1、1参考实例：钢结构课程设计例题、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为 120m，柱距 6m，跨度为 27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为20。屋面采用 1.5m6.0m 预应力大型屋面板，屋面坡度为 i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/，雪荷载标准值为 0.75kN/，积灰荷载标准值为 0.5kN/。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm400mm，所用混凝土强度等级为 C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用 Q235 AF，其设计强度f=215kN/,焊条采用 E
2、43 型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用 M20 普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000 2150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处） ，h=2015mm （计算跨度处） 。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图 1 所示。图 1 屋架形式及几何尺寸2屋架支撑布置见图 2 所示。符号说明：GWJ-（钢屋架） ；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑） ；CC-（垂直支撑） ；GG-（刚性系杆） ；LG-（柔性系杆）3图 2 屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值放水层（三毡四油上
3、铺小石子） 0.35kN/找平层（20mm 厚水泥砂浆） 0.0220=0.40kN/保温层（120mm 厚泡沫混凝土） 0.12*6=0.70kN/预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/钢屋架和支撑自重 0.12+0.01127=0.417kN/管道设备自重 0.10 kN/总计 3.387kN/可变荷载标准值雪荷载 0.75kN/积灰荷载 0.50kN/总计 1.25kN/永久荷载设计值 1.23.387=4.0644 kN/（由可变荷载控制）可变荷载设计值 1.41.25=1.75kN/2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一 全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=
4、(4.0644+1.75) 1.56=52.3296 kN组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载 =4.06441.56=36.59 kN1P=1.751.56=15.75 kN2组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载 =0.4171.21.56=4.5 kN3=(1.41.2+0.751.4) 1.56=24.57 kN4P3.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则
5、可避免内力变号而不用组合三。4注：表内负责表示压力；正值表示拉力图 3 屋架接点图杆 件 名 称 全 跨 左 半 跨 右 半 跨 P P1 P2 P1 P2 P3 P4 P3 P4 计 算 内 力 (KN)AB 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00BCD -11.11 -8.01 -3.74 -616.38 -557.79 -477.09 -246.80 -141.89 -616.38DE -17.89 -12.26 -6.79 -992.54 -886.13 -782.75 -381.73 -247.34 -992.54EFG -18.47
6、 -12.84 -6.79 -1024.72 -918.31 -803.96 -398.59 -249.95 -1024.72GHIJ -20.14 -12.19 -9.44 -1117.37 -967.11 -915.14 -390.14 -322.57 -1117.37a-b 5.93 4.37 1.89 329.00 299.51 252.64 134.06 73.12 329.00b-c 14.94 10.52 5.33 828.87 745.33 647.24 325.71 198.19 828.87c-d 21.08 13.48 9.16 1169.52 1025.88 944.2
7、3 426.06 319.92 1169.52d-e 18.25 9.80 9.80 1012.51 852.81 852.81 322.91 322.91 1012.51Aa -0.50 -0.50 0.00 -27.74 -27.74 -18.29 -14.54 -2.25 -27.74Ba -11.16 -8.22 -3.54 -619.16 -563.59 -475.14 -252.19 -137.20 -619.16Bb 8.96 6.29 3.21 497.10 446.64 388.43 194.87 119.19 497.10Cb -1.00 -1.00 0.00 -55.48
8、 -55.48 -36.58 -29.07 -4.50 -55.48Db -7.44 -4.88 -3.08 -412.77 -364.39 -330.37 -153.38 -109.16 -412.77Dc 5.48 3.21 2.73 304.03 261.13 252.06 103.53 91.74 304.03Ec -1.50 -1.50 0.00 -83.22 -83.22 -54.87 -43.61 -6.75 -83.22E1 0.73 0.73 0.00 40.50 40.50 26.70 21.22 3.29 40.50c1 -4.56 -1.78 -3.35 -252.99
