2022年钢结构设计例题 .pdf

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1、1 梯形钢屋架课程设计一、设计资料（1）题号 40，屋面坡度 1：10，跨度 30m，长度 102m，地点：成都，基本风压：0.10kN/m2,基本雪压：0.25 kN/m2。该车间内设有两台200/50kN 中级工作制吊车，轨顶标高为8.5m。（2）采用 1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度 i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kPa，血荷载标准值为0.1 kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400mm400mm。（3）混凝土采用 C20，钢筋采用 Q235B 级，焊条采用E43 型。（4）屋

2、架计算跨度：l0=30m-20.15m=29.7m（5）跨中及端部高度：采用无檩无盖方案。平坡梯形屋架，取屋架在30m 轴线处的端部高度mh005.20。屋架跨中起拱按500/0l考虑，取 60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如下图：梯形钢屋架支撑布置如下图：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 18 页 -2 1、荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载0.7 kN/m2进行计算。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 18 页 -3 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式2/)11.01

3、2.0(mkNlgk计算，跨度单位为米（m）。荷载计算表如下：荷载名称标准值（kN/m2）设计值（kN/m2）预应力混凝土大型屋面板1.4 1.4 1.35=1.89 三毡四油防水层0.4 0.4 1.35=0.54 找平层(厚 20mm)0.2 20=0.4 0.4 1.35=0.54 80 厚泡沫混凝土保护层0.08 6=0.48 0.48 1.35=0.648 屋架和支撑自重0.12+0.011 030=0.45 0.45 1.35=0.608 管道荷载0.1 0.1 1.35=0.135 永久荷载总和3.23 4.361 屋面活荷载0.7 0.7 1.4=0.98 积灰荷载0.6 0.

4、6 1.4=0.84 可变荷载总和0.3 1.82 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载：kNF629.5565.1)82.1361.4(（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kNF249.3965.1361.41半跨节点可变荷载：kNF38.1665.182.12（3）全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：kNF47.565.1608.03半跨接点屋面板自重及活荷载：kNF31.2365.1)7.089.1(4（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。4、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算

5、简图如下:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 18 页 -4 由数解法解得 F=1 时的屋架各杆件的内力系数(F=1 作用于全跨 左半跨和右半跨).然后进行组合,如下表:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 18 页 -5 杆件名称内力系数(F=1)第一种组合 F第二种组合第三种组合计算杆件内力(kN)全跨左半跨右半跨F1+F2F1F2F3F4F3F4上弦AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC、CD-11.29-8.46-3.46-628.05141-581.69601-499.79601-258.9589-142.4089-628.1

6、5141 DE、EF-18.19-13.05-6.28-1011.8915-927.69831-816.80571-403.6948-245.8861-628.05141 FG、GH-21.58-14.61-8.52-1200.4738-1086.30522-986.55102-458.6017-316.6438-1011.8915 HI-22.43-13.98-10.33-1247.7585-1109.34747-1049.5605-448.5659-363.4844-1200.4738 IJ、JK-22.9-14.45-10.33-1273.9041-1135.4931-1068.0075

7、-462.0925-366.0553-1247.7585 下弦ab 6.02 4.6 1.75 334.88658 311.62698 264.94398 140.1554 73.7219 334.88658 bc 15.18 11.15 4.93 844.44822 778.43682 676.55322 342.9411 197.9529 844.44822 cd 20.14 14.07 7.42 1120.36806 1020.94146 912.01446 438.1375 283.126 1120.36806 de 22.15 14.45 9.42 1232.18235 1106.0

8、5635 1023.66495 457.99 340.7407 1232.18235 ef 21.3 11.66 11.77 1184.8977 1026.9945 1028.7963 388.3056 390.8697 1184.8977 斜腹杆aB-11.32-8.63-3.28-629.72028-585.65808-498.02508-263.0857-138.3772-629.72028 Bb 9.05 6.64 2.95 503.44245 463.96665 403.52445 204.2819 118.268 503.44245 bD-7.56-5.23-2.85-420.55

9、524-382.38984-343.40544-163.2645-107.7867-420.55524 Dc 5.55 3.5 2.51 308.74095 275.16195 258.94575 111.9435 88.8666 308.74095 cF-4.27-2.27-2.45-237.53583-204.77583-207.72423-76.2706-80.4664-237.53583 Fd 2.74 0.95 2.18 152.42346 123.10326 143.25066 37.1323 65.8036 152.42346 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5

10、 页，共 18 页 -6 dH-1.57 0.19-2.14-87.33753-58.50873-96.67413-4.159-58.4713-96.67413 He 0.36-1.23 1.94 20.02644-6.01776 45.90684-26.7021 47.1906 47.1906-26.7021 eg 1.56 3.44-2.3 86.78124 117.57564 23.55444 88.7196-45.0798 117.57564-45.0798 gK 2.28 4.16-2.3 126.83412 157.62852 51.81372 109.4412-41.1414 1

