钢结构课程设计
1、设计题目
题目详见附件。
屋架计算跨度：l0=21-2×0.15=20.7m
屋架的中间高度：h=3.040m
在20.07m的两端的高度：h0=2.005m
在30m轴线处端部高度：h0=1.990m
屋架跨中起拱42mm
2、结构形式与布置。
屋架形式与几何尺寸如图1
屋架支撑布置如图2
3、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。
屋架沿水平投影面积分布的自重按经验公式计算，跨度的单位为m。
荷载。永久荷载：
预应力砼屋面板1.45×1.005=1.457 kn/m2三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4×1.005=0.402 kn/m2
水泥砂浆找平层1.005×0.4=0.402kn/m2
保温层0.4×1.005=0.402 kn/m2
屋架和支撑自重0.12+0.011×21=0.351 kn/m2
管道荷载 0.182 kn/m2
一毡二油隔气层0.05×1.005=0.050 kn/m2
水泥砂浆找平层1.005×0.0.3=0.302kn/m2
总计 3.541 kn/m2
可变荷载 ：
屋面活荷载 0.8 kn/m2
积灰荷载 1.1 kn/m2
设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：
1) 全跨永久荷载+全跨可变荷载 (按永久荷载为主控制的组合)
全跨节点荷载设计值
f=（1.35×3.541+1.4×0.7×0.8+1.4×0.9×1.1）×1.5×6=62.553kn
2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载。
全跨节点永久荷载 f1=3.2299×1.5×6=29.0691 kn
半跨节点可变荷载 f2=2.1×1.5×6=18.9 kn
组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载。
全跨节点屋架自重 f3=0.54×1.5×6=4.86 kn
半跨节点屋面自重及活荷载 f4=（1.68+2.1）×1.5×6=34.02 kn
组合。一、二为使用阶段荷载情况，组合三为施工阶段荷载情况。
4、内力计算。
屋架在上诉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的屋架各杆件的内力系数（f=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出鸽子荷载情况下的内力组合，计算结果见表1
屋架构件内力组合表表1
5、杆件设计。
1） 上弦杆。
整个上弦采用等截面，按fg杆件之最大设计内力设计。
n=-436.615kn=-436615n
上弦杆计算长度。
在屋架平面内：
为节间轴线长度 l0x=150.75cm
在屋架平面外：
根据支撑布置和内力变化情况，取。
l0y=150.75×3=452.25cm
因为3l0x= l0y，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并。
腹杆最大内力n=-311.895kn，查表，节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度用12mm. 设λ=60，查附表得。
需要截面积==2774.3mm2
需要的回转半径：
ix=l0x/λ=150.75/60=2.51cm iy=l0y/λ=452.25/60=7.54cm
根据需要的a, ix, iy 查附表，选用2∟160×100×10,a=50.63cm2, ix=2.85, iy=7.71,按所选角钢进行验算：
x= l0x/ ix=150.75/2.85=52.89<[λ150
y= l0y/ iy=452.25/7.71=58.67<[λ150
满足长细比要求。
由于λy>λx,只需求y 。查表得y =0.813
n/ya=311895/(0.813×5063)=75.77n/ mm2<215n/ mm2 所需截面合适。
2)下弦杆件。
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的eg杆计算。
n=445.105kn
l0x=300cm, l0y=885cm
需要截面积=445105/215=2070.26 mm2
选用2∟100×63×10 a=3093.4 mm2>2070.26 mm2 ix=1.74cm, iy=5.01cm
x= l0x/ ix=300/1.74=172.41<350 λy= l0y/ iy=885/5.01=176.65<350
3)端弦杆ab
杆件轴力 n=-311895n
计算长度l0x=l0y=253cm，因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢长肢相并，选用2∟100×63×10
ix=3.15cm iy=2.71cm a=3093.4mm2
x= l0x/ ix=253/3.15=80.32 λy= l0y/ iy=253/2.71=93.36
因为λx<λy ，只求y=0.475
n/ya=311895/（0.475×3093.4）=212.37 n/ mm2<215 n/ mm2
所选截面合适。
4）竖杆ee
n=-47969n
l0x=259×0.8=207.2cm, l0y=259cm
设λ=150
ix=l0x/λ=207.2/150=1.38cm iy=l0y/λ=259/150=1.73cm
选用2∟63×5
ix=1.53cm ， iy=2.46cm， a=960.6mm2
x= l0x/ ix=207.2/1.53=135.4﹤150y= l0y/ iy=259/2.46=105.3﹤150
x﹥λy，只求x=0.265
n/xa=47969/(0.265×960.6)=188.44 n/ mm2<215 n/ mm2
屋架杆件截面选择表。
6、节点设计。
1） 下弦节点“c”
用焊条为e50型的抗拉，抗压，抗剪强度为fwf=200n/ mm2。
设“bc”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：
肢背：lw’=0.7n/2hefwf=0.7×227326/（2×0.7×8×200）=71.04mm 取8 cm
肢尖：lw〞=0.3n/2hefwf=0.3×227326/（2×0.7×6×200）=50.70mm 取 6cm
设“cd”杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：
肢背： lw’ =0.7n/2hefwf=0.7×162231/（2×0.7×8×200）=51.95mm取6cm
肢尖： lw〞=0.3n/2hefwf=0.3×162231/（2×0.7×6×200）=28.97mm取3cm
cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm.。
根据上面的计算结果及相应的构件之间应有的制作和装配误差，确定节点板的尺寸为270 mm×440 mm.
下弦与节点板的焊缝长度为440 mm，hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差n=510.52-222.50=288.02kn，受力较大的肢背处的焊缝应力为。
f=0.75×288020/(2×0.7×6×(440-12))=60.08 n/ mm2<200 n/ mm2
2)上弦节点“b”
bc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。
ab”杆的肢背和肢尖焊缝hf=10mm和8mm，则所需的焊缝长度为：
肢背：lw’=0.7n/2hefwf=0.7×311895/（2×0.7×10×200）=77.97mm 取8cm
肢尖：lw〞=0.3n/2hefwf=0.3×311895/（2×0.7×8×200）=41.77mm 取 5cm
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8 mm.用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。曹焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值剩以0.
8的折减系数。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。上弦肢背槽焊缝的内应力为。
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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 ...