钢结构课程设计
专 业： 土 建 系
班 级： 08级建工（2）班
姓 名： 邵文凡
目录
一 设计资料……………………………………………………..（3）
二 结构形式与布置……………………………………………..（3）
三 荷载计算……………………………………………………..（4） 四 内力计算……………………………………………………..（5）
五 杆件设计…………………………………………………….（6）
.
六 节点设计…………………………………………………….（14） 一、设计资料
1、根据任务书的已知条件：梯形钢屋架跨度27m，长度90m，柱距6m。该车间内设有两台20/5 t中级工作制吊车 ，两端铰支于钢筋混凝土阶梯柱上，上柱采用截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C30。屋面采用1.5m×ftd vs ks6m预应力混凝土大型屋面板，板面以上依次为：三毡四油防水层、20mm厚水泥砂浆平层、80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i＝1/10。屋面活荷载标准值为0.5 kN/m2，雪荷载标准值为0.4 kN/m2，积灰荷载标准值为0.3 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度：lo=27-2×0.15=26.7m。
3、跨中及端部高度：本次设计为无檩体系屋盖，采用缓坡梯形屋架，取屋架在27m轴线处的端部高度h’o=2000mm，屋架的中间高度h=2844mm，屋架在26.7m处，两端高度为ho= 2005m。屋架跨中起拱按lo/500考虑，取53mm。
二、结构形式与布置
屋架型式及几何尺寸如图1-1所示。
图1-1梯形屋架的形状和几何尺寸
根据厂房长度（90m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、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。在上弦平面设置了刚性系杆与柔性系杆，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1-2所示。 垂直支撑1-1
垂直支撑2-2
桁架上弦支撑布置图
桁架下弦支撑布置图
图1-2 梯形屋架支撑布置
三、荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。因此，取屋面活荷载0.3kN/m2进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式gk=(0.12+0.011×l)kN/m2计算。荷载计算见表1-3：
设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合，在组合时，偏于安全不考虑屋面活荷载的组合值系数。
表1-3 荷载计算
荷载名称 | 标准值（kN/m2） | 设计值（kN/m2） |
永久荷载 | 预应力混泥土大型屋面板 | 1.4距离保护 | 1.4×1.35=1.89 |
三毡四油防水层 | 0.4 | 0.4×1.35=0.54 |
平层（厚20mm） | 0.02×20=0.4 | 0.4×1.35=0.54 |
100mm厚泡沫混凝土保温层 | 0.1×8=0.8 | 0.8×1.35=1.08 |
屋架和支撑自重 | 0.12+0.011×27=0.417 | 0.417×1.35=0.563 |
永久荷载总和 | 3.417 | 4.613 |
可变荷载 | 屋面活荷载 | 0.5 | 0.5×1.4=0.7 |
可变荷载总和 | 0.5 | 0.7 |
| | | |
全跨节点永久荷载+全跨可变荷载。全跨节点永久荷载及全跨可变荷载为
F=(4.613+0.7) ×1.5×6=47.817kN
（1） 全跨节点永久荷载+半跨节点可变荷载。
全跨节点永久荷载为
F1=4.613×1.5×6=41.517kN
半跨节点可变荷载为
F2=0.7×1.5×6=6.3kN
（2） 全跨节点屋架（包括支撑）自重+半跨节点屋面板自重+半跨屋面活荷载。
全跨节点屋架自重为
F3=0.563×1.5×6=5.067 kN
半跨节点屋面板自重及活荷载为
F4=（1.89+0.7）×1.5×6= 23.31kN
上面的计算中，（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。
四、内力计算
屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图1-4所示。
（a）
（b）
（c）
图1-4 屋架计算简图
由图解法或数解法得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如表1-5所示。
五、杆件设计
1.上弦杆。整个上弦杆采用等截面，按（21）、（22）杆件的最大设计内力设计，即N=-1019.066KN。
上弦杆计算长度计算如下。
在屋架平面内：为节间轴线长度，即 lox=l0=1.503cm
在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取loy为支撑点间的距离，即 loy=3×1.503=4.509m
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如1-6图所示。（注：腹杆最大内力N=-482.369KN，中间板厚度选用10mm，支座节点板选用12mm。）
设λ=60，钢材采用Q235，查附表12-2稳定系数表，可得φ=0.807（由双角钢组
2L160x100 x12
图1-6 上弦杆截面
表1-5
成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为
mm
需要的回转半径为
根据需要的A、ix、iy查附录14、附录15，选用 2L160x100 x12 ，肢背间距a=10mm则由附录14查的ix =28.2mm；由附录15查的A=6011mm2，iy=77.5mm。
按所选角钢进行验算：
由于>，由查附表12-2得，则
Mpa<215Mpa
所以所选截面合适。
2.下弦杆。整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的（4）杆计算，则N=1009.15KN。
l0x=3000mm,l0y=26700/2=13350mm(因跨中有通长系杆)，所需截面面积为
A=N/ƒ=1009195/215=4693.93mm2
选用2L160×100×10，如图1-7所示。查附录14、附录15可得A=5063 mm2>4693.93mm2,ix=2.846cm,iy=7.7cm。
u型池
2L160×100×10
图1-7 下弦杆截面
按所选的角钢进行验算：
=350
=350
因此，所选截面合适。
3.端斜杆（31）。杆件轴力为N=482.369KN，计算长度l0x=l0y=2496mm。
因为l0x=l0y，故采用不等边角钢，长肢相并，使ix≈iy。选用2L125×80×10，如图1-8所示。则查附录14、附录15可得A=3942mm2，ix=3.98cm，iy=3.31cm。
2L125×80×10
图1-8 端斜杆截面
按所选角钢进行验算：
因>，则由查附表12-2得，则
Mpa<215Mpa
因此，所选截面合适。
4.腹杆（40）。最大拉力：N=9.101KN
最大压力：N=-61.715KN
计算长度l0x=0.8l=0.8×3056=2444.8mm，l0y=3056mm
选用2L63体验台×4，如图1-9所示，查附录13可得A=996mm2，ix=1.96cm，iy=2.94cm。
按所选角钢进行验算：
因<，则由查附表12-2得，则
Mpa<215Mpa
因此，所选截面合适。
2L63×4
图1-9 腹杆截面
5.竖杆（42）。杆件轴力为：N=-47.664KN
计算长度l0x=0.8l=0.8×2750=2200mm，l0y=2750mm
选用2L56×4，如图1-10所示，查附录13可得A=878mm2，ix=1.73cm，iy称量室=2.67cm。
按所选角钢进行验算：
因<，则由查附表12-2得，则
Mpa<215Mpa
因此，所选截面合适。
2L56×4
图1-10 竖杆截面
在此，其他各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表1-11。
表1-11
表1-11
表1-11
六、节点设计
（1）下弦节点“4”（见图1-12）。各杆件的内力由表1-5查的。
设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即hf和lw，然后根据l=地下水净化设备lw+2hf的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。采用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=160Mpa。
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