钢结构设计原理课程设计。
目录资料设计 (3)
计算尺寸 (4)
结构尺寸与设计 (4)
荷载计算 (6)
内力计算 (8)
杆件计算 (10)
节点设计 (14)
设计资料。1、某单层轻型工业厂房，平面尺寸24m×100m,采用钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上，混凝。
土强度等级为c20。屋面板采用1.5×6 米预应力钢筋混凝土大型屋面板；160mm 膨胀珍珠岩。
保温层；卷材屋面（三毡四油），屋面坡度i=1／10，。钢材采用q235b (设计强度为215mpa)，c（含碳量）<0.2%，硫、磷含量及格，满足六项保证。
焊条采用e4303（设计强度为160mpa）,手工焊，焊缝质量达到一级标准。螺栓采用q235b，m20，孔径为21.5mm。
支座锚栓用用q235b，m24，孔径为25mm。
2、荷载标准值如下：
1）永久荷载（沿屋面分布）
预应力混凝土大型屋面板 1.40kn/m2
膨胀珍珠岩保温层0.16015 2.40kn / m2
卷材屋面（三毡四油）0.40 kn/m2
找平层（20mm水泥砂浆）：0.0220 0.40kn / m2
桁架和支撑自重经验公式p=0.12+0.011*跨度。
2）可变荷载。
屋面活荷载（按水平面投影） :0.50kn/m2
积灰荷载：2.5kn/m2
1、设计尺寸：
柱距：6m屋架计算跨度：24000-2×150=23700mm
屋架端部高度：2000mm
屋架跨中高度：3200mm
屋架跨中起拱：48mm
2、结构形式与布置：
屋架形式及几何尺寸如图1所示。
图1屋架尺寸及几何形式屋架支撑布置如图2所示：
符号说明：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。
3荷载计算：
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。
桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（p w=0.12 + 0.011 ×跨度）计算，跨度单位为m。
荷载：永久荷载。
预应力混凝土大型屋面板：1.4×1.2=1.68kn/m
三毡四油防水层：0.35×1.2=0.42kn/m
找平层（厚20mm）：0.02×20×1.2=0.48kn/m
160mm膨胀珍珠岩保温层：0.16×6×1.2=1.152kn/m
屋架及支撑自重：（0.12+0.011×24）1.2=0.4608kn/m
管道荷载：0.182×1.2=0.2184kn/m
总共：4.4112kn/m
可变荷载。屋面活荷载：0.7×1.4=0.98kn/m
积灰荷载：0.75×1.4=1.05kn/m
总共：2.03kn/m
设计屋架时应该考虑以下三种荷载组合。
1）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=（4.4112+2.03）×1.5×6=57.97kn
2）全跨永久荷载+半跨可变荷载：
全跨节点永久荷载：f1=4.4112×1.5×6= 39.7kn
半跨节点可变荷载：f2=2.03×1.5×6=18.27kn
3）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载。
0.54×1.5×6=4.86kn
全跨节点屋架自重：f
半跨节点屋面板自重及荷载：f
（1.68+0.98）×1.5×1.6=23.49kn
）为使用阶段荷载情况，3）为施工阶段荷载情况。
内力计算：桁架在上述三种荷载组合作用下的计算简图见图3。
由电算先解得f=1 的桁架各杆件的内力系数（f=1 作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1。
图3屋架计算简图。
表1屋架杆件内力组合表。
注：f1=39.7kn f
18.27kn f
4.86kn f
23.49kn
5、杆件设计。
1）上弦杆：整个上弦采用等截面，按ij,jk 杆件之最大设计内力设计： n=-1219.69kn=1219690n 上弦杆计算长度。
在桁架平面内：为节间轴线长度 l 0x =120cm
在桁架平面外：根据支撑布置和内力变化情况，取 l 0y=120×3=360cm
因为 l 0y =3l 0x , 故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并（图4）. 腹杆最大内力 n =631.97kn ，节点板厚度选用12mm,支座节点板厚度用14mm 。
设λ=60，查附录4 得 =0.807
需要的截面积：a=f ψn
807.01219690=7029.71mm 2
需要的回转半径： i x =λlox =60120=2cm i y =λloy =60
360=6cm
根据需要的 x y a ,i ,i 查角钢规格表( 附录8), 选用2l180×110×12， a=67.4cm 2 i x =3.10cm i y =8.
