钢结构课程设计说明书钢结构梯形屋架课程设计

河南理工大学钢结构设计1 钢结构课程设计计算说明书钢结构课程设计计算说明书 目录目录 、设计资料 .2二 屋架形式，尺寸及支撑布置.2三、荷载与内力计算.41.荷载计算.42.内力计算.4四、杆件截面设计.61.上弦杆.62.下弦杆.73.端斜杆 Ba .84.斜杆 Bb .95.再分腹杆 c1G .106.中竖杆 Je .11五、节点设计.12河南理工大学钢结构设计21. 下弦节点 b .132 .上弦节点 B .143 .屋脊节点 K .154 .下弦跨中节点 e .165 .端部支座节点 a .17钢结构梯形屋架课程设计钢结构梯形屋架课程设计、设计资料设计资料已知条件：天津某厂金工车间，梯形钢屋架跨度 27m，长度 180m，柱距6m。该车间内设有一台 30t 中级工作制桥式吊车。采用 1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板，冬季最低温为-20 度，采用 80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷载标准值为 0.7 kN/m2，雪荷载标准值为 0.3 kN/m2，积灰荷载标准值为 0.35 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400 mm400 mm，混凝土标号为 C20。钢材采用 Q235B 级，焊条采用 E43 型。二 屋架形式，尺寸及支撑布置屋架形式，尺寸及支撑布置屋架的计算跨度：Lo=270002150=26700mm端部高度：h=2000mm（轴线处） ，h=2015mm（计算跨度处）跨中高度：002670020150.1335022LHHimm屋架的高跨比：33500.1254626700OHL屋架形式及几何尺寸见图 1 所示。河南理工大学钢结构设计3 屋架支撑布置见图 2 所示。 河南理工大学钢结构设计4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） 图 2 屋架支撑布置图三、荷载与内力计算三、荷载与内力计算1.1.荷载计算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。 1.永久荷载标准值 防水层（三毡四油，上铺小石子） kN/1.2 0.350.42找平层（20mm 厚水泥砂浆） kN/0.4 1.20.48保温层（80mm 厚泡沫混凝土） kN/1.2 0.50.6预应力混凝土大型屋面板 kN/1.2 1.41.68 屋架和支撑自重 21.2 (0.120.011 30)0.54/kN m 总计 3.72 kN/可变荷载标准值屋面活荷载 kN/1.4 0.70.98 总计 0.98 kN/ 2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载： F=(3.72+0.98) 1.56=42.3 kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载河南理工大学钢结构设计5 全跨节点永久荷载： F1=3.721.56=33.48 kN 半跨节点可变荷载： F2=0.981.56=8.82 kN 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重： F3 =0.541.56=4.86kN半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.68+0.98) 1.56= 23.94kN2.2.内力计算内力计算用图解法分别先求出左半跨和右半跨单位荷载作用下的杆件内力系数，二者相加得到全跨单位荷载作用下节点的内力系数，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。计算结果列下表。河南理工大学钢结构设计6 表 1-屋架杆件的计算内力注：表内负责表示压力；正值表示拉力四、杆件截面设计四、杆件截面设计腹杆最大内力，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板479.68NkN 杆件名称 全跨 左半跨 右半跨PP1P2P1P2P3P4P3P4计算内力(KN)AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD-11.11-8.01-3.74-469.95-442.61-404.95-245.75-143.53-469.95DE-17.89-12.26-6.79-756.75-707.09-658.85-380.45-249.50-756.75EFG-18.47-12.84-6.79-781.28-731.62-678.26-397.15-252.32-781.28GHIJ-20.14-12.19-9.44-851.92-781.80-757.55-389.71-323.87-851.92a-b5.934.371.89250.84237.08215.21133.4474.07250.84b-c14.9410.525.33631.96592.98547.20324.46200.21631.96c-d21.0813.489.16891.68824.65786.55425.16321.74891.68d-e18.259.809.80771.98697.45697.45323.31323.31771.95Aa-0.50-0.500.00-21.15-21.15-16.74-14.40-2.43-21.15Ba-11.16-8.22-3.54-472.07-446.14-404.86-251.02-138.99-472.07Bb8.966.293.21379.01355.46328.29194.13120.39379.01Cb-1.00-1.000.00-42.30-42.30-33.48-28.80-4.86-42.3Db-7.44-4.88-3.08-314.71-292.13-276.26-152.99-109.89-314.71Dc5.483.212.73231.80211.78207.55103.4891.99231.8Ec-1.50-1.500.00-63.45-63.45-50.22-43.20-7.29-63.45E10.730.730.0030.8830.8824.4421.023.5530.88c1-4.56-1.78-3.35-192.89-168.37-182.22-64.77-102.36-192.89F1-1.00-1.000.00-42.30-42.30-33.48-28.80-4.86-42.3G1-3.76-0.98-3.35-159.05-134.53-155.43-41.73-98.47-159.05Gd-2.26-2.930.51-95.60-101.51-71.17-81.131.23-101.51Hd0.000.000.000.000.000.000.000.000H20.000.000.000.000.000.000.000.000I20.000.000.000.000.000.000.000.000J2d2.693.50-0.61113.79164.5584.6896.86-1.53164.55Je0.000.000.000.000.000.000.000.000 屋架杆件内力组合表 表1河南理工大学钢结构设计7厚度取 t=14mm；其余节点板与垫板厚度取 t=12mm。1.1.