《钢结构基本原理》课程设计.docx
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《钢结构基本原理》课程设计
钢结构课程设计
专业名称：
道路与桥梁
年级班级：
1*级*班
学生姓名：
***
指导教师：
***
河南理工大学土木工程学院
钢结构屋架设计说明书
（一）设计资料
武汉某厂机器加工车间单跨厂房的钢屋盖，跨度30m，长度180m，柱距6m,车间内
设有一台30t中级工作制桥式吊车。
采用1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，泡沫混
凝土保温层，屋面坡度i=l/10，屋架支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm，混
凝土等级为C20。
（二）钢材和焊条的选用
根据武汉地区的计算温度和荷载性质（静荷载），按设计规范要求，屋架钢材选用Q235B，要求保证屈服点和含碳量。
焊条选用E43型，手工焊。
（三）屋架形式、尺寸能支撑布置
由于1.5m6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用梯形屋架。
屋架端部高度：
H。
2000mm
算为60mm，几何尺寸如图所示。
根据车间长度、跨度及荷载隋况，设置三道上、下弦横向水平支撑，因车间两端为山墙,故横向水平支撑在第二柱间。
在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定，下弦平面内的第一柱间也设置刚性系传递山墙的风荷载。
在设置横向水平支撑的同一柱间，设置竖向支撑三道，分别设在屋架的两端和跨中。
屋脊节点用屋架支座处沿厂房设置通长刚性系杆，屋架下弦跨中设一道通长柔性系杆（详见下图），凡与横向支撑连接的屋架编号为
GW.J-2，不与横向支撑连接的屋架编号为GWJ-1。
（四）荷载和内力计算
柔性杆系
屋架上弦横向水平支撑布置
/
\
\
/
I-I
n-n
屋盖支撑布置图
预应力钢筋混凝土在型屋面板（包括灌缝）
1.2
1.4
2
1.68KN/m
防水层（三毡四油，上铺小石子）
1.2
0.4
0.48KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层
1.2
0.4
0.48KN/m2
80mm泡沫混凝土保护层
1.2
0.4
0.48KN/m2
屋架和支撑自重
1.2
0.45
2
0.54KN/m
1•荷载计算
（1）永久荷载
屋面活荷载1.40.70.98KN/m
①全跨永久荷载+全跨可变荷载
节点荷载
PFF241.76KN
②全跨永久荷载+（左）半跨可变荷载
P左PiP241.76KN
节点荷载P右P232.94KN
②全跨屋架和支撑自重+（左）半跨屋面板+（左）半跨施工荷载（取等于屋面使
P4
（1.680.98）1.5623.94KN
2•内力计算
用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数L和B,
者相加得到全跨单位节点荷载作用下内力系数，然后乘以实际的节点荷载，得到相应的
内力。
屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均
达到最大，在第二种和第三种荷载组合作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生
变号。
因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算
近跨中的斜腹杆内力。
计算结果列于下表1-1。
名称
杆件编号
P=1
内力组合
备注
左半跨
右半跨
余跨
最大计算拉力
最大计算压力
1
2
3
4
5
上弦
AB
0
0
0
0
BD
-8.13
-3.12
-11.25
-469.8
DF
-12.45
-5.62
-18.07
-754.6
FH
-13.80
-7.26
-21.42
-894.5
HI
-13.00
-9.24
-22.24
-928.7
IK
-13.45
-9.24
-22.69
-947.5
下弦
