18米跨度钢结构课程设计-示例

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1、钢结构课程设计示例附录A梯形钢屋架设计示例3、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m,柱距6m,跨度为18m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为一20C。屋面采用1.5mX6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/m?，雪荷载标准值为0.5kN/m?，积灰荷载标准值为0.75kN/就。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mmX400mm,所用混凝土强度等级为C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235B，其设计强度f=215kN/tf,焊

2、条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=18000-2X150=17700mm,端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处），中部高度2900mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图A-1所示。013503000匚450013500图A-1屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图B-2所示。600C$1X0勺E600J2GbLG2IZG2*LJG2GG1GGGGGG2u3LG2LGLGmb2muLGDGTso1MIODJrMuCGILGGGCC1GG1vvGGLGLG2斗3U|Idm1草Q2-LG2込13

3、1卡GG11寸,1斗dcl卜N屋架上浪支挥韦置圏M3GGG-GG2-3ccN昼口屋架下弦支撑布置圏LiGGLCC3GG1Fwi兀LGCL垂直支楼LT垂直支撑LG2fTQ二ogg.o1写月1円qF、o寸Joo-DLCC1/GGLGG2CC2LXXLG211符号说明：GWJ-（钢屋架）;SC-（上弦支撑）:XC-（下弦支撑）;CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）;LG-（柔性系杆）图A-2屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1. 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。永久荷载标准值防水层（三毡四油上铺小石子）找平层（20mm厚水泥砂浆）保温层（120mm厚泡沫混凝土）预应力混凝

4、土大型屋面板钢屋架和支撑自重管道设备自重0.35kN/m?0.02X20=0.40kN/m0.12X6=0.70kN/m21.40kN/m?0.12+0.011X18=0.318kN/m?0.10kN/m?总计3.068kN/tf可变荷载标准值雪荷载0.75kN/m积灰荷载0.50kN/m?总计1.25kN/tf永久荷载设计值1.2X3.387=4.0644kN/tf（由可变荷载控制）可变荷载设计值1.4X1.25=1.75kN/m2. 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节点荷载P=（4.0644+1.75）X1.5X6=52.3296kN组合二全

5、跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=4.0644X1.5X6=36.59kN1P=1.75X1.5X6=15.75kN2组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载P3=0.417X1.2X1.5X6=4.5kNP4=（1.4X1.2+0.75X1.4）X1.5X6=24.57kN3. 内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表A-1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。上海理工大学屋架杆件内力

6、组合表表A-1杆件名称全跨左半跨右半跨Px(l)P1x(l)+P2xP1x(l)+P2xP3x(l)+P4x(2)P3x(l)+P4x(3)计算内力(KN)AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD-11.11-8.01-3.74-616.38-557.79-477.09-246.80-141.89-616.38DE-17.89-12.26-6.79-992.54-886.13-782.75-381.73-247.34-992.54EFG-18.47-12.84-6.79-1024.72-918.31-803.96-398.59-249.95-1024.

7、72GHIJ-2014-1219-944-111737-96711-91514-39014-32257-111737a-b5.934.371.89329.00299.51252.64134.0673.12329.00b-c14.9410.525.33828.87745.33647.24325.71198.19828.87c-d21.0813.489.161169.521025.88944.23426.06319.921169.52d-e182598098010125185281852813229132291101251Aa-0.50-0.500.00-27.74-27.74-18.29-14.

8、54-2.25-27.74Ba-11.16-8.22-3.54-619.16-563.59-475.14-252.19-137.20-619.16Bb8.966.293.21497.10446.64388.43194.87119.19r497.10Cb-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48Db-7.44-4.88-3.08-412.77-364.39-330.37-153.38-109.16-412.77Dc5.483.212.73304.03261.13252.06103.5391.74r304.03Ec-1.50-1.500.00

9、-83.22-83.22-54.87-43.61-6.75-83.22E10.730.730.0040.5040.5026.7021.223.29r40.50c1-456-178-335-25299-20045-23012-6425-10283-25299F1-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48G1-3.76-0.98-3.35-208.60-156.06-200.86-41.00-99.23-208.60Gd-2.26-2.930.51-125.38-138.05-73.03-82.162.362.36-138.05Hd00000

