钢结构课程设计

钢结构课程设计（a组甲ⅱ--a）

1 设计资料。

1）某车间，长240m，跨度27m，柱距6m，车间内无吊车、无天窗、无振动设备。采用梯形钢屋架， 1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.

0 kn/m2），二毡三油加绿豆沙防水层（0.25 kn/m2），20mm厚水泥砂浆找平层（0.2 kn/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级c20，上柱截面400×400mm。

钢材选用q235b，焊条采用e43型。屋面活荷载标准值0.50 kn/m2。

2）屋架计算跨度。

3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（为）。

2 结构形式与布置。

屋架形式及几何尺寸如图所示：

图2-1 梯形钢屋架形式和几何尺寸图。

根据厂房长度（240m>60m）、跨度及荷载情况，设置五道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。

在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：

图2-2 屋架上弦支撑布置图。

图2-2 屋架下弦支撑布置图。

图2-3 屋架垂直支撑布置图。

3 荷载计算。

3.1 永久荷载设计值。

预应力钢筋混凝土大型屋面板。

二毡三油防水层及找平层（20mm

支撑重量。3.2 可变荷载设计值。

屋面活荷载。

3.3 荷载组合。

永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为：

4 内力计算。

考虑全跨静荷载和半跨活荷载的组合，在单位力作用下各屋架杆件的内力图如下：

图4-1 单位力作用下各屋架杆件的内力图。

当f=23.04 kn时，各屋架杆件的内力图如下：

图4-2 f作用下各屋架杆件的内力图。

5 截面选择。

腹杆最大内力为，选用节点板厚度为。

5.1 上弦杆截面选择。

上弦杆采用相同截面，按最大内力计算：，（取两块屋面板宽度）。

选用两个等肢角钢，，

b类）双角钢t型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比。

故由，按b类查表得。

截面验算：

大型屋面板与上弦焊牢，起纵横向水平支撑作用，上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。

填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），5.2 下弦杆截面选择。

下弦杆也采用相同截面，按最大内力计算：，

选择两个不等肢角钢，

5.3 腹杆截面选择。

杆件a-a：，

选用两个等肢角钢，组成t型截面。

截面几何特性：，，

截面验算：

杆件b-a：，

选用两个不等肢角钢，长肢相并。

截面几何特性：，，

截面验算：

杆件b-b：，，

所需截面：

选用两个等肢角钢，组成t形截面。

截面特性：，，

杆件c-b：，，

选用两个等肢角钢，组成t形截面。

截面几何特性：，，

截面验算：

杆件d-b：，，

选用两个等肢角钢，组成t形型截面。

截面几何特性：，，

截面验算：

杆件d-c：，，

所需截面：

选用两个等肢角钢，组成t型截面。

截面几何特性：，，

杆件e-c：，，

采用两个等肢角钢，组成t形截面。

截面几何特性：，，

截面验算：

杆件e-f及h-g：内力n小于杆件d-c，杆长同样小于杆件d-c，故采用两个等肢角钢，组成t形截面时，可满足受力要求。

杆件f-f及i-g：内力n小于杆件e-c，杆长同样小于杆件e-c，故采用两个等肢角钢，组成t形截面时，可满足受力要求。

杆件g-f及f-c：，，

选用两个等肢角钢，组成t形截面。

截面特性：，，

截面验算：

杆件j-g及g-d：，，

所需截面：

选用两个等肢角钢，组成t形截面。

截面特性：，，

杆件j-e：选用，**竖杆采用十字形截面，其斜截面计算长度。

各杆件截面选择结果列表如下表5-1：

表5-1 屋架杆件截面选择表。

6 节点设计。

各节点的节点板厚一律取8mm，各杆内力如图4-2所示。

6.1 下弦节点设计（图6-1）

6.1.1 下弦节点b设计。

首先，计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板形状和尺寸，最后验算下弦与节点板的连接焊缝。已知焊缝的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值：

设杆b-b的肢背和肢尖焊缝分别是和，则所需焊缝长度为：

肢背：，取110mm

肢尖：，取80mm

设杆d-b和肢尖焊缝分别是和，则所需焊缝长度为。

肢背：取100mm

肢尖：取80mm

c-b杆内力较小，焊缝按构造采用。

根据上述腹杆焊缝长度，并考虑杆件之间应留有间隙，按比例绘出节点大样图。

图6-1 下弦节点图。

从而确定节点板尺寸为。

其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差。

实际节点板长度是31.5 cm，下弦与节点板连接的角焊缝计算长度。

采用，肢背焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。

6.1.2 下弦节点c的设计。

设节点所有焊缝为，所需焊缝长度如下：

杆d-c内力。

肢背：肢尖：

杆e-c内力。

肢背：肢尖：

杆f-c内力。

肢背：肢尖：

所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于60mm。

下弦与节点板连接的焊缝长度为32cm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差。

下弦与节点板连接的角焊缝计算长度。

采用，所受较大的肢背处焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。

6.1.3 下弦节点d的设计。

设节点所有焊缝为，所需焊缝长度如下：

杆g-d内力。

肢背：肢尖：

杆h-d内力。

肢背：肢尖：

杆g-d内力。

肢背：肢尖：

除g-d杆肢背外，所有焊缝均按构造（节点板尺寸）确定，焊缝长度均需大于60mm。

下弦与节点板连接的焊缝长度为32cm，焊缝所受的力为左右两下弦杆内力差。

下弦与节点板连接的角焊缝计算长度。

采用，所受较大的肢背处焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。

6.1.4 下弦节点e的设计。

下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，且截去垂直肢的一部分宽度（一般），拼接角钢这部分削弱，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，则所需一条焊缝计算长度为：

拼接角钢的长度取。

屋架分成两个运输单元，设置工地焊缝长度拼接，左半边的弦杆和腹杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的弦杆与腹杆与节点板连接用工地焊缝。中间竖杆跟左半边在工厂焊牢再出厂，为便于工地拼接，在拼接的角钢与右半边斜杆上，设置螺栓孔。作为安装施焊前的定位之用。

下弦杆与节点板之间用焊缝满焊。

竖杆j-e的内力均很小，肢背与肢尖焊缝，施焊长度均可按构造采用，至少60mm，采用390×290×8mm，所有焊缝均满焊，焊缝长度均大于所需长度。

6.1.5 支座节点a设计。

为了便于施焊，下弦板与支座底板的距离取130mm，在节点中心设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。

支座底板计算。

支座反力：

混凝土强度c20，，所需底板净面积：

锚栓直径取，锚栓直径取，则所需底板毛面积：

按构造要求采用底板面积为。

垫板采用–，孔径。实际底板净面积为：

底板实际应力：

查表得，则。

所需底板厚度：

取20mm故底板尺寸为–

加劲肋与节点板的连接焊缝计算。

加劲肋与节点板的链接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的四分之一，即：，弯矩：。加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即–）。采用，验算焊缝应力：对对

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=300kn，其中每块加劲肋各传，节点板传。

节点板与底板的连接焊缝，所需焊脚尺寸为。

采用。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：，所需焊脚尺寸为取。

下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算。

下弦杆a-b内力，肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：

肢背：肢尖：

斜杆b-a内力肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：

肢背：肢尖：

竖杆a-a内力，肢背和肢尖焊缝均为，则所需焊缝长度为：

肢背：肢尖：

根据节点板尺寸所确定的焊缝长度均大于所需焊缝长度，全部焊缝满焊。

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