需焊脚尺寸为mlw540)28(采用flhwf 9.160547.1.0/ hf13每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为： ，所需焊mlw102)08(脚尺寸为 取mflRhwf 12.56017.3.04/hf65.4.4 下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算下弦杆 肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为：kN2.
22、13f肢背： mheflw3.741605.275.0/ 肢尖： fNl 82./支座斜杆 肢背焊缝长度为 ，肢尖焊缝长度为k702.48mhf6，则所需焊缝长度为：mhf5肢背： mhefNlw3.74160.25.0/ 肢尖： fl 8.2/支座竖杆 肢背和肢尖焊缝均为 ，则所需焊缝长度为：kN125.9hf5肢背： mheflw9.16070/ 肢尖： fNl 2.5.23./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。5.4.5 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
23、，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）上弦肢背槽钢焊缝的 ，节点板的长度为 435mm，其应力为：mhf414/221)5.0()(whelFNk mNfw/128.04.75)10435(7.028.865. 22 上弦肢间角焊缝的应力为： /2212).()(whelFNk mN/1602.)10435(7.08.865.2 腹杆与节点板连接焊缝已在下弦节点中计算，可不必再计算，节点板尺寸就是根据腹杆焊缝长度按比例绘制确定。上弦为了便于搁置屋面板，在角钢再肢间设置肋板。5.4.6 上弦节点 d、f 的设计两个节点的弦
24、杆内力差值较小，腹杆与节点板的焊缝连接已在下弦节点计算中解决，根据腹杆焊缝长度决定节点板尺寸（图） ，假定节点荷载由槽钢焊缝承受，可不必计算，仅验算肢尖焊缝。d 节点： kNN067.13.28097.3421 21 /1.48)5( mlhwff 2221 /97.)03(7.0617.0)(6lefMf 222 /1/49548)( NfNwNff f 节点： k1636.21 2/34.)025(7.07.0 mlhwfNf 2221 /.)16(.4.)(6 NlefMf 222 /160/05.30)( fwNff 5.4.7 上弦节点 a、c、e 设计这三个节点的弦杆内力或弦杆两内
25、力差值均等于零，仅承受节点荷载，故均可采用构造焊缝而不必计算。腹杆焊缝已在下弦节点中计算过，节点构造如图所示155.4.8 上弦节点 g 设计屋脊节点构造与下弦跨中节点相似，用同号角钢进行拼接，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算，采用 mhf6fhNlww 5.12907.4387.04拼接角钢的长度取 400mm2129.56=259.12mm上弦与节点板之间的塞焊，假定承受节点荷载，可不验算。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15%计算，设肢尖焊缝 ，节点板长度为mhf6300mm，则节点一侧角焊缝的计算长度为 ，焊缝应力lw120150为： 2/83.512067.34150mNNf 22/160/4. mNfwMf 6 热板计算屋架各杆件的垫板间距，在受压杆件中不大于 40i，在受拉杆件中不大于80i，T 形截面中的 i 为一个角钢对平行于垫板自身重心轴的回转半径，在十字形截面中味一个角钢的最小回转半径。计算结果如下表所有垫板焊缝为 ，满焊。mhf57 施工图如图纸上所示杆 件编号轴线长度（mm）迴转半径（cm）垫板数量 垫板规格（mm）B C D E F 上弦杆G O下弦 O16杆 O 斜杆 A 竖杆