10、0000000000000000000000H20.000.000.000.000.000.000.000.00r-156.06I20.000.000.000.000.000.000.000.000.00J2d2.693.50-0.61149.24164.5586.8798.10-2.88164.55-2.88Je0.000.000.000.000.000.000.000.000.00注：表内负责表示压力；正值表示拉力A-4四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-619.16KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，

11、按最大内力计算，N=-1117.37KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度1=150.8cm0x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间长度:因为21心1，故0x0y且短肢相并，见图1=3000cm0y截面宜选用两个不等肢角钢,上海理工大学6图A-4上弦截面设九=60，查轴心受力稳定系数表，9=0.807需要截面积A*=占=Z=644mm2需要回转半径：=1-=2.51cm九60i*l3000y=二贡=5.0CmXix=2.80cm，iy根据需要的A*、：、iy查角钢型钢表，初选2L160100X14,A=6940mm2,=7.86m。按所选角钢进行验算

12、九11508、x=卄=1508=52.9V入=150i2.8x九1300y=a=2=380.56/b=0.56x3000/160=10.51oy1m.|、crb小12t2、3.7X163002X1.42、则：九=3.7十(1+y)=(1+)=44.4九，只需求出9=9，查轴心受力稳定系数表，9=0.8384xyzyminxx=1117.37X103=192N/mm2215N/mm2所选截面合适。9A0.8384x6940x2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度度Ox=4500mm屋架平面外根据支撑布置取oy=13350mm2

13、15计算需要净截面面积A*=-=1169.52x103=5439.6mm2选用2L140x90x14（短肢相并），见图A-5。J图A-5下弦截面A=6940mm2，i=2.51cm,i=6.93cm。xy按所选角钢进行截面验算，取An二A（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm,贝9可不计截面削弱影响）=1169.52x103=191.7N/mm2215N/mm2A6100n譽=179=250所选截面满足要求。九l1335y=-oy=1335=192.6v人=350i6.93y3.端斜杆Ba已知N=-619.16kN,llOx=Oy=253.9cmlIi因为Ox=Oy，故采用等肢角钢，使2

14、x=y选用角钢2L100x12,见图A-6上海理工大学上海理工大学图A-6端斜杆Ba.iiA=4560mm,x=3.03cm,y=4.64cm截面刚度和稳定验算九l2539久x=ox=i3.03x九1253.9，九y=严=54.7v八=150i4.64y由于b/t=10/1.2=8330.581Oy/b=0.588253.991=1473九yz,0.475b4=X(1+y1212oy)=54.7(1+0.4758104253.9281.22)=57.5*=甲=0.6624minx=619.168103=205N/mm2215N/mm2所选截面满足要求。申A0.662484560x1填板放两块，

15、a=84.6cmV401=40X3.03=121.2cm4.斜杆Bb已知N=497.1kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度1Ox=0.8X1=0.8X2622=2097.6mm屋架平面外根据支撑布置取oy=2622mm选用2L10086,见图A-7。图A-7斜杆BbA=2386mm2,i=3.10cm,i=4.44cm。xy=497.18103=208.34N/mm2215N/mm2A2368X120976Xx=*=0976=67.7X=350i3.10xjF=筈=59-1八=350所选截面满足要求。y1填板放两块，a=87.4cmV801x=80X3.10=248cm5.再分腹杆c1G1

16、N=N=-252.991kN,N=N=-208.6kN,1=4174mm1cl2G1计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lox=0.8X1=0.8X2087=1669.6mmlOy=屋架平面外根据支撑布置取(0.75+0.25N)=4174(0.75+0.25252.99)=4396mmN208.62选用2L100x6,见图A-8。图A-8再分腹杆c1G图A-9中竖杆JeA=2386mm2,i=3.10cm,i=4.44cm。xy166.963.10=53.9v九=350九ly=-yiy4396久=99v几=3504.44由于b/t=10/0.6=16.70.58l/b=0.58x439.6/

17、10=25.5y九yz0.475b4=X(1+)=99(1+y1212oy04755104)=105.8439.62x0.62甲=0.5182minyz=252.995103=204.6N/mm2215N/mm2所选截面满足要求申A0.5128x2386yzI填板放两块，a=109.9cmV401=40X3.10=124cm6.中竖杆Je已知N=0,l二0.9l=0.9x335=301.5cm0中间竖杆选用2L75x6的角钢，并采用十字形截面，见图A-9A=17.6cm2,i=2.45cm,x0九=Jo=301=103.6九=150所选截面满足要求oxi2.91x0I填板放五块，a=60.3c