9、 -200.45 -230.12 -64.25 -102.83 -252.99F1 -1.00 -1.00 0.00 -55.48 -55.48 -36.58 -29.07 -4.50 -55.48G1 -3.76 -0.98 -3.35 -208.60 -156.06 -200.86 -41.00 -99.23 -208.60Gd -2.26 -2.93 0.51 -125.38 -138.05 -73.03 -82.16 2.36 2.36 -138.05Hd 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2 0.00 0.00 0.00 0.0
10、0 0.00 0.00 0.00 0.00 -156.06I2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00J2d 2.69 3.50 -0.61 149.24 164.55 86.87 98.10 -2.88 164.55 -2.88Je 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00屋 架 杆 件 内 力 组 合 表 表 15四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-619.16KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取 12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最
11、大内力计算，N=-1117.37KN计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 Oxl=150.8cm屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度： yl=3000cm因为 2 Oxl y，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 4图 4 上弦截面设 =60，查轴心受力稳定系数表， =0.807需要截面积 *A = = =6440 2mfN.2158073.需要回转半径 *xi= =2.51 cm6ol*yi= =5.00 cm603oxl根据需要的 *A、 xi、*y查角钢型钢表，初选 2 L 160100 14，A=69402m， =2.80cm ，
12、 =7.86m。xii按所选角钢进行验算 x= = =52.9=150oil82150.y= = =38=150oil673.6由于 51063506416011 ./.b/l./t/boy则： =150472735273 .).(.).tl(t.oyyz 由于 ，只需求出 ，查轴心受力稳定系数表， 0.8384yzxxminx=192N/ 2215 N/ 2 所选截面合适。694083173.ANx2 .下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Oxl=4500mm屋架平面外根据支撑布置取 Oyl=13350mm计算需要净截面面
13、积 *A= =5439.6 2m2150693.fN选用 2 L14090 14（短肢相并） ，见图 5。图 5 下弦截面A=6940 2m， =2.51cm， =6.93cm。xiyi按所选角钢进行截面验算，取 An（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于 100mm，则可不计截面削弱影响）=191.7 N/ 2m215 N/ 26105293.ANnx= =179.3 =250oil524.y= 192.6 =350 所选截面满足要求。936.ilo73. 端斜杆 Ba已知 N-619.16kN， Oxl y253.9cm因为 Oxl y，故采用等肢角钢，使 xi y选用角钢 2 L 10012
14、,见图 6图 6 端斜杆 BaA4560 2m， xi3.03cm， yi4.64cm截面刚度和稳定验算 x= =83.8 =1500395.iloy= =54.7 =150642.ilo由于 =14.731092538053810/b/l/tboy74714722 .)(.)tlb.(oyyz 0.6624xmin205N/ 2m215 N/ 2 所选截面满足要求。45602193.ANx填板放两块， =84.6 cm40 xi=403.03=121.2 cma4. 斜杆 Bb已知 N=497.1kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Oxl=0.8l=0.82622=2097.6mm屋架
15、平面外根据支撑布置取 y=2622mm8选用 2 L1006，见图 7。图 7 斜杆 BbA=2386 2m， =3.10cm， =4.44cm。xiyi=208.34 N/ 2m215 N/ 236810497.ANx= =67.7 =350oil102.y= 59.1 =350 所选截面满足要求。46.ilo填板放两块， =87.4cm80 xi=803.10=248cma5.再分腹杆 c1G=-252.991kN， =-208.6kN， =4174 mm1Nc 2N1G1计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Oxl=0.8l=0.82087=1669.6mm屋架平面外根据支撑布置取Oyl
16、= （0.75+0.25 ）=4174 （0.75+0.25 ）=4396mm121N620895.选用 2 L1006，见图 8。9图 8 再分腹杆 c1G 图 9 中竖杆 JeA=2386 2m， =3.10cm， =4.44cm。xiyi= =53.9 =350xoil10396.y= 99 =350 4.ilo由于 =25.51064395807160/b/l/tboy64394522 .)()tlb.(oyyz 0.5182yzmin204.6N/ 2m215 N/ 2所选截面满足要求23865109.ANyz填板放两块， =109.9cm40 xi=403.10=124cma6.中
