1、.鋼結構課程設計設計題目廠房鋼屋架設計學 院 專 業 年 級 姓 名 指導教師 （2011年9月）1.設計資料某車間跨度30 m，長度102 m，柱距6 m。車間內設有兩臺20 / 5 t中級工作制吊車，計算溫度高于20 ，地震設計烈度為7度。采用1.5 m 6 m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，8 cm厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。雪荷載為0.5 kN / m，積灰荷載為0.6 kN / m。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400 mm 400 mm,混凝土標號為C20。要求設計鋼屋架并繪制施工圖。2.屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置采用無檁屋蓋方案，i=1/10，采

2、用平坡梯形屋架。屋架計算跨度300 = 29700 mm,端部高度取= 1990 mm，中部高度= 3490 mm（為/ 8.5），屋架桿件幾何長度見施工圖（跨中起拱按/500考慮）。根據建造地區的計算溫度和荷載性質，鋼材采用Q235B。焊條采用E43型，手工焊根據車間長度，屋架跨度和荷載情況，設置上、下弦橫向水平支撐，垂直支撐和系桿，見屋架幾何尺寸、內力及支撐布置圖。因連接孔和連接零件上有區別，圖中給了W1、W2和W3三種編號。3.荷載和內力計算（1）荷載計算兩氈三油上鋪小石子 0.35 kN/m找平層（2 cm厚） 0.40 kN/m泡沫混凝土保溫層（8 cm厚） 0.50 kN/m預應力

3、混凝土大型屋面板（包括灌縫） 1.40 kN/m懸掛管道 0.10 kN/m屋架和支撐自重 0.12+0.011L=0.12+0.1130+0.45 kN/m_恒荷載總和 3.20 kN/m活荷載（或雪荷載） 0.50 kN/m積灰荷載 0.60 kN/m_可變荷載總和 1.10 kN/m屋面坡度不大，對荷載影響小，未予考慮。風荷載對屋面為吸力，重屋蓋可不考慮。（2）荷載組合一般考慮全跨荷載，對跨中的部分斜桿可考慮半跨荷載，本方案在設計桿件截面時，將跨度中央每側各兩根斜腹桿均按壓桿控制其長細比，不必考慮半跨荷載作用情況，只計算全跨滿載時的桿件內力。節點荷載設計值：按可變荷載效應控制的組合：=（

4、1.23.21.40.51.40.90.6）1.56 = 47.7 kN其中，永久荷載，荷載分項系數=1.2； 屋面活荷載或雪荷載，荷載分項系數=1.4；組合系數=0.7；積灰荷載，=1.4，=0.9。按永久荷載效應控制的組合：=（1.353.21.40.50.71.40.90.6）1.56 = 50.1 kN其中，永久荷載，荷載分項系數=1.35；屋面活荷載或雪荷載，荷載分項系數=1.4；組合系數=0.7；積灰荷載，=1.4，=0.9。故截點荷載取為50.1 kN，支座反力為=10= 501 kN。（3）內力計算用圖解法或數解法皆可解出全跨荷載作用下屋架桿件的內力。其內力設計值見布置圖。4.

5、截面選擇腹桿最大內力559.9 kN，查 Q235鋼單壁式焊接屋架節點板厚度選用表，選用中間節點板厚度為t=12 mm，支座節點板厚度 14 mm。（1）上弦整個上弦不改變截面，按最大內力計算；=-1123.5 kN，= 150.8 cm，= 300.0 cm（取兩塊屋面板寬度）。選用214012，A=65.0 cm，=4.31 cm，= 6.23 cm= 35= 48.2=150，= 0.87（b類）雙角鋼T型截面繞對稱軸（y）軸應按彎扭屈曲計算長細比=11.6=12.4，= 48.2= 55故由=55，按b類查b類截面軸心受壓構件的穩定系數表，得=0.833 =207.5N/mm f =2

6、15 N/mm填板每個節間放一塊（滿足范圍內不少于兩塊），=75.4cm40i =404.31=172.4cm。(2)下弦下弦也不改變截面，按最大內力計算。=1099.7kN，=300 cm，=1500 cm，連接支撐的螺栓孔中心至節點板邊緣的距離約為100 mm (de節間)，可不考慮螺栓孔削弱。選用218011010(短肢相并)，A=56.8cm,=3.13cm,=8.71cm=96 = 350=172 = 350 =193.6N/mm215 N/mm填板每個節間放一塊，=150 cm80i=805.8=464 cm。（3）斜腹桿桿件B-a：N=-559.9kN，=253.5 cm選用21

7、409010（長肢相連），A=44.6 cm，=4.47cm，=3.73cm=56.7 = 150=68 = 150=9.0=13.52，=68=75.6，故由按b類查b類截面軸心受壓構件的穩定系數表，得=0.716=175.3 N/mm215 N/mm填板放兩塊，=84.5cm40i= 402.59=103.6 cm。桿件K-g：N=115.8kN，g-e：N= 79.6kN，內力不大，按受壓桿長細比控制截面（跨中腹桿在半跨荷載作用下，內力變號）。=230.6 cm，=461.1cm。選2705，A=13.74 cm，=2.16 cm，=3.31 cm=107150=139150=84.3