18、mV40i=40X2.45=98cmx0其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表A-29上海理工大学10杆件名称上弦杆下弦杆AaBaBbCbDbDeEcE1F1e1G1GdHdH2I2J2-d2Je内力设计值N（KN）-1117.371169.5-27.74-619.16497.1-55.48-412.77304.03-83.2240.50-55.48-252.99-208.62.36-138.050.000.000.00164.55-2.880.00计算长度（cm）选用截面截面积A（cm2）回转半径（cm）九max150.8450201.5253.9209.76184229.84229

19、.84208151.2104166.96261.2244162.8137.25179.92301.53001335201.5253.9262.2230287.3287.3260189130439.6326.5305203.5152.5449.8301.5短肢相并2L160*100*14短肢相并2L140*90*14T型截面2L50*5T型截面2L100*12T型截面2L100*6T型截面2L50*5T型截面2L100*12T型截面2L75*6T型截面2L75*6T型截面2L50*5T型截面2L50*5T型截面2L100*6T型截面2L75*6T型截面2L75*6T型截面2L50*5T型截面2L

20、50*5T型截面2L75*6十字型截面2L75*669.46117.645.623.869.645.617.617.69.69.623.8617.617.69.69.617.617.62.802.511.533.033.101.533.032.312.311.531.533.102.312.311.531.532.31imin=2.917.866.932.534.644.442.534.463.533.532.532.534.443.533.532.532.533.53imin=2.9153.9179.3131.783.867.7120.375.999.597.798.868105.81131

21、05106.479.7129.6103.6上海理工大学五、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竽=160N/mm2各杆件内力由表2查得，最小焊缝长度不应小节hf1.下弦节点b见图A-1019325KN图A-10下弦节点b(1) 斜杆Bb与节点的连接焊缝计算：N=497.1kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为)mm和5mm。所需焊缝长度为:-x497.1x103肢背：l=2+12=285.6mm取l=270mmw2x0.7x6x160w1x497.1x103肢尖：l=3+10=158mm取l=170mmw2x0.7x5x160w(2) 斜杆Db与节点的连接焊缝计算：N=412.

22、77kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为-x421.77xl03肢背：l=3+12=216.7,取l=250mmw2x0.7x6x160w-x412.77x103肢尖：l=3+10=132.8,取I=150mmw2x0.7x5x160w(3)竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N=55.48kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mmf焊缝长度l40mm,取l=60mmww（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=1828.87-32A499.87KN,设肢尖与肢背的焊脚尺寸为5mm,所需焊缝长度为:-X499.87X103肢背：l=3

23、+12=260，取l=300mmw2x0.7x6x160w-x499.87x103肢尖：l=3+12=136,取l=150mmw2x0.7x6x160w（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列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图A-11所示：:.图A-11节点板b尺寸图A-12上弦节点B2上弦节点B（1）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点）中Bb杆计算相同。（2）斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=619.16kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为0mm和6mm。所需焊缝长度为-X619.16X103肢背:l=3+20=184.27,取l=20

24、0mmw2x0.7x10x160w1X619.196X103w2x0.7x6x160肢尖：l=$+12=165.6,取l=180mmw(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=55.3296kN,焊脚尺寸为5mm所需槽焊缝长度为52.3296X103w2x0.7xhxfw+10=2x0.7x5x160+10=59.51mm取l=65mmw上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差N=61

25、9.38-0.0=619.38kN偏心距e=100-24.3=75.7mm设肢尖焊脚尺寸8mm,设需焊缝长度为480mm,则an616.3x1032h工l一2x0.7x8x(480-16)=n8.6N/mm2ewM6x619.38x103x68.8=116.1N/mm2WF2X0.7X8X(480-16)2卩总)2+(Tf卩=(罡)2+11612=1501N/mm2160N/mm2(4)节点板尺寸：方法同前，如图A-13所示图A-13节点板B尺寸3.屋脊节点J见图A-14图A-14脊节点J（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便