ab
+4.45
+1.57
+6.02
+251.4
bc
+10.68
+4.45
+15.13
+631.8
cd
+13.37
+6.64
+20.01
+835.6
de
+13.54
+8.43
+21.97
+917.5
ef
+10.54
+10.54
+21.08
+880.3
斜腹杆
aB
-8.32
-2.93
-11.25
-469.8
Bb
+6.31
+2.63
+8.94
+373.3
bD
-4.95
-2.54
-7.49
-312.8
Dc
+3.27
+2.25
+5.52
+230.2
cF
-2.04
-2.19
-4.23
-176.6
Fd
+0.74
+1.96
+2.70
+112.8
dH
+0.44
-1.92
-1.48
+3.34
-59.28
He
-1.38
+1.74
+0.36
+43.41
-31.29
eg
+3.65
-2.05
+1.60
+95.16
-41.3
gK
+4.37
-2.05
+2.32
+115.89
-37.8
lg
+0.65
0
+0.65
+27.1
竖腹杆
Aa
-0.50
0
-0.5
-20.88
Cb
-1.00
0
-1.00
-41.76
Ec
-1.00
0
-1.00
-41.76
Gd
-1.00
0
-1.00
-41.76
Ie
-1.50
0
-1.50
-62.64
Jg
-1.00
0
-1.00
-41.76
Kf
0
0
0
0
0
表1-1屋架杆件计算内力
3•杆件截面选择
（1）上弦杆。
整个上弦不改变截面，按最大内力计算，Nik947.5KN,
lox150.8cm，loy301.6cm.b24ac（取等于两块屋面板宽），截面宜选用两个不等肢
角钢，短肢相并根据腹杆的最大内力NaB469.8KN，查表取节点t12mm，支座节点
板厚t14mm。
假定60,
0.807
A
N/f947500/0.872155065.5mm2
ix
l°x/150.8/602.51cm
iy
l°y/301.6/605.02cm
选用2L160
10012短肢相并，如图
2
A60.2cm2
ix2.82cm,iy
7.82cm
验算：
x150.8/2.82
53.5
150,
y301.6/7.82
38.6
150,
x0.844
N/A947500/（0.8446020）
需要面积An917500/2154267.4mm,选2L1409010短肢相并（如图），
⑶端斜杆Ba。
选用2L10010（如图），其截面参数:
下弦杆截面
端斜杆截面
22
N/A469800/（0.6183852）197.4N/mmf215N/mm
（四）斜腹杆Kg-ge。
此杆是再分式桁架的斜腹杆，在g节点处不断开，两段杆件内力
不同：
最大拉力:
Nkg115.89KN,Nge95.16KN
在桁架平面内的计算长度：
|°x230.6cm,
在桁架平面外的计算长度按公式计算：
山⑷.75°.25=）461^（0.75°.25缶）451cm
选用2L635
A12.28cm2,ix
验算：
x230.6/1.94
y451/3.03
N/A
41300/（0.311
（5）竖杆Ie。
NIe
62.64KN,l0x
1.94cm,iy3.03cm
119150,
149150,y0.311
22
1228）108N/mmf215N/mm
0.8319225.2cm,l0y319cm,
NIe62.64KN,内力较小选用2L635
2
A12.28cm,ix1.94cm,iy3.03cm
2
215N/mm
验算:
x255.2/1.94
132
150
y319/3.03
105
150,x0.378
N/A62640/（0.3711228）137.5
yy
Gd截面
Kgge,Ie截面
（六）竖杆Gd。
Ned41.76KN,l°x231.2cm,l°y289cm,因为内力较小，可按选择，需
要回转半径：
ix231.21.54cm,iy空9193cm，按ix、iy查型钢表，选用,
150y150
其截面参数：
A9.6cm2,ix1.53cm1.54cm,iy2.53cm1.93cm。
其余各杆件的
截面选择计算过程不一一列出，其计算过程见表1-2.