8、N/mmf = 215 N/mm填板各放兩塊，=76.9 cm40i= 402.16 =86.4 cm。桿件G-d：N= -50.1kN，=231cm，=289cm，內力較小可按選擇截面。= 1.54 cm= 1.93 cm選用2505，A=9.60 cm，=1.53 cm，=2.53 cm，填板放三塊，= 72.2 cm，略大于40 i = 401.53= 61.2 cm。但實際節點板寬度較大，故仍可夠用。其余桿件截面選擇見屋架桿件截面選用表。需要注意的是連接垂直支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜截面計算長度=0.9，其他腹桿除A-a、B-a、k-g和g-e外，=0.8l。5.節點設計（1）

9、下弦節點“b”先算腹桿與節點板的連接焊縫：B-b桿肢背及肢尖焊縫的焊角尺寸取=8mm，=6mm，則所需焊縫長度（考慮起滅弧缺陷）：肢背=+28=183mm，用190mm；肢尖=+26=124mm，用130mm。腹桿D-d和C-b的桿端焊縫內力差N=754.8 - 299.7=455.1kN。由斜腹桿焊縫決定的節點板尺寸，量的實際節點板長度是44.5cm,角焊縫計算長度= 44.5-1.2 = 43.3cm,采用=6mm,肢背焊縫應力為：=83.5N/mm(2)上弦節點“B”腹桿B-b、B-a的桿端焊縫計算從略。這里驗算上弦與節點板的連接焊縫：節點板縮進8mm，肢背采用塞焊縫，承受節點荷載Q=5

10、0.1kN，= 6mm,=46-1.2= 44.8cm=13.3N/mm= 1.22160 = 195.2N/ mm肢尖焊縫承弦桿內力差N = 558.7-0= 558.7kN,偏心距e =14-2.5 = 11.5 cm,偏心力矩M=Ne= 558.711.5 = 64.25kNm，采用=10mm，則對：= 89N/mm對M有：=137 N/mm則焊縫強度為：=143.3 N/ mm160 N/ mm（3）屋脊節點“K”腹桿桿端計算從略。弦桿與節點板連接焊縫受力不大，按構造要求決定焊縫尺寸，一般可不計算。這里只進行拼接計算，拼接角鋼采用與上弦桿相同截面214012，除倒棱外，豎肢需切去= t

11、+5mm=12+ 10+5= 27mm，取=30mm，并按上弦坡度熱彎。拼接角鋼上弦連接焊縫在接頭一側的總長度（設=10mm）=1003mm共四條焊縫，認為平均受力，每條焊縫實際長度：=271mm拼接角鋼總長度為：l=2+20=2271+20 = 562mm取拼接角鋼長度為700mm。（4）支座節點“a”桿端焊縫計算從略。以下給出底板等的計算。底板計算支反力=501kN，混凝土強度C20，=9.6 N/ mm，所需底板凈面積：=52188 mm=521.9 cm錨栓直徑d=25mm，錨栓孔直徑為50mm，則所需底板毛面積：A=+=521.88+245+=581.5 cm按構造要求采用底板面積為

12、ab=2828=784 cm581.5 cm，墊板采用10010020，孔徑26mm。實際底板凈面積為：=724.4 cm底板實際應力q =6.92 N/ mm=18.9cm=9.43cm=0.5，查表得 =0.056，則：=13843N/mm所需底板厚度：t=20.13mm用t=22mm，底板尺寸為28028022 。加勁肋與節點板連接焊縫計算一個加勁肋的連接焊縫所承受的內力取為=125.3kN，M=Ve=125.36.65=833.2kNcm。加勁肋高度、厚度取與中間節點板相同（即49514012）。采用=6mm，驗算焊縫應力：對V=30.9 N/mm對M=25.5 N/mm=37.3 N

13、/mm160 N/mm節點板、加勁肋與底板連接焊縫計算采用=8mm，實際焊縫總長度：= 2(28+11.82)-120.8 = 93.6 cm焊縫設計應力：=95.6 N/mm=1.22160=195.2 N/mm屋架桿件截面選用表桿件名稱桿件號內力設計值N(kN)計算長度(m)所用截面截面積A ( mm)計算應力（N/ mm)容許長細比桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫(mm)填板數上弦桿I-J J-K-1123.51.5083.01621401265207150每節間1下弦桿d-e1099.73.00015.00021801101056.8193.6350每節間1腹桿A-a-25.11.9901

14、.990263512.338.01502B-a-559.92.5352.5352140901044.6175.315010-1906-1702B-b449.60.82.608=2.0862.608280621.22123508-1906-1302C-b-50.10.82.290=1.8322.29025059.6118.91502D-b-370.70.82.869=2.2952.8692100623.8216.31508-1606-1102D-c279.30.82.859=2.2872.859270513.71203.33506-1705-1102E-c-50.10.82.590=2.0722.59025059.6143.41503F-c-211.10.83.129=2.5033.129290621.21601506-1305-802F-d135.20.83.119=2.4953.11925059.6140.83505-1205-802G-d-50.10.82.890=2.3122.89025059.6171.71503H-d-76.90.83.395=2.7163.395270513.74137.21506-805-803H-e-31.30.83.385=2.7083.385263512.373.31503I-e-75