11、57.62852-41.1414 gI 0.65 0.65 0 36.15885 36.15885 25.51185 18.707 3.5555 36.15885 竖杆Aa-0.5-0.5 0-27.8145-27.8145-19.6245-14.39-2.735-27.8145 Cb、Ec-1-1 0-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629 Gd-1-1 0-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629 Jg-1-1 0-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629 Ie-1.5-1.5 0

12、-83.4435-83.4435-58.8735-43.17-8.205-83.4435 Kf 0.17 0.09 0.09 9.45693 8.14653 8.14653 3.0278 3.0278 9.45693 5、杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按IJ、JK 杆件的最大设计内力设计，即N=-1247.76kN 上弦杆计算长度：屋架平面内：为节间轴线长度，即mllox508.10屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取yl0为支撑点间的距离，即yl0=31.508=4.524m 根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选

13、用两个不等肢角钢，短肢相并，如图：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 18 页 -7 腹杆最大内力 N=-629.72kN，查表得中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用 14mm。设=60，查 Q235钢的稳定系数表，得807.0（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属 b 类），则需要的截面积为:2349.7191215807.01076.1247mmfNA需要的回转半径：mmmlioxx1.2560508.1mmlioyy4.7560524.4根据需要 A、xi、yi 查角钢表，选用 218011014，肢背间距 a=12mm，则：A=78002mm，xi=

14、30.8mm，yi=88.0mm 验算：41.510.88452496.488.301508yoyyxoxxilil由于=150，所以满足细长比要求。因为xy，只需求y，查表得y=0.847，则MPaMPaMPaANy21587.1887800847.01076.12473名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 18 页 -8 故所选截面符合要求。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的杆计算.N=1232.18kN mlox3000,14850229700oyl(因跨中有通长系杆),所需截面为:2231.5707.57312151232180cmmmfNA选

15、用 218011012,因oxoyll,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图cmicmicmcmAyx75.8,10.3,31.5740.67223507.16975.8148535077.9610.330000yyyxxxilil故所选截面符合要求。(3)端斜杆 aB 杆件轴力:N=-629.72kN 计算长度:mmlloyox2535因为oyoxll,故采用不等肢角钢,长肢相并,使oyoxll.选用 21409010,则A=44.6cm2，cmix47.4，cmiy73.371.5647.45.253xoxxil96.6773.35.253yoyyil名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整

16、理-第 8 页，共 18 页 -9 因为yx，只需要求y，查表得 0.764，则MPaMPaANy21581.1844460764.01072.6293所以所选截面符合要求。（4）腹杆eKeg此杆可在 g 点处不断开，采用通杆。最大拉力：kNNkNNeggK5756.117,628.157最大压力：kNNkNNgKeg14.44,0798.45在桁架平面内的计算长度取节点中心间距mmlx23060，在桁架平面外的计算长度：cmNNlly95.449)08.4514.4125.075.0(460)25.075.0(1210选用 2635，查表有：1500.14804.395.44915087.1

17、1894.16.23004.3,94.1,26.12002yyyxxxyxililcmicmicmA因yx，只需求y，查表得y=0.31，则MPaMPaANMPaMPaANy21536.128122810628.1572154.118122831.01008.4533拉应力：符合要求（5）竖杆IecmlcmllkNNyx319,2.2553198.08.04435.8300由于杆件内力较小，按150选择，则需要的回转半径为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 18 页 -10 cmlicmliyyxx13.215031970.11502.22500查型钢表，选截面的xi

18、 和yi 较上述计算的xi 和yi 略大。选用 2635，其几何特征为15097.10404.33191505.13194.12.25504.3,94.1,26.12002yyyxxxyxililcmicmicmA因yx，只需求y，查表得y=0.38，则MPaMPaANy2158.178122838.01044.833符合要求。其余各杆见下表：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 18 页 -11 杆件编号内力(kN)计算长度截面规格截面面积回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数计算应力IJ、JK-1247.7585 150.8 452.4 218011014 77

19、.93 3.08 8.8 48.961 51.4091 150 0.847 189.0350996 de 1232.18235 300 1485 218011012 67.42 3.1 8.74 96.7742 169.908 350 182.76 Aa-27.8145 199 199 2635 12.286 1.94 3.04 102.577 65.4605 150 0.538 42.08026545 aB-629.72028 253.5 253.5 21409010 44.522 4.47 3.74 56.7114 67.7807 150 0.764 185.131217 Bb 503.4

20、4245 208.64 260.8 21006 23.864 3.1 4.51 67.3032 57.8271 350 210.96 Cb-55.629 183.2 229 2505 9.606 1.53 2.53 119.739 90.5138 150 0.439 131.9149905 bD-420.55524 229.52 286.9 21007 27.592 3.09 4.53 74.2783 63.3333 150 0.724 210.5238487 Dc 308.74095 228.72 285.9 2706 16.32 2.15 3.33 106.381 85.8559 350

21、189.179 Ec-55.629 203.84 254.8 2505 9.606 1.53 2.53 133.229 100.711 150 0.363 159.533556 cF-237.53583 250.32 312.9 2906 21.274 2.79 4.13 89.7204 75.7627 150 0.621 179.7994558 Fd 152.42346 249.44 311.8 2505 9.606 1.53 2.53 163.033 123.241 350 158.675 Gd-55.629 231.2 289 2505 90606 1.53 2.53 151.111 1

