钢结构设计原理课程设计。
―钢屋架。土木工程专业本科。
临沂师范学院工程学院建筑工程系。
钢结构设计原理教学组。
一由设计任务书可知：
厂房总长为96m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑**设防。
屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:
15。卷材防水层面（上铺120mm泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.
35kn/㎡，雪荷载标准值为0.3kn/㎡，风标准值为0.45kn/㎡，积灰荷载标准值为0.
5kn/㎡。
屋架采用梯形钢屋架，钢屋架铰支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级c25.
二选材：根据该地区温度及荷载性质，钢材采用q235-c。其设计强度为215kn/㎡,焊条采用e43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用m20普通螺栓。
屋架的计算跨度l。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。
三结构形式与布置：
屋架形式及几何尺寸见图一所示：
屋架支撑布置见图二所示：
四荷载与内力计算：
1，荷载计算：
活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。
永久荷载标准值：
防水层（三毡四油上铺小石子） 0.35kn/㎡
找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.02×20=0.40 kn/㎡
保温层（120mm厚泡沫混凝土） 0.12×6=0.72 kn/㎡
预应力混凝土大型屋面板 1.4 kn/㎡
钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 kn/㎡
管道自重0.1 kn/㎡
总计：3.354 kn/㎡
可变荷载标准值：
雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.35kn/㎡
积灰荷载0.5kn/㎡
风荷载：查表可知迎风坡面体形系数为-0.6，背风坡面为-0.5，即当屋面夹角（3.8°）小于15°时，风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。
总计：0.85 kn/㎡
永久荷载设计值 1.2×3.354 kn/㎡=4.0248kn/㎡
可变荷载设计值 1.4×0.85 kn/㎡=1.19kn/㎡
2，荷载组合：
设计屋架时应考虑以下三种组合：
组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载。
屋架上弦荷载p=(4.0248kn/㎡+1.19kn/㎡)1.5×6=46.9332kn
组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载。
屋架上弦荷载p1=4.0248kn/㎡×1.5×6=36.22kn
p2=1.19kn/㎡×1.5×6=10.71kn
组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载。
屋架上弦荷载p3=0.384kn/㎡×1.2×1.5×6=4.15kn
p4=(1.4×1.2+0.35×1.4)×1.5×6=19.53kn
3,内力计算：
首先求出杆件内力系数，即单位荷载作用下的杆件内力，荷载布置如图3所示。
经计算得表一，表一列出了各个杆件的内力系数和杆件内力值，由表中的三种组合可见：组合一，对杆件计算起主要控制作用；组合三可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号，在施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免内力变号。
表一。注：表内负值表示压力，正值表示拉力。
五杆件截面设计：
腹杆最大内力n=-473.09kn，由屋架节点板后参考可知：支座节点板厚可取12mm，其余节点厚和垫板厚度均取10mm。
1， 上弦杆。
整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，n=-825.09kn。
计算长度：屋架平面内取节点轴线长度 lox=133.7cm。
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点长度loy=267cm。
因：2lox=loy 故截面宜选用两个不等肢的角钢，且短肢相并，见图4：
设λ=60，查轴心受压稳定系数表 =0.807
需要截面积===4775
需要回转半径ix=㎝
需要回转半径iy=㎝
根据需要的， ix, iy 查角钢型钢表，初选2l140×90×12，a=5280,ix=2.54cm,iy=6.81cm。
按所选角钢进行验算：
由于/t=140/12=11.7>0.56×270/140=10.7
则==45.4＜「λ150
由于λx＞λyz＞λy，只需求出查轴心稳定系数表=0.844
所选截面合适。
2,下弦杆。
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，n=905.34kn。
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=3990mm。
屋架平面外根据支撑布置，取 loy=11850mm。
计算需要净截面面积===4211
选用2l125×80×12(短肢相并)，见图5：
a=4680,=2.24cm, =6.15cm。
按所选角钢进行验算：取=a
若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则不计截面削弱影响)
3， 端斜杆ba
已知n=-473.09kn
因为故采用等肢角钢，使=
选用2l100×10 见图6
a=3860,=3.05cm, =4.52cm。
截面刚度和稳定验算：
由于 b/t=10/1.0=10
所选截面合适。
填板放两块，
4， 斜杆bb
已知：n=382.04kn
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=
屋架平面外根据支撑布置，取 loy=2479mm。
选用2l806 见图7：
a=1880,=2.47cm, =3.65cm。
填板放两块，
5, 再分腹杆c1g
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lox=
屋架平面外根据支撑布置取。
选用2l806 见图8：
a=1880,=2.47cm, =3.65cm。
由于 b/t=8/0.6=13.3
所选截面合适。
填板放两块，
6, 斜杆dc
已知：n=329.36kn
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 lox=
屋架平面外根据支撑布置，取 loy=263cm。
选用2l705 见图9：
a=1374,=2.16cm, =3.24cm。
填板放两块，
7， 中竖杆je
已知：n=0kn
中竖杆选用2l70×5的角钢，并采用十字形截面，见图10：
满足要求。填板放五块，
其余各杆截面选择过程不一一列出，计算结果见表二：
六节点设计。
用e43焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值。
各杆件内力由表二查得，最小焊缝长度不应小于8和40mm。
1， 下弦节点b 见图11
1)斜杆bb与节点的连接焊缝计算：
n=382.04kn
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=200mm
肢尖： 取=150mm
2）斜杆db与节点的连接焊缝计算：
n=318.68kn
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=180mm
肢尖： 取=120mm
3）斜杆cb与节点的连接焊缝计算：
n=46.93kn
因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸。
焊缝长度≥40mm 取=60mm。
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。
n=621.27-254.58=369.29kn;
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm，所需焊缝长度为：
肢背： 取=200mm
肢尖： 取=120mm
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，按比例做出构造详图，从而定出节点尺寸，如图12所示：
2， 上弦节点b 见图13
1）斜杆bb与节点板连接焊缝的计算：
n=382.04kn
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=200mm
肢尖： 取=150mm
2）斜杆ba与节点板连接焊缝的计算：
n=473.09kn
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为10mm和6mm，所需焊缝长度为：
肢背： 取=180mm
肢尖： 取=150mm
3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘的上肢背可缩进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。
假定集中荷载p由槽焊缝承受，p=46.9332kn，焊角尺寸为5mm。
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