上弦杆上弦杆腹杆最大内力，N=-472.07KN，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，按最大内力计算，N=-851.92KN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：Oyl=300cm因为 2OxlOyl，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 4图 4 上弦截面要截面积*A =fN.32851.92 104910.060.807 215mm需要回转半径*xi=2.51 cm601508oxl*yi=5.00 cm603000oxl根据需要的*A、*xi、*yi 查角钢型钢表，初选 2 L 16010014，A=69402mm， =2.80cm ， =7.86m。xiyi按所选角钢进行验算河南理工大学钢结构设计8x=52.9=150 xoxil828150.y=38=150yoyil867300.由于51016030005605604111416011./.b/l./t /boy则：=150444167524130014116737521734224221.).(.)b.tl(tb.oyyz 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.8384yyzxxminx 215 MPa 所选截面合适。3851.92 101770.847 5680 xNMPaA2 2 . .下弦杆下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=891.68kN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计算需要净截面面积*A=32891.68 104147215Nmmf选用 2 L1409014（短肢相并） ，见图 5。河南理工大学钢结构设计9图 5 下弦截面A=69402mm， =2.51cm，=6.93cm。xiyi按所选角钢进行截面验算，取AA n（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） N/2mm215 N/2mm3891.68 10146.1786100nNA x=179.3 =250 xoxil512450. y=192.6=350 9361335.ilyoy 所选截面满足要求。3.3. 端斜杆端斜杆 B Ba a已知 N-472.07kN，OxlOyl253.9cm因为OxlOyl，故采用等肢角钢，使xiyi选用角钢 2 L 10012,见图 6图 6 端斜杆 BaA45602mm，xi3.03cm，yi4.64cm截面刚度和稳定验算x= =83.8 =1500339253.ilxoxy= =54.7 =1506449253.ilyoy河南理工大学钢结构设计10由于=14.731092535805803832110/.b/l./t /boy557219253104750175447501224224.).(.)tlb.(oyyyz0.6624xmin215 N/2mm 所选截面满足要求。32472 10156.26/0.6624 4560nNN mmA填板放两块，=84.6 cm40 xi=403.03=121.2 cma4.4. 斜杆斜杆 Bb已知 N=379.01kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Oxl=0.8l=0.82622=2097.6mm 屋架平面外根据支撑布置取Oyl=2622mm选用 2 L1006，见图 7。 图 7 斜杆 BbA=23862mm， =3.10cm，=4.44cm。xiyi N/2mm215 N/2mm3379.01 10160.052368NA x=67.7 =350 xoxil10376209.河南理工大学钢结构设计11 y=59.1=350 4442262.ilyoy所选截面满足要求。填板放两块，=87.4cm80 xi=803.10=248cma5.5. 再分腹杆再分腹杆 c1G=-192.89kN， =-159.01kN，=4174 mm1N1cN2N1GN1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=（0.75+0.25）=4174（0.75+0.25）=4396.33mm121NN192.89159.01选用 2 L1006，见图 8。 图 8 再分腹杆 c1G 图 9 中竖杆 Je A=23862mm， =3.10cm，=4.44cm。xiyi x=53.9 =350 xoxil10396166. y=99=350 4446439.ilyoy由于=25.51064395805807166010/.b/l./t /boy810560643910475019947501224224.).()tlb.(oyyyz0.5182yzmin河南理工大学钢结构设计12N/2mm215 N/2mm所选截面满足要求3192.89 10157.640.5128 2386yzNA填板放两块，=109.9cm40 xi=403.10=124cma6.6. 中竖杆中竖杆 Je已知 N0，0.9 335301.5cmll9 . 00中间竖杆选用 2 L756 的角钢，并采用十字形截面，见图 9A=17.6, cm,2cm4520.ix=103.6 =150 所选截面满足要求91253010.ilxoox填板放五块，=60.3cm40=402.45=98cma0 xi其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 2表二五、节点设计五、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 MPa160wff河南理工大学钢结构设计13各杆件内力由表 1 查得 1.1. 下弦节点下弦节点 b 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=379.01kN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200mm32379.01 103122002 0.7 6 160wlmm wl肢尖：，取125mm31379.01 10310122.82 0.7 5 160wlmm wl（2） 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算：N=314.71kN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170mm32314.71 10312168.12 0.7 6 160wlmm wl肢尖：，取110mm31314.71 10310103.662 0.7 5 160wlmm wl（3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：N = 42.3kN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=60mmwl wl（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 河南理工大学钢结构设计14N=631.96-250.84381.12KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm，所需焊缝长度为：肢背： ，取250mm32381.12 10312201.012 0.7 6 160wl wl肢尖：，取150mm31381.12 10312106.522 0.7 6 160wl wl（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。如图所示2 2 . .