17、竖杆 Je已知 N0， 0.9 335301.5cmll9.中间竖杆选用 2 L75 6 的角钢，并采用十字形截面，见图 9A=17.6 , cm,cm450.ix=103.6 =150 所选截面满足要求91230.ilxo填板放五块， =60.3cm40 =402.45=98cma0xi其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 210计算长度（cm） 回转半径（cm）杆件名称内力设计值 N（ KN） xl0yl0选用截面截面积A（ 2cm）xiyimax min计算应力（N/ ）2填板 (块)上弦杆 -1117.37 150.8 300 短肢相并 2L160*100*14 69.4 2
18、.80 7.86 53.9 150 0.8384 -192 2（3）下弦杆 1169.5 450 1335 短肢相并 2L140*90*14 61 2.51 6.93 179.3 350 / 191.7 1（2）Aa -27.74 201.5 201.5 T 型截面 2L50*5 17.6 1.53 2.53 131.7 150 0.3795 -41.5 2Ba -619.16 253.9 253.9 T 型截面 2L100*12 45.6 3.03 4.64 83.8 150 0.6624 -205 2Bb 497.1 209.76 262.2 T 型截面 2L100*6 23.86 3.1
19、0 4.44 67.7 350 / 208.3 2Cb -55.48 184 230 T 型截面 2L50*5 9.6 1.53 2.53 120.3 150 0.6624 -136.1 2Db -412.77 229.84 287.3 T 型截面 2L100*12 45.6 3.03 4.46 75.9 150 0.7146 -125.7 2Dc 304.03 229.84 287.3 T 型截面 2L75*6 17.6 2.31 3.53 99.5 350 / 172.7 2Ec -83.22 208 260 T 型截面 2L75*6 17.6 2.31 3.53 97.7 150 0.5
20、701 -82.9 2E1 40.50 151.2 189 T 型截面 2L50*5 9.6 1.53 2.53 98.8 350 / 42.21 1F1 -55.48 104 130 T 型截面 2L50*5 9.6 1.53 2.53 68 150 0.763 -75.7 1c1 -252.99G1 -208.6 166.96 439.6 T 型截面 2L100*6 23.86 3.10 4.44 105.8 150 0.5182 -204.6 22.36 150 / 1.34 2Gd-138.05 261.2 326.5 T 型截面 2L75*6 17.6 2.31 3.53 113 2
21、50 0.475 -165.7 2Hd 0.00 244 305 T 型截面 2L75*6 17.6 2.31 3.53 105 150 0.523 0.00 2H2 0.00 162.8 203.5 T 型截面 2L50*5 9.6 1.53 2.53 106.4 150 0.514 0.00 2I2 0.00 137.25 152.5 T 型截面 2L50*5 9.6 1.53 2.53 79.7 150 0.688 0.00 1J2-d2 164.55 179.92 449.8 T 型截面 2L75*6 17.6 2.31 3.53 129.6 350 / 93.5 211-2.88 1
22、50 0.688 -4.2 2Je 0.00 301.5 301.5 十字型截面 2L75*6 17.6 min=2.91 in=2.91 103.6 150 / 0.00 212五、节点设计用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 2/160mNfw各杆件内力由表 2 查得，最小焊缝长度不应小于 fh81. 下弦节点 b 见图 10图 10 下弦节点 b（1） 斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算：N=497.1kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为：肢背： +12=285.6mm，取 270mm160724933.lw wl肢尖： +10=158mm
23、，取 170mm53.l l（2） 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算：N=412.77kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为肢背： +12=216.7，取 250mm16072433.lw wl肢尖： +10=132.8，取 150mm53.l l（3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：N = 55.48kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =5mmfh焊缝长度 40mm，取 =60mmwlwl13（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 N=1828.87-329499.87KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm，所需焊缝长度
24、为：肢背： +12=260，取 300mm1607284933.lw wl肢尖： +12=136，取 150mm3.l l（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图 11 所示图 11 节点板 b 尺寸2 .上弦节点 B图 12 上弦节点 B（1）斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同。（2）斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，N=619.16kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为14肢背： +20=184.27，取 200mm16072933.
