钢结构课程设计

一钢结构课程设计任务书 1

二钢结构课程设计计算书 3

1 支撑布置 3

2 荷载计算 4

3 内力计算 6

4 杆件设计 7

5 节点设计 18

三附图。1 钢屋架施工图。

2 钢屋架节点详图和材料表。

一、钢结构课程设计任务书。

一、设计资料

1、结构形式。

某厂房跨度为21m，总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为c30，屋面坡度为。

地区计算温度高于-200c，无侵蚀性介质，**设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。

2、屋架形式及选材。

屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：1班学号为单号的同学用钢，焊条为型，学号为双号的同学用钢，焊条为型；2班学号为单号的同学用钢，焊条为型，学号为双号的同学用钢，焊条为型。

3、荷载标准值（水平投影面计）

1 永久荷载：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4 kn/m2

水泥砂浆找平层0.4 kn/m2

保温层0.65kn/m2(按附表取)

一毡二油隔气层0.05 kn/m2

水泥砂浆找平层0.3 kn/m2

预应力混凝土大型屋面板1.4 kn/m2

屋架及支撑自重：按经验公式计算： kn/m2

悬挂管道0.15 kn/m2

2 可变荷载：

屋面活荷载标准值。

雪荷载标准值0.35kn/m2

积灰荷载标准值1.0 kn/m2(按附表取)

二、设计内容。

1、计算书部分。

进行桁架支撑布置，画出屋架结构及支撑的布置图；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行荷载计算、内力计算、内力组合，设计各杆件截面；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦**节点。

2、图纸部分。

绘制钢屋架施工图（包括桁架简图及材料表）。用铅笔绘制白纸图，尺寸及标注应齐备，满足构造要求。

三、设计要求。

1、计算书可用铅笔等书写，插图应按一定比例绘制，做到眉目清晰，文图配合；

2、图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（gb/t 50001—2001）》和《建筑结构制图标准（gb/t 50105—2001）》的要求；

3、完成时间：一周。

附图一。图1.1 21米跨屋架几何尺寸。

图1.2 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值。

图1.3 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值。

二、钢结构课程设计计算书。

1.支撑布置。

桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车2台150/30t(中级工作制 )，锻锤为2台5t，布置下弦纵向水平支撑。

符号说明：sc上——上弦支撑；xc——下弦支撑；cc——垂直支撑；

gg——刚性系杆；lg——柔性系杆。

2.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，故取屋面荷载计算。

永久荷载标准值。

三毡四油防水层： 0.4 kn/m2

水泥砂浆找平层： 0.4 kn/m2

保温层： 0.65 kn/m2

一毡二油隔气层： 0.05 kn/m2

水泥砂浆找平层： 0.3 kn/m2

预应力混凝土大型屋面板： 1.4 kn/m2

屋架及支撑自重：(按经验公式)

q=0.12+0.11l =0.12+0.011×21=0.351 0.351 kn/m2

悬挂管道： 0.15 kn/m2

小计： 3.701 kn/m2

可变荷载标准值：

屋面活荷载标准值（大于雪荷载）： 0.7 kn/m2

积灰荷载标准值： 1.0 kn/m2

小计： 1.7 kn/m2

设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：

2.1 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=（3.701×1.35+1.7×1.4）×1.5×6=66.39 kn/m2

2.2 全跨永久荷载+半跨可变荷载。

全跨节点永久荷载：

f1=3.701×1.35×1.5×6=44.97 kn/m2

半跨节点活荷载：

f2=1.7×1.4×1.5×6=21.42 kn/m2

2.3 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载。

全跨节点桁架自重：

f3 =0.351×1.2×1.5×6=3.79 kn/m2

半跨节点屋面板自重及活荷载：

f4=（1.4×1.2+0.7×1.4）×1.5×6=23.94 kn/m2

1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

3.内力计算。

根据设计任务书中老师给出的f=1 的桁架各杆件的内力系数，然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表3.1。