75cm,按所选角钢进行验算：
x =xlox i =120/3.10=38.71 λy =l oy /i y =360/8.75=41.14
满足长细比<[λ150 的要求。
截面在x 和y 平面皆属b 类，由于λy >λx ,只需求y 。查表得：ψy =0.899 ya
n1219690/(0.899×6740）=201.29n/mm 2＜215n/mm 2
所需界面合适。
2) 下弦杆整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的 de 杆计算。nmax
1128.68kn=1128680n
l0x=240cm, l0 y=1200cm
所需截面：a n=n/f=1128680/215=5249.67mm2=52.50cm2
选用2l180×110×10，因lox<52.50cm2
i x =3.13cm i
y8.63cm2
3) 端斜杆ab
杆件轴力n=-631.87kn=-631870n
计算长度lox=loy=246.0cm,因为lox=loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i x≈i y. 选用2l140×90×10，a=44.
522cm2, x i =4.47cm, y i =3.74cm。
=n/（ψy a)=631870/(0.795×4452.2）=178.52n/mm2＜215kn/mm2 所需截面合适。
4)腹杆eg-gk(图7)
此杆在g 节点处不断开，采用统长杆件。
最大拉力：n gk=60.29kn,另一段n eg=179.13kn;
再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距。
lox=198.0cm
在桁架平面外的计算长度loy,按试loy=l计算。
loy=396.0cm
x= 198.0/2.16=91.67<150
y =396.0/3.31=119.64<150 ψy =0.437
拉应力：σ=179130/1375=130.3n/mm2<150n/mm2
5)竖杆ie（图8）
n=-86.95kn=-86950n
lox=0.8l=0.8×292=233.6cm
loy=l=292cm
内力较小，按[λ]150 选择，需要的回转半径为。
i233.6/150=1.56cm
x292/150=1.95cmiy
查型钢表，选截面的i x 和i y 较上述计算的i x 和i y 略大些。选用2∟63×5 得截面几何特性。
a=12.286cm2, i x=1.94cm, i y=3.04cm
x =233.6/1.94=120.4<150 ψx=0.437
y=292/3.04=96.05<150
因λx>λy,只求ψx
=86950/(0.437*1228.6)=161.95n/mm2
6）腹杆aa
n=-28.99kn=-28990n
lox=0.8*200=160cm loy=200cm
由于内力较小，按【λ】150选择，计算回转半径：
i x=160/150=1.07 iy=200/150=1.33
选用2l50*4 a=8.78cm2 ix=1.54 iy=2.51
x=160/1.54=103.90<150 ψx=0.387
y=200/2.51=79.68<150
=28990/(0.387*878)=85.32n/mm2
后面的不一一列举出来数值请看下表：
6、节点设计。
1）下弦节点“b”(图9)
各杆件的内力由表 1 查得。
这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即h f 和l w ，然后根据l w 的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。
用 e43 型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f f w =160n/mm 2。设“bb ”
杆的肢背和肢尖焊缝h f =8mm 和6mm ，则所需的焊缝长度为：
肢背：l ’w=w
f f ne h 27.0=(0.7×504340)/(2×0.7×8×160）=197mm 取23cm
肢尖：l ’’w=w
fe f n
h 23.0=（0.3×504340）/(2×0.6×8×160）=98.5mm 取10cm
设“bd ”杆的肢背和肢尖焊缝分别为8mm 和6mm ，则所需的焊缝长度为 l ’
w=（0.7×431300）/(2×0.7×8×160）=168mm 取18cm l ’’w=（0.3×431300）/(2×0.6×8×160）=84mm 取10cm
cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取= 5 f h mm。
节点板尺寸为400×460mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为46cm，= 6 f h mm。焊缝所受的力为左右两下。
弦杆的内力差δn =751.29-309.56=441.73kn
受力较大的肢背处的焊缝应力为：
t(0.75*441730)/(2*0.7*6*(460-12))=88.04n/mm2<160n/mm2
f焊缝强度满足要求。
2)上弦节点“b”（图10）
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，631.87knnab
肢背 h10mm
flw1=(0.65*631870)/(2*0.7*10*160)=183mm 取20cm
肢尖 h f =8mm
lw2=(0.35*631870)/(2*0.7*8*160)=123mm 取15cm
为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm 。用槽。
焊缝把上弦角钢和节点板连接起来（图10）。槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8 的折减系数。
计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中荷载p 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为。
h f1=1/2*节点板厚=1/2*12=6mm h f2=10mm
上弦与节点板间焊缝长度为 505mm 。
]''22211h 7.0*2)22.1*2()(w f l p n n k +-493
