1、建筑钢结构课程设计跨度为24m建筑钢结构课程设计题 目 ： 普 通 梯 形 钢 屋 架 （ 1 ） 1 3学生 姓名： 学 院 ： 班 级 ： 指导 教师： 摘要通过课程设计，对屋盖结构的整体构造和组成有一个全面的了解，对支撑体系在结构中的作用和重要性有一定的理解。运用以前各章学习到的基本理论、基本知识和基本计算技能，掌握普通钢屋架的设计，打到能绘制施工图的要求。本次设计包括单层单跨厂房钢屋盖支撑布置；计算杆件内力；杆件设计；节点设计等内容。1、设计资料 01、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为 24m，总长 54m，柱距 6m，采用梯形钢屋架、1.56.0m 预应力混凝土大型屋面板，屋架铰
2、支于钢筋混凝土柱上，上柱截面 400400，混凝土强度等级为 C25， 屋面坡度为i = 1 : 10 。地震设防烈度为 7 度.1.2、屋架形式及选材屋架跨度为 24m，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：设计方案采用 235 钢，焊条为 E43 型。1.3、荷载标准值（水平投影面计） 永久荷载：SBS 改性沥青油毡防水层 0.4 KN/m220 厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m210 厚水泥珍珠岩保温层 0.4 KN/m2冷底子油隔汽层 0.05 KN/m2混凝土大型屋面板（包括灌浆） 1.4 KN/m2可变荷载：屋面活荷载(或雪荷载) 0.6KN/m2积灰荷
3、载标准值 0.5 KN/m22、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图 2.1、2.2、2.3 所示图 2.1 24 米跨屋架几何尺寸图 2.2 24 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.2桁架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，布置下弦纵向水平支撑。（见下图）桁架支撑布置图符号说明：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3、荷载计算永久荷载：SBS 改性沥青油毡防水层 0.4 KN/m220 厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m210 厚水泥珍珠岩保温层 0.4 KN/m2冷底子油隔汽层 0.05 KN
4、/m2混凝土大型屋面板（包括灌浆） 1.4 KN/m2共 2.65KN/m2可变荷载：屋面活荷载(或雪荷载) 0.6KN/m2积灰荷载标准值 0.5 KN/m2共 1.1KN/m23.1、全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合) 全跨节点永久荷载设计值：F=（1.352.65+1.40.60.7+1.40.90.5）1.56=43.16 KN全 跨 节 点 可 变 荷 载 设 计 值 ： F=（1.22.65+1.40.6+1.40.90.5）1.56=41.85KN荷载组合（1）计算简图如图 4.1，F F FF F F FH I F FF/2 F FB C DE F GF F
5、 F/2Aa b c d e图 4.1 荷载组合（1）4、内力计算F=1 的桁架各杆件内力系数（F=1 作用于全跨已经给出。求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表 4.1。表 4.1 桁架杆件内内力组合表杆件名称全跨计算杆件内力/kN上弦杆AB00BC,CD-8.4-362.54DE,EF-13.2-569.71FG，GH-15.1-651.76HI-14.8-638.76下弦杆ab4.5194.2bc11.2483.39cd14.5625.82de15.4664.66斜腹杆aB-8.6-371.76Bb6.8293.48bD-5.4-233.06Dc3.8164.00cF-2.6-1
6、12.21Fd1.460.52dH-0.3-12.95He-0.8-34.52竖杆Aa-0.5-21.45Cc-1.000-43.16Ee-1.000-43.16Gg-1.000-43.16Ie1.460.425.1上弦杆5、杆件设计整个上弦架采用等截面，按 FG、GH 杆件之最大设计内力设计。Nmax= 651.76kN（受压） 上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度： lox = 150.8cm在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取： loy = 300cm选用 2 L125 8 A=19.75 2，ix =3.88cm， iy =5.55cm = loxix= 150.8cm
7、3.88= 38.6cm = 150 = l ix= 300cm5.55= 54.0cm = 150满足长细比 = 150 的要求。bt = 12.5 = 11.6 x，只要求y，查表得 = 0.81。y= N =A651760 N0.81 3950mm2= 3801.89填板每个节间放一块la = 75.440i = 40 4.31 = 172.4所需截面合适5.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按 be 杆最大设计值计算。Nmax = 664.66kN = 664660 Nlox = 300cm ，根据桁架下弦支撑布置情况，得loy = 1500cm根据所需截面积查表选用 2L110 8 ，