表3.1 桁架杆件内力组合表。

4 杆件设计。

4.1 上弦杆。

整个上弦杆采用等截面，按fg，gh杆件的内力最大，作为最大设计值。

n= -808.51kn=-808510n （受压）

上弦杆计算长度。

a .在行架平面内，为节间轴线长度：lox=150.75cm

b .在行架平面外，根据支撑布置内力变化情况，dh间的上弦杆取loy=2×150.75=301.5cm

ad间的上弦杆取l’oy=2×150.75=301.5cm

loy=2lox(l’oy=3lox),故截面宜选用两个不等边角钢，短肢相并。

腹杆最大内力n=510.06kn,查表9.6.4，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm。

设λ=60查附录4得。

需要截面积：

需要的回转半径：

根据需要的as，ix，iy查角钢规格表，选用2 l140×90×12

a=52.80 cm2

ix = 2.536 cm

iy =6.81 cm

满足长细比要求，截面在x和y平面内皆属b类，由于，只要求，查表得，。

由于支撑节间的间距不同，需验算ad间的上弦杆在行架平面外的稳定性，已知fbc=fcd=495.99kn，查表得φ=0.772

所选截面满足稳定性要求。

4.2 下弦杆。

整个下弦采用等截面，按最大内力所在的eg杆计算：

nmax=794.04kn=794040 n（受拉）

lox= 300cm，由于跨中有通长系杆，两端有下弦纵向水平支撑，loy=750cm

所需截面积为：

loy=2.5lox，宜选用两个不等边角钢，短肢相并，选用2l125×80×12

a =46.70cm

ix =3.95cm

iy =6.16cm

满足长细比要求。

4.3 端斜杆ab

杆件轴力：n=-510.06kn=-510060n（受压）

计算长度lox=loy=253cm。因为lox=loy，故采用不等边角钢，长肢相并，使ix=iy。设λ=70，查附录4得，

需要的回转半径：

根据需要的a，ix，iy查角钢规格表，选用2l140×90×8

a=36.08cm2

iy=3.63cm

ix=4.50cm

满足长细比要求，截面在x和y平面内皆属b类，由于，只求，查附录4，得，所选截面合适。

4.4 腹杆。

4.4.1 bc杆。

n=385.54kn=385540n

由于lox=0.8l=0.8×261.3cm=209.0cm，loy=261.3cm，选用2l80×6

a=18.79cm2，iy=3.65cm，ix=2.47cm

满足长细比要求，且。

所选截面满足要求。

4.4.2 dc杆。

n=-292.67kn=-292670n

lox=0.8×l=0.8×286.4cm=229.14cm

loy=286.4cm，

设λ=100查附录4得。

由于lox=loy=261.3cm，选用2l100×6

a=23.86cm2，iy=4.44cm，ix=3.10cm

由于，只求，查附录4，得，所选截面满足。

4.4.3 de杆。

n=185.33kn=185330n

由于lox=0.8l=0.8×286.4=229.12cm，loy=286.4m，选用2l50×6

a=11.38cm2，iy=2.48cm，ix=1.51cm

满足长细比要求，且。

所选截面满足要求。

4.4.4 ef杆。

n=-104.35kn=-104350n

lox=0.8l=0.8×312.4cm=249.92cm

loy=312.4cm，

设λ=140查附录4得。

选用2l70×6

a=16.32cm2，iy=3.26cm，

ix=2.15cm

由于，只求，查附录4，得，所选截面满足。

4.4.5 fg杆。

nmax=44.03kn=44030n，nmin=-23.63kn=-23630n

lox=0.8l=0.8×312.4=249.92cm

loy=312.4cm，

设λ=150查附录4得。

选用2l70×6（见图4.7，与ef杆一样，为了使角钢型号不要太多，偏于安全的选择已有型号相近的角钢，以下有很多这种情况，并非不懂得选择经济截面）

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