钢结构课程设计参考示例.pdf

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1、 1 参考实例：钢结构课程设计例题 、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 27m.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20.屋面采用 1.5m6.0m 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。6kN/，雪荷载标准值为 0。75kN/，积灰荷载标准值为 0.5kN/。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 400mm400mm，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 Q235AF，其设计强度 f=215kN/，

2、焊条采用 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=270002150=26700mm，端部高度：h=2000mm(轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图 1 所示。图 1 屋架形式及几何尺寸 2 屋架支撑布置见图 2 所示。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 2 屋架支撑布置图 3 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 放水层(三毡

3、四油上铺小石子)0。35kN/找平层(20mm 厚水泥砂浆)0。0220=0。40kN/保温层（120mm 厚泡沫混凝土)0。12*6=0.70kN/预应力混凝土大型屋面板 1。40kN/钢屋架和支撑自重 0。12+0.01127=0.417kN/管道设备自重 0.10 kN/总计 3.387kN/可变荷载标准值 雪荷载 0。75kN/积灰荷载 0。50kN/总计 1。25kN/永久荷载设计值 1.23。387=4.0644 kN/（由可变荷载控制）可变荷载设计值 1。41。25=1。75kN/2。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

4、P=（4。0644+1。75）1。56=52。3296 kN 组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 1P=4.06441.56=36。59 kN 2P=1。751。56=15。75 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 屋架上弦节点荷载 3P=0。4171.21.56=4.5 kN 4P=(1.41。2+0.751。4）1。56=24.57 kN 3.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 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

5、侧对称均匀铺设面板,则可避免内力变号而不用组合三.4 注:表内负责表示压力；正值表示拉力 图 3 屋架接点图 杆件名称 全跨 左半跨 右半跨PP1P2 P1P2 P3P4P3P4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-

6、398.59-249.95-1024.72GHIJ-20.14-12.19-9.44-1117.37-967.11-915.14-390.14-322.57-1117.37a-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-e18.259.809.801012.51852.81852.81322.91322.911012.51A

7、a-0.50-0.500.00-27.74-27.74-18.29-14.54-2.25-27.74Ba-11.16-8.22-3.54-619.16-563.59-475.14-252.19-137.20-619.16Bb8.966.293.21497.10446.64388.43194.87119.19497.10Cb-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.

8、06103.5391.74304.03Ec-1.50-1.500.00-83.22-83.22-54.87-43.61-6.75-83.22E10.730.730.0040.5040.5026.7021.223.2940.50c1-4.56-1.78-3.35-252.99-200.45-230.12-64.25-102.83-252.99F1-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48G1-3.76-0.98-3.35-208.60-156.06-200.86-41.00-99.23-208.60Gd-2.26-2.930.51-125.

9、38-138.05-73.03-82.162.362.36 -138.05Hd0.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.000.000.00-156.06I20.000.000.000.000.000.000.000.000.00J2d2.693.50-0.61149.24164.5586.8798.10-2.88164.55 -2.88Je0.000.000.000.000.000.000.000.000.00 屋架杆件内力组合表 表1 5 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

10、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，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Oxl=150.8cm 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：Oyl=3000cm 因为 2OxlOyl，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 4 图 4 上弦截面 设=60，查轴心受力稳定系数表，=0。807 需要截面积*A=fN.=2158070103711173.=64402mm 需要回转半径*xi=601508oxl=2.51 cm*yi=603000o

11、xl=5.00 cm 根据需要的*A、*xi、*yi 查角钢型钢表，初选 2 L 16010014，A=69402mm，xi=2.80cm，yi=7。86m。按所选角钢进行验算 x=xoxil=828150.=52。9=150 6 y=yoyil=867300.=38=150 由于51016030005605604111416011./.b/l./t/boy 则:444167524130014116737521734224221.).(.)b.tl(tb.oyyz=150 由于 yyzx，只需求出xmin,查轴心受力稳定系数表，x0。8384 694083840103711173.ANx=19

12、2N/2mm215 N/2mm 所选截面合适。2。下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Oxl=4500mm 屋架平面外根据支撑布置取Oyl=13350mm 计算需要净截面面积*A=215105211693.fN=5439.62mm 选用 2 L1409014（短肢相并），见图 5.图 5 下弦截面 A=69402mm，xi=2.51cm，yi=6。93cm。按所选角钢进行截面验算，取AA n（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于 100mm，则可不计截面削弱影响)6100105211693.ANn=191。7 N/2mm215

13、 N/2mm x=xoxil512450.=179.3=250 7 y=9361335.ilyoy192.6=350 所选截面满足要求。3.端斜杆 Ba 已知 N-619.16kN,OxlOyl253。9cm 因为OxlOyl，故采用等肢角钢，使xiyi 选用角钢2 L 10012，见图 6 图 6 端斜杆 Ba A45602mm，xi3。03cm，yi4。64cm 截面刚度和稳定验算 x=0339253.ilxox=83。8 =150 y=6449253.ilyoy=54.7 =150 由于1092535805803832110/.b/l./t/boy=14.73 5572192531047