8、（ 图 5.2 ）。 ix = 3.4cm ， iy = 4.96cmA = 34.48cm2 = loxix= 300cm3.4= 88c m = 350 = l ix= 1500cm4.96= 302.4cm =350满足长细比 = 150 的要求。 = NA= 664660 N 3448mm2= 192.7 N / mm2 215 N / mm2故所需截面适合。5.3端斜杆1 杆件 Ba N-371.76kNloy = lox = 2535mm选用 2L1007，查角钢规格表得x yA27.6 cm2 ， i = 3.09cm ， i = 4.53cmx =l oxi x= 253.53
9、.09= 82 150 = loy = 253.5 = 56 150 y 4.53b = 10= 14.3 x，只要求y，查表得 = 0.72 。y= N =A371760 N0.77 2760= 175.1215所需截面合适根据需要的 A ， ix ， iy 查角钢规格表，选用 2L1409010，（图 5.3）图5.3 aB杆截面图5.4腹杆Bb 杆杆件轴力：杆件计算长度：N = 293.48kN = 293480 Nlox = 0.8 260.8cm = 208.64cm ， loy = 260.8cmx y选用 2L806 等边角钢（图 5.4.1）， A = 18.8cm2 ， i
10、= 2.47cm ， i = 3.73cmix = loxxiy = loyy= 206.8 = 1052.47= 260.8 = 69.93.73满足长细比 = 350 的要求。= NA= 293480N 18.8100mm2= 156N / mm2 215N / mm2图 杆截面图满足要求。5.5其余各杆件的截面见表 5.1杆件计算内力/kN截面规格截面面积/cm2计算长度/m容许长细比计 算 应 力 /(N/mm2)填板数名称编号Aloxloy上弦FG GH-651.762 L125839.51.5083.016150203.7每节间 1下弦de664.662 L110834.483.0
11、001.500350192.7每节间 1斜腹杆Aa-21.582 L65312.31.9901.99015025.662Ba-371.762L1001020.762.532.53150175.12Bb293.482 L80618.82.0862.6083501562Cb-43.162 L5059.61.8322.2915064.22Db-233.062L100623.82.2952.8693501392Dc1642L70513.712.2872.85915075.62Ec-43.162 L5059.62.0722.5935064.23Fc-112.212 L90621.22.5033.1291
12、5075.62Fd60.422 L70513.762.4953.11915089.92Gd-43.162 L5059.62.3122.89015064.23Hd-12.952 L5059.62.7163.39515019.23He-34.522 L5059.62.7083.38515051.363Ie60.422 L70513.762.5523.1915089.935.16、节点设计6.1下弦节点“b”设 B-b 杆的肢背和肢尖焊缝h f = 8mm和6mm ，所需焊缝长度为：肢背l ： l = K1N + 2h= 2 / 3 293.5103+ 2 8 = 125.1mm2 0.7hf 1
13、f2 0.7 8160K N 1/ 3 293.5 103肢尖l2 ： l2 = 2 + 2hf =+ 2 6 = 72mm2 0.7hf 2 f2 0.7 6 160取l1 = 130mm ， l2 = 80mm 。设 D-b 杆的肢背和肢尖焊缝h f = 6mm和5mm ，所需焊缝长度为：肢背l1 ： l= K1 N + 2h= 2 / 3 266.93 103+ 2 6 = 144mm1 2 0.7h w f 2 0.7 6 160K N 2 / 3 266.93 103肢尖l2 ： l= 2 + 2h =+ 2 5 = 89mm2 2 0.7h w f 2 0.7 5 160取l1 =
14、 150mm ， l2 = 90mm 。C-b 杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf= 5mm 。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（见下图），下弦与节点板连接到焊缝长度为 375mm，采用hf = 6mm ，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差NNbc -Nab483.39-194.2289.19KN。验算肢背焊缝的强度：f =K1N2 0.7hf lw= 2 / 3 289.19 103 =2 0.7 6 43353N / mm2 160N/mm2下弦节点“b”6.2上弦节点“B”腹杆Bb、Ba 的杆端焊缝计算从略。这里验算上弦与节点板的连