26、于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=1117.37KN设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm,则需焊缝长度为l二N+16二1117.37灯0+16=327.8mm，取l=375mmw4x0.7xhxfw2x0.7x8x160wff拼接角钢长度取2x375+50=800mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的5%计算。N=1117.37x15%=1167.6kN,设焊脚尺寸为8mm,弦杆一侧焊缝长度为250mm,N2hYlew167.6x1032x

27、0.7x8x（25016）=64N/mm2=124.1N/mm2M6x167.6x103x68.8b=fWF2x0.7x8x（250-16）2ibi1241（匚）2+（T）2-,（-）2+642=120.2N/mm2160N/mm2:1.22f1.22（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算:N=0kN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸f=5mm焊缝长度l40mm,取l=60mmww（4）斜杆J2与节点板连接焊缝的计算N=164.55KN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为mm和5mm,所需焊缝长度为:w3x16455x1032x0.7x6x160+12-81.6mm，取l=100mmw-X1

28、64.55X103肢尖：1=3+10=50mm，取焊缝长度1=60mmw2x0.7x5x160w（4）节点板尺寸：方法同前，如图A-15所示:：；图A-15节点板J尺寸4下弦跨中节点e见图A-16J1fL10L2.51KN图A-16下弦跨中节点e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力=1012.51kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm,则需焊缝长度为1=+16=:+16=298.5mm，取1=300mmw4x0.7xhxfw2x0.7x8x160wff拼接角钢长度不小于2X300+12=612mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的5%计算。N=1012.5

29、1x15%=151.9kN设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm,弦杆一侧需焊缝长度为-X151.9X103肢背：1=3+12=87.4mm，取1=90mmw2x0.7x6x160w-X151.9xlO3肢尖I=+12=49.6mm:,按构造要求，取焊缝长度48mm,w2x0.7x6x160w取l=60mmw(4)节点板尺寸：方法同前，如图A-17所示图A-17节点板e尺寸5端部支座节点abr)o0JNV寸m加劲肋oocj节巨板加劲肋t=14nn1L40140底板vLP42,5V-D图A-18支座节点a(1)为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度:可取为160mm。在

30、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同，厚度同端部节点板为mm。支座底板计算：支座反力R=k2.3296x18.9+0.5x2x52.3296/2=552.01kN取加劲肋的宽度为80mm,考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mmx400mm,偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为A=280x(2x80+12)=59920mm2c验算柱顶混凝土的抗压强度：g=-R=1X=9.2N/mm2f=9.6N/mm2(满足)A59920cn底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的

31、最大弯矩为M=pea22式中g底板下的平均应力，g=9.2N/mm2a2两边支承对角线长，a2=14014/2)2+1002=166.4mm-系数，由b2/a2决定。b2为两边支承的焦点到对角线2的垂直距离。由相似三角形的关系，得140x100166.4=84.1mmb/a22=0.46，查表得卩=0.0576M=0.0576x9.2x166.42=14672.9Nmm底板厚度v6M/f=*6x14672.9/215=20.2mm,取t=25mm2)加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力1的/4，则焊缝受力V=竺3=138x103NM=Ve=138x103x45.

32、7=6.555x106N.mman138x103设焊缝尺寸为6mm,焊缝长度210mm，2h工l_2x0.7x6x(21016)=63.72N/mm2ew6x4.93x106W2x0.7x6x(20016)2F=93.57N/mm26x6.555x1061.22x2x0.7x6x1982)2+(138x1032x0.7x6x198丿2=128.3N/mm2160N/mm2加劲肋高度不小于210mm即可（3）节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力=552.01kN节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度:Yl=2x(300-16丿+4x(100-16-20丿=824mmw55

33、2.01x103设焊缝尺寸8mm,验算焊缝应力1.22xhYi-1.22x0.7x8x824=98.055“曲，满足要求ew4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算：焊缝长度竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=26.33KN,焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸=5mm，l40mm。w斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，同上肢背：l=170mm，w肢尖：l=140mmw下弦杆与节点板连接焊缝计算：N=244.3KN,设焊缝尺寸8mm,需要焊缝长度为肢背：lwlx2443x1032x0.7x6x160+12=133.18mm，取lw=140mm肢尖：lw!x101-81x103+12=37.25mm，l=80mm2x0.7x6x160w六、施工图（见施工图纸）