25、lw wl肢尖： +12=165.6，取 180mm13.l l（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。假定集中荷载 P 由槽焊缝承受， P=55.3296kN，焊脚尺寸为 5mm所需槽焊缝长度为:+10= +10=59.51mm ,取 =65mmwffwhl7.0216057239. wl上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=619.38-0.0619.38kN偏心距 e =100-24.375.7
26、mm设肢尖焊脚尺寸 8mm，设需焊缝长度为 480mm，则236184087261m/N.)(.lhNwef 2231609/.)(WMFf222 16015081 m/N/.)(.(ff （4）节点板尺寸：方法同前，如图 13 所示图 13 节点板 B 尺寸153 .屋脊节点 J 见图 14图 14 屋脊节点 J（1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=1117.37KN，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝
27、长度为，取 =375mm167.04wffwhNl m 83271608723wl拼接角钢长度取 2 375+50800mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算。N=1117.3715%1167.6kN ，设焊脚尺寸为 8mm，弦杆一侧焊缝长度为 250 mm，236412508762 m/N)(.lhNwef 2236016/.)(WMFf 222 16010411 m/N/)(.(ff （3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=0kN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =5mmfh焊缝长度
28、 40mm，取 =60mmwlwl16（4）斜杆 J2 与节点板连接焊缝的计算N=164.55KN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm，所需焊缝长度为：肢背： ，取 =100 mmmlw6812067251433wl肢尖： ，取焊缝长度 =60mm.l 5153 l（4）节点板尺寸：方法同前，如图 15 所示图 15 节点板 J 尺寸4 .下弦跨中节点 e 见图 16图 16 下弦跨中节点 e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=1012.51kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为，取 =300mm167.04wffwhNl m 52
29、9816087253wl17拼接角钢长度不小于 2300+12=612mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。kN.%.N91510设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背： ，取 =90mmmlw48721607233wl肢尖 ：，按构造要求，取焊缝长度 48mm，l 909513 wl取 =60mmwl（4）节点板尺寸：方法同前，如图 17 所示图 17 节点板 e 尺寸5 .端部支座节点 a图 18 支座节点 a18（1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为 160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲
30、肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为 14mm。支座底板计算：支座反力 kN./.R01523965209183265取加劲肋的宽度为 80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为 280mm 400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为 259012802m)(Ac验算柱顶混凝土的抗压强度：(满足)223699520m/N.f/NRcn 底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为2M式中 -底板下的平均应力， =9.2N/ 22-两边支承对角线长， 2= m.)/
31、( 4160140-系数，由 2/b决定。 b为两边支承的焦点到对角线 2的垂直距离。由相似三角形的关系，得 =84.1mm4160.2/b=0.46，查表得 0.0576M=0.05769.2 166.4 214672.9 mN底板厚度 =20.2mm, 取 t=25mm1594676/.f/M（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的 1/4，则焊缝受力 N.V331084015meM657设焊缝尺寸为 6mm，焊缝长度 210mm， 1923761206782 m/N.)(.lhNwef 22/5.93)(.94WMFf 2223262 1603189
32、6701819870151 m/N/.).()()(.(ff 加劲肋高度不小于 210mm 即可（3）节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力R=552.01kN节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度:m)()(lw 824016416302设焊缝尺寸 8mm，验算焊缝应力，满足要求230598247021521 /Nlh.Rwef （4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算：竖杆与节点板的连接焊缝计算： N=26.33KN，焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸 ，焊缝长度 40mm。mhf5wl 斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，同上肢背： =170mm，肢尖： 140mmwl wl 下弦杆与节点板连接焊缝计算：N=244.3KN，设焊缝尺寸 8mm，需要焊缝长度为肢背： ，取 =140mmmlw 18.321607.234wl肢尖： ， 80mml 5.7.83 l六、施工图（见图纸，略）