15、接焊缝节点板缩进8mm,肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=43.16KN与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b 中Bb 杆计算相同。斜杆B-a 与节点板连接焊缝计算：N=-43.16kN。设 “B-a”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为:肢背l ： l =K1N+ = 2 / 3 43.16 103 + =1 1 2 0.7h w2hf2 0.7 6 4482 8 170mm肢尖l2 ： l2= K 2 N2 0.7h f 2 f+2h f= 1 / 3 403.47 103 +2 0.7 6 1602 6= 120mm取l1= 170mm， l2= 120mm 。为
16、了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 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。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：h = 1 节点板厚实度= 1 10 = 5mm, h = 5mm。f 1 2 2 f 2肢尖焊缝承担弦杆内力N = 408.39kN，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载 F = 43.16kN。上弦与节点板间焊缝长度为 330mm，则f =3625402 0.7 10 (430 -12)= 57 N mmf =399502 0
17、.7 10 (430 -12)= 77.29 N mm= = 85.2MPa 160MPa节点如图: 上弦节点“B”6.3 支座节点“a”（图 6.4）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。6.3.1支座底板的计算支座反力：R = 8 F= 8 41 . 6 kN= 345. 28 kN图6.4支座节点板布置图支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用 280mm350mm，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 280180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度： =
18、 RAn= 345280 N50400 mm 2= 9.77 N / mm 2 f = 12.5N / mm 22式中， fc 为混凝土强度设计值，对 C25 混凝土， fc = 12.5N / mm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，每块板为两1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 = a 2式中，为底板下的平均应力：= 506160 N = 10.04 N / mm 2280 180mm 2a1 为两支承边之间的对角线长度：a1 =mm = 156.8mm为系数，由 b1/a1 查表 8.4.1 而定，b1 为两支承边的相交点到
19、对角线 a1 的垂直距离。由相似三角形的关系，得：b = 133 83 mm = 70.4mm ， b1 =70.4= 0.451 156.8 a 156.81查表 8.4.1 得= 0.0501M = a 2 = 0.050 9.77 N / mm 2 156.82 mm 2 = 12010.35N mm / mm底板厚度： t = = 18.30mm 18m ， t 20mm ，取t = 20mm 。6.3.2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。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的 1/4，即： R = 345280 N= 86.3kN4 4则
20、焊缝内力为：V = 123120 N ， M = 123120 N 90 -13 mm = 4740120 N mm2设焊缝hf= 6mm ，焊缝计算长度lw = 490mm -12mm -13mm = 465mm ，则焊缝应力为：= = 25.5N / mm 2 160 N / mm 26.3.3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 = 492480 N ，加劲肋、节点板与底板的连接焊缝长度之和lw = 2 (280mm -12mm)+ 4 （( 90 - 7）mm - 2 6mm -13mm)= 93.6cmf =R0.7lwhf= 345280 N0.7 936mm 6mm= 65.8N / mm2 1.22 160 N / mm2 = 195.2N / mm2满足要求参考文献1 张耀春，周绪红. 钢结构设计原理M 北京：高等教育出版社，20042 钢结构设计规范（GB500172003）. 北京：中国计划出版社，20033 房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001）. 北京：中国计划出版社，20024 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001） 北京：中国计划出版社，20025 钢结构设计手册（上册）（第三版） 北京：中国建筑工业出版社，2004