14、50175447501224224.).(.)tlb.(oyyyz xmin0.6624 45606624010166193.ANx205N/2mm215 N/2mm 所选截面满足要求。填板放两块，a=84。6 cm40 xi=403.03=121.2 cm 4。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Oxl=0.8l=0。82622=2097.6mm 8 屋架平面外根据支撑布置取Oyl=2622mm 选用 2 L1006，见图 7。图 7 斜杆 Bb A=23862mm,xi=3。10cm，yi=4.44cm。23681014973.AN=208。34 N/

15、2mm215 N/2mm x=xoxil10376209.=67.7=350 y=4442262.ilyoy59.1=350 所选截面满足要求。填板放两块，a=87。4cm80 xi=803.10=248cm 5。再分腹杆 c1G 1N1cN=-252.991kN,2N1GN=-208。6kN,1=4174 mm 计算长度:屋架平面内取节点间轴线长度Oxl=0.8l=0.82087=1669.6mm 屋架平面外根据支撑布置取 Oyl=1（0.75+0。2521NN）=4174(0。75+0.25620899252.)=4396mm 选用 2 L1006,见图 8。9 图 8 再分腹杆 c1G

16、图 9 中竖杆 Je A=23862mm,xi=3.10cm,yi=4。44cm。x=xoxil10396166.=53。9=350 y=4446439.ilyoy99=350 由于1064395805807166010/.b/l./t/boy=25。5 810560643910475019947501224224.).()tlb.(oyyyz yzmin0.5182 23865128010992523.ANyz204。6N/2mm215 N/2mm所选截面满足要求 填板放两块，a=109.9cm40 xi=403.10=124cm 6.中竖杆 Je 已知 N0，ll9.000.9 33530

17、1.5cm 中间竖杆选用 2 L756 的角钢,并采用十字形截面，见图 9 A=17.62cm,4520.ix cm，91253010.ilxoox=103.6=150 所选截面满足要求 填板放五块,a=60。3cm400 xi=402。45=98cm 其余各杆件截面选择过程不一一列出,计算结果见表 2 10 杆件 名称 内力 设计值 N（KN）计算长度（cm）选用截面 截面积 A（2cm）回转半径(cm）max min 计算应力（N/2mm）填板(块)xl0 yl0 xi yi 上弦杆 1117.37 150.8 300 短肢相并 2L160*100*14 69.4 2.80 7.86 53

18、.9 150 0.8384 192 2（3）下弦杆 1169。5 450 1335 短肢相并 2L1409014 61 2.51 6。93 179。3 350/191.7 1（2）Aa-27。74 201.5 201。5 T 型截面 2L50*5 17.6 1.53 2.53 131.7 150 0.3795 41.5 2 Ba 619.16 253.9 253.9 T 型截面 2L10012 45.6 3.03 4.64 83.8 150 0.6624 205 2 Bb 497。1 209.76 262。2 T 型截面 2L100*6 23。86 3.10 4.44 67。7 350/208

19、.3 2 Cb 55.48 184 230 T 型截面 2L50*5 9。6 1。53 2。53 120。3 150 0.6624 136.1 2 Db-412.77 229。84 287。3 T 型截面 2L10012 45。6 3。03 4。46 75。9 150 0.7146-125.7 2 Dc 304。03 229.84 287。3 T 型截面 2L75*6 17。6 2。31 3。53 99。5 350/172。7 2 Ec 83.22 208 260 T 型截面 2L756 17。6 2。31 3。53 97。7 150 0.5701-82.9 2 E1 40。50 151。2

20、189 T 型截面 2L505 9。6 1。53 2。53 98.8 350/42。21 1 F1-55。48 104 130 T 型截面 2L505 9。6 1.53 2。53 68 150 0。763-75.7 1 c1-252。99 166.96 439.6 T 型截面 2L1006 23.86 3.10 4.44 105。8 150 0.5182-204.6 2 G1-208。6 Gd 2.36 261.2 326。5 T 型截面 2L75*6 17.6 2.31 3。53 113 150/1.34 2 138.05 250 0。475-165。7 2 Hd 0.00 244 305

21、T 型截面 2L756 17。6 2。31 3。53 105 150 0。523 0.00 2 H2 0。00 162。8 203.5 T 型截面 2L505 9.6 1.53 2.53 106.4 150 0。514 0。00 2 I2 0.00 137.25 152.5 T 型截面 2L505 9。6 1。53 2。53 79.7 150 0.688 0。00 1 J2-d2 164。55 179.92 449。8 T 型截面 2L75*6 17.6 2。31 3。53 129。6 350/93。5 2-2。88 150 0。688-4.2 2 Je 0.00 301。5 301。5 十字