上弦节点上弦节点 B 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=472.07kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背：，取200mm32472.07 10320160.492 0.7 10 160wlwl肢尖： ，取150mm31472.07 103117.082 0.7 6 160wl wl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。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得， mmhf6122121节点板厚度mmhf10 上弦与节点板间焊缝长度为 440mm，承受集中力 P=42.3kN, 则河南理工大学钢结构设计15MPa0.8MPa14230011.42 0.72 0.7 6 440ffwPhl 156wfff上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 480.11 0.24479.87kN 偏心距 e =110-25.984.1mm设需焊缝长度为 440mm，则47987084.6722 0.7 10 (44020)fewNMPahl22266 479870 84.198.052 0.72 0.7 10 (44020)ff wMMPah l222284.67()()()98.05120.131601.221.22ffMPaMPa（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示节点板 B 尺寸3 3 . .屋脊节点屋脊节点 J 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=851.92KN，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm，则需焊缝长度为，取=450mm167 . 04wffwfhNl3851.92 1016431.972 0.7 8 160mm wl拼接角钢长度取 2450+50950mm（2) 斜杆与节点板连接焊缝的计算：河南理工大学钢结构设计16设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm，N=101.51kN,所需焊缝长度为：肢背：，取=70mm0.7 1015101264.872 0.7 6 160wlmm wl肢尖：，取焊缝长度=40mm0.3 1015101037.192 0.7 5 160wlmm wl根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为 500mm240mm。(3) 弦杆与节点板的连接焊缝计算：取节点板的长度为 500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 220 mm。20102/500上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 4230013.730.8156.162 0.72 0.7 10 220wfffwPMPafMPahl上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算，并考虑此力产生的弯矩设焊脚尺寸为 10mm。0.15851920 0.1541.4922 0.7 10 220fe wNMPah l2266 0.15 851920 84.195.522 0.7 10 220fe wMMPah l 222295.5()()()41.4988.591601.221.22ffMPaMPa（4）斜杆 J2 与节点板连接焊缝的计算此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mmfh（5）节点板尺寸：方法同前，如图所示河南理工大学钢结构设计17节点板 K 尺寸4 4 . .下弦跨中节点下弦跨中节点 e 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，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为 mmfhflwffw40416087 . 0421510042.677 . 04A，取wl =404+16=420mm拼接角钢长度 2420+20=860mm（2） 弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算，设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背：，取wl =90mm0.7 771950 0.151272.3082 0.7 6 160wlmm 肢尖，取wl =50mm0.3 771950 0.151237.842 0.7 6 160wlmm （3）节点板尺寸：方法同前，如图所示河南理工大学钢结构设计18 节点板 f 尺寸5 5 . .端部支座节点端部支座节点 a a图 11 支座节点 a（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42.3 18.90.5 2 42.3 / 2420.88RkN 取加劲肋的宽度为 110mm，考虑底板上开孔，锚栓直径取 d=25mm，锚栓孔直径为 60mm，则所需底板面积：河南理工大学钢结构设计192214208803.14 60 / 436496.412.5cRAmmfA 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： 265520)141102(280mmAc验算柱顶混凝土的抗压强度：4208806.4512.565520cnRMPafMPaA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 22M式中-底板下的平均应力， =9.2N/2mm2-两边支承对角线长， 2=mm6 .172110)2/14140(22-系数，由22/b决定。2b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 =84.8mm2133 110172.6b22/b=0.49，查表得0.058620.0586 6.49 172.611329.84MN mmA底板厚度, 6/6 11329.84/ 21517.78Mfmm底板尺寸：28040020mmmmmm（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4208801052204VN 105220 110/ 25787100MVeN mm设焊缝尺寸为 6mm，焊缝长度， mmlw4961220528237263162106702101382mm/N.)(.lhNwef226/57.93)16200(67 . 021093. 46mmNWMFf河南理工大学钢结构设计20222225787100 6105220()()()()28.761601.221.22 2 0.7 6 4962 0.7 6 496ffMPaMPa 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=420880N，其中每块加劲肋各传R/4=105220N，节点板传递 R/2=210440N。节点板与底板连接焊缝总长度：，mmlw5602802所需焊角尺寸为 21044022.750.71.220.7 560 160 1.22fwwfRhmmlf故取mmhf6每块加劲肋与底板的连接焊缝总长度为mmlw156)1220110(2所需焊缝尺寸为10522044.930.7 156 160 1.220.7 156 160 1.22fRhmm故取焊缝mmhf8