表1-2屋架杆件截面选择（节点板厚t=12）
名称
杆件
内力
计算长度
截面形式
截面面
回转半径
长细比
容许长
稳定
计算
编号
KN
lox
loy
和规格
积cm
ix
iy
x
y
细比
系数
应力
N/mm2
上弦
IK
-947.5
150.8
301.6
L160
50.6
2.86
7.78
53
39
150
0.842
222
10010
下弦
de
-917.5
300
1485
L140
44.5
2.56
6.84
117
217
350
202
9010
斜
aB
-469.8
253.5
253.5
L1008
31.3
3.08
4.56
82
56
150
0.675
222
腹
Bb
+373.3
208.6
260.8
l906
21.2
2.79
4.13
75
63
350
158
杆
bD
-312.8
229.5
286.9
L906
21.2
2.79
4.13
82
70
150
0.675
218
De
+230.2
228.7
285.9
l635
12.3
1.94
3.04
118
94
350
168
cF
-176.0
250.3
312.9
l755
14.8
2.33
3.15
107
89
150
0.511
232
Fd
+112.8
249.5
311.9
l505
9.6
1.53
2.53
163
123
350
105
dH
-59.28
271.6
339.5
l635
12.3
1.94
3.04
140
112
150
0.345
140
He
+43.41
270.8
338.5
l635
12.3
1.94
3.04
140
112
150
0.345
74
-31.29
eK
+115.9
230.6
451
l635
12.3
1.94
3.04
119
149
150
0.311
108
-41.3
ig
24.34
166.3
207.9
l505
9.6
1.53
2.53
109
82
350
25
竖
Aa
-20.88
199
199
l505
9.6
1.53
2.53
130
79
150
0.387
56
腹
Cb
-41.76
183.2
229
l505
9.6
1.53
2.53
120
91
150
0.437
100
杆
Ec
-41.76
207.2
259
L50
50
9.6
1.53
2.53
135
102
150
0.365
119
Le
-62.64
255.2
319
l63
5
12.3
1.94
3.04
132
105
150
0.378
135
Jg
-41.76
127.3
159.5
L50
5
9.6
1.53
2.53
83
63
150
0.667
65
Kf
0
314.1
314.1
L63
5
12.3
min
max
=24.5
=12
8
4.节点设计
（1）下弦节点“b”（如下图）
各杆内力见表1-1。
这类节点的设计是先计算腹杆与节点板的连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板的形状，量出尺寸，然后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。
下弦节点
Db杆的肢背和肢尖分别采用8mm和6mm，
肢背
20.7hfffW
0.7312800
20.78160
122mm，取140mm
肢尖
lw
k2N
20.7hfffw
0.3312800
20.76160
70mm，取70mm
Cb杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，hf5mm。
根据上面求得的焊
缝长度，并按构造要求留出间隙及装配误差，按比例绘出节点绘出节点大样图，确定节点板尺寸为310mm380mm。
下弦杆与节点板连接的焊缝长度为380mm，hf6mm。
焊缝所受的力为左
右两下弦杆的内力差N631.8251.4380.4KN，则肢背的应力为:
满足强度要求
上弦节点
Bb杆与节点杆的连接焊缝尺寸和B节点相同。
Ba杆与节点板的连接焊缝尺寸按同样的方法计算，Wa469.8KN，肢背和肢尖焊缝分别采用hf10mm和6mm。
肢背
■k1N0.7469800
lw1w147mm，取150mm
20.7hfff20.710160
肢尖
"k2N0.3469800
lw-w105mm，取110mm
20.7hfffw20.76160
为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进肢背8mm，用塞缝连
t'"
接，这是hf—6mm，Jlw36010350mm。
承受集中力P41.76KN，
2
则
f142N/mm2ffw160N/mm2
20.76350
肢尖焊缝承担弦杆内力差N4698000469800N,
偏心距e102.57.5cm
偏心力矩MNe4698007535235000N?
mm,hf10mm，则
计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取hf5mm,需要焊缝长度:
故按构造决定节点板长度。
（4）支座节点“a”（如图）
⑧支座底板的计算
支座反力：
R10P1041.76417.6KN
支座底板按构造要求取用28cm39cm。
若仅考虑有加劲肋部分的底板作为
有效面积，则底板承受的均布反力为：
支座节点
底板的厚度按两邻板自由的板计算：
a1、、（140一12/2）2—1002172mm,
b110013478mm，
172
b1/a1
78/172
0.454
查表
得
0.051，
则板的单位宽度的最大弯矩为：
M
2
qa10.0516.25
2
1729430N?
mm
底板厚度：
t
6M
69430廿
16.2mm,取t20mm
■215
底板尺寸：
390mm280mm20mm
加劲肋与节点板的连接焊缝计算
一个加劲肋连接焊缝所承受的偏心荷载，偏安全地取屋架支座反力的四分之
，即:
VR/4417600/4104400N
MV100/25220000N?
mm
设焊缝hf8mm，焊缝计算长度lw45010440mm，贝U:
3YA2绅曲叫曲
（3）节点板、加劲肋与底板的焊缝计算
设焊缝传递全部支座反力R417.6KN,加劲肋和节点板厚12mm,底板厚20mm,焊
脚尺寸取为
hf8mm
焊缝总计算长度
焊缝应力
lw2（28028）4（1001528）784mm
f
0.7hflw0.7878495.12N/mmff160N/mm，
满足要求
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