22、型截面 2L75*6 17。6 mini=2。91 mini=2。91 103.6 150/0.00 2 11 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 2/160mmNfwf 各杆件内力由表 2 查得，最小焊缝长度不应小于fh8 1.下弦节点 b 见图 10 图 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 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为：肢背:1606702101497323.lw+12=285。6mm，取wl270mm 肢尖:1605702101497313.lw+10=158mm，取wl17

23、0mm（2）斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算：N=412.77kN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为 肢背：16067021077421323.lw+12=216.7，取wl250mm 肢尖：16057021077412313.lw+10=132.8，取wl150mm（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fh=5mm 焊缝长度wl40mm，取wl=60mm 12 (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=1828.87-329499.87KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为

24、6mm，所需焊缝长度为：肢背：16067021087499323.lw+12=260，取wl300mm 肢尖:16067021087499313.lw+12=136，取wl150mm(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 11 所示 图 11 节点板 b 尺寸 2.上弦节点 B 图 12 上弦节点 B(1)斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 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 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为

25、肢背：160107021016619323.lw+20=184。27，取wl200mm 13 肢尖：160670210196619313.lw+12=165.6，取wl180mm（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：wffwfhPl7.02+10=1605702103296523.+10=59。51mm，取wl=

26、65mm 上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=619.38-0。0619。38kN 偏心距 e=10024。375。7mm 设肢尖焊脚尺寸 8mm，设需焊缝长度为 480mm，则 2361181648087021036162mm/N.)(.lhNwef 223111616480870286810386196mm/N.)(.WMFf 222222160115011162216118221mm/Nmm/N.).()().(ff （4)节点板尺寸：方法同前，如图 13 所示 图 13 节点板B 尺寸 14 3.屋脊节点 J 见图 14 图 14 屋脊节点 J （1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：

27、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 167.04wffwfhNlmm.8327161608702103711173，取wl=375mm 拼接角钢长度取2375+50800mm（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 15%计算.N=1117.3715%1167.6kN，设焊脚尺寸为 8mm，弦杆一侧焊

28、缝长度为 250 mm，23641625087021061672mm/N)(.lhNwef 22311241625087028681061676mm/N.)(.WMFf 2222221602120642211124221mm/Nmm/N.).()().(ff（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fh=5mm 焊缝长度wl40mm，取wl=60mm（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 6mm 和 5mm,所需焊缝长度为:15 肢背：mm.lw6811216067021055164323

29、，取wl=100 mm 肢尖:mm.lw501016057021055164313，取焊缝长度wl=60mm（4）节点板尺寸：方法同前，如图15 所示 图 15 节点板 J 尺寸 4.下弦跨中节点e 见图 16 图 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 N=1012。51kN 设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为 167.04wffwfhNlmm.5298161608702105110123，取wl=300mm 拼接角钢长度不小于2300+12=612mm 16（2)弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15计算.kN.%.N9

30、15115511012 设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为 肢背：mm.lw487121606702109151323，取wl=90mm 肢尖mm.lw649121606702109151313：，按构造要求，取焊缝长度wl 48mm，取wl=60mm(4）节点板尺寸：方法同前,如图 17 所示 图 17 节点板 e 尺寸 5。端部支座节点 a 图 18 支座节点 a 17（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，故可取为 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同,厚度同端部节点板为 14mm。支座底板计算：

31、支座反力 kN./.R015522329652250918329652 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 280mm 400mm，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 25992012802280mm)(Ac 验算柱顶混凝土的抗压强度：2236929599201001552mm/N.fmm/N.ARcn (满足）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最大弯矩为 22M 式中-底板下的平均应力，=9.2N/2mm 2-两边支承对角线长,2=mm.)/(416

32、610021414022-系数，由22/b决定。2b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 41661001402.b=84.1mm 22/b=0.46，查表得0.0576 M=0。05769。2166。4214672。9mmN 底板厚度21591467266/.f/M=20.2mm，取 t=25mm（2）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的 1/4，则焊缝受力 N.V331013841001552 mm.N.VeM6310555674510138 设焊缝尺寸为 6mm，焊缝长度 210mm，18 23726316210670210138

33、2mm/N.)(.lhNwef 226/57.93)16200(67.021093.46mmNWMFf 222322622160312819867021013819867022211055566221mm/Nmm/N.).().()().(ff 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R=552。01kN 节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度:mm)()(lw82420161004163002 设焊缝尺寸8mm，验算焊缝应力 23055988248702211001552221mm/N.lh.Rwef，满足要求 （4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算: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mmhf5，焊缝长度wl40mm.斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，同上 肢背:wl=170mm，肢尖：wl140mm 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：mmlw18.1331216067.02103.244323，取wl=140mm 肢尖：mmlw25.371216067.021081.101313，wl80mm 六、施工图（见图纸，略）