22、14.229 150 0.304 0.020196249 dH-96.67413 271.6 339.5 2706 16.32 2.15 3.33 126.326 101.952 150 0.304 194.8572344 He 47.1906-26.7021 270.8 338.5 2635 12.28 1.94 3.04 139.588 111.349 150 0.347 60.11 Ie-83.4435 255.2 319 2635 12.28 1.94 3.04 131.546 104.934 150 0.381 178.3483803 eg 117.57564-45.0798 230

23、.6 449.95 2635 12.28 1.94 3.04 118.866 148.01 150 0.31 118.4 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 18 页 -12 gK 157.62852-41.1414 230.6 449.95 2635 12.28 1.94 3.04 118.866 148.01 150 0.31 108.02 Kf 9.45693 349 349 2635 12.28 2.45 2.45 142.449 142.449 200 7.7 gI 36.15885 166.32 207.9 2505 9.606 1.53 2.53 10

24、8.706 82.1739 350 37.64 Jg-55.629 120.64 150.8 2505 9.606 1.53 2.53 78.8497 59.6047 150 0.665 87.08373056 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 18 页 -13 6、节点设计(1)下弦节点 b 用 E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值MPaff160。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝mmmmhf68和，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）mmlhmmfhNlmmlhmmfhNlffeffe150,122,86.12416067.02

25、1044.50332231210,162,29.18716087.021044.5033223233取考虑肢尖：取考虑肢背：设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝mmmmhf68和，则所需的焊缝长度为mmlhmmfhNlmmlhmmfhNlffeffe120,122,3.10416067.0210555.42032231180,162,45.15616087.0210555.4203223233取考虑肢尖：取考虑肢背：“Cb”杆的内力很小（-55.629kN），按构造确定焊缝，取fh=5mm。按比例绘出详图，从而确定节点板尺寸为：329mm458mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为45.8cm，fh=6m

26、m。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差kNN56.49989.34445.844，受力较大的肢背处的焊缝应力为MPaMPaf1600.100)12458(67.021056.49975.03焊缝强度满足要求。节点图如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 18 页 -14（2）上弦节点“B”设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝mmmmhf610和，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）mmlhmmfhNlmmlhmmfhNlffeffe180,122,99.16316067.021072.62935.0235.0210,202,7.182160107.

27、021072.62965.0265.033取考虑肢尖：取考虑肢背：为了在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊逢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mmhmmhff10,6122121节点板厚度上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则MPalhPNNkf3.125)12460(67.02)22.1255629()62815075.0(7.02)22.12()(2222211MPaff1288.0上弦肢间角焊缝的切应力为M

28、PalhPNNkf3.25)12460(107.02)22.1255629()62815025.0(7.02)22.12()(2222212160MPa 节点详图如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 18 页 -15（3）屋脊节点“K”设拼接角钢与收压弦杆之间的角焊缝mmhf10，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）mml52.278160107.045.1247758拼接角钢的长度)2(2fshll+弦杆杆端空隙，拼接角钢角度取620mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处演算略。上弦脂尖与节点板的连接焊缝，应按

29、上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝mmhf10，取节点板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为mml220)20102/500(，焊缝应力为MPaNf77.60220107.025.124775815.0MPaMf21.139220107.02845.124775815.062MPaMPaMfNf16028.12922.121.139)77.60(22.1)(2222因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点下弦中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板连接用工厂焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与

30、上几个节点相同。节点详图如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 18 页 -16（4）支座节点”A”(a)支座底板的计算.支左反力 R=556290N 设支座底板的平面尺寸采用280mm400mm,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 280234=655202mm。验算柱顶混凝土的抗压强度：MPafMPaARcn5.1249.865520556290支座底板的厚度按屋架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222aM底板下的平均应力，即=8.49MPa;22a 两边

31、支承之间的对角线长度，即mma6.172110)214140(222；2系数，由22/ab查表确定。2b 为两边支承的的相交点到对角线2a 的垂直距离。由此得49.06.1728.84,8.846.172133110222abmmb查表得2=0.0586，则单位宽度的最大弯矩为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 18 页 -17 mmNaM3.148216.17249.80586.02222底板厚度为mmfMt3.202153.1482166，取 t=22mm（b）加劲肋与节点板的连接焊逢计算。加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如右图：偏于安全的假定一个加

32、劲肋的受力屋架支座反力的1/4，即 556290/4=139072.5N，则焊缝内力为V=139072.5 则M=139072.565=9039712.5mmN设焊缝mmhf6，焊缝计算长度mml4961220528，则焊缝应力为MPaMPa16056.40)22.149667.0265.9039712()49667.025.139072(222（b）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=556290N，其中每块加劲肋各传R/4=139072.5N，节点板传递 R/278145N。节点板与底板的连接焊缝长度mml156)1220110(2所需焊缝尺寸为mmRhf52.622.11601567.05.13907222.11601567.04/故取mmhf8。节点详图如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 18 页 -18 其他节点的计算不在一一列出，详细的施工构造见施工图。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 18 页 -