101.37n/mm 2<0.8w f f =0.8×160=128n/mm 2
上弦肢尖角焊缝的剪应力为。
]''22211h 7.0*2)22.1*2()(
w f l p n n k +-485
2+=62n/mm 2<160n/mm 2
3)屋脊节点“k ”（图11）
图 11 屋脊节点“k ”
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（图11），且截去垂直肢的一部分宽度 （一般为t +h f +5mm ）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。
设焊缝 h f =10mm,则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）
lw=1219690/(4*0.7*10*160)=272.25mm
拼接角钢的长度取 740mm>2*272.25+20=564.5mm
上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。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h f =10mm,节点板长度为 60cm ，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度lw=60/2-1-2=27cm(见图11)，焊。
缝应力为。n f t =(0.15*1219690)/(2*0.7*10*270)=48.4n/mm 2
m f σ=0.15*1219690*95*6)/(2*0.7*10*2702）=102.18n/mm 2
22f )22
1()m f
n στ2222.118.1024.48）（+96.73n/mm 2<160n/mm 2 因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中。
节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。
腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。
4)支座节点“ a ”（图12）
为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取 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等，厚度为14mm 。
1） 支座底板的计算。
支座反力。r =579700n
支座底板的平面尺寸采用 280×400mm ，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280×234=65520mm 2
验算柱顶混凝土的抗压强度：
=na r =579700/65520=8.85n/mm 2式中 f c ——混凝土强度设计值，对c25 混凝土，f c =9.6n/mm 2
底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四。
块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为。
m=21βσα
——底板下的平均应力 σ=579700/（280*234）=8.85n/mm 2
a ——两支承边之间的对角线长度α1=221102
14140+-）172.6mm
———系数，由b 2/a 2表8.4.1而定，b 1为两支承边的相交点到对角线。
a 1的垂直距离（图12）。由相似三角形的关系，得。
b 1=（110*133）/172.6=84.8mm 1
1b a =84.8/172.6=0.49
查表8.4.1，得β≈0.058m=2
0.058*8.85*172.62=15291.60n·mm/mm 底板厚度：t=
20.66mm 取t=22mm
2)加劲肋与节点板的连接焊缝计算：
加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似(图13)。偏于安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的四分之一，即。
579700/4=144925n
则焊缝内力为。
v =144925n
m =144925×65=9420125n ·mm
设焊缝h f =6mm,焊缝计算长度l w =505-12-20=473cm,则焊缝应力为。
1*473*6*7.0*26*9420125473*6*7.0*2144925）（）44.02n/mm 2<160n/mm 2
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 =579700n ，其中每块加劲肋各传1/4r=144925n
节点板传递r/2=289850n
节点板与底板的连接焊缝长度 σlw =2(280-12)=536mm,所需焊脚尺寸：
h f =22
1*160*536*7.0289850=3.958mm 取h f =6mm
每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为。
lw =(110-20-12)×2=156mm
所需焊缝尺寸。
h f ≥22.1*160*156*7.0144925=6.79mm
取h f =8mm
钢结构课程设计钢结构平台设计
课程名称 钢结构课程设计 设计题目 钢结构平台设计 院系 土木工程系 专业 土木工程 年级2009 姓名。指导教师。2011年12月19日。目录。1总体设计 1 2 平台次梁设计 2 2.1 次梁内力分布 2 2.2 次梁高度 2 2.3 截面选择 3 2.4 截面验算 3 3 平台主梁设计 3 3...
钢结构课程设计
作品名称 单跨双坡轻型门式刚架设计。学院名称 土木与建筑工程学院。姓名 学号 专业班级 指导教师 xxxx大学土木与建筑工程学院。2012年月日。一 设计资料2 二 结构形式与支撑布置2 1 屋架形式及几何尺寸2 2 屋架支撑布置2 三 荷载计算4 1 荷载设计值4 2 荷载组合4 四 内力计算5 ...
钢结构课程设计
宁夏大学新华学院。任务书。专业班级。姓名学号。教师。一 设计目的。本课程设计是建筑工程专业学生学完 钢结构 课程后进行的重要的实践教学环节。通过设计掌握钢屋盖系统的结构布置要求和构件编号的方法，能综合运用有关力学分析 杆件截面设计 节点设计等知识，进行内力分析 杆件截面设计 节点设计，并正确绘制钢屋...