深圳大学土木工程学院钢结构课程设计作品(常用版).doc

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1、深圳大学土木工程学院钢结构课程设计作品（常用版）(可以直接使用，可编辑 完整版资料，欢迎下载）深圳大学土木工程学院梯形钢屋架课程设计计算书专业：_土木工程_姓名：_学号：_指导老师：_完成日期：_钢结构课程设计考查项目得分参考分计算书计算正确性15书面质量15内容完整性lo图纸表达准确性lo图面质量15内容完整性lo学习态度和认真程度5答辩成绩20总成绩loo评语目录一、设计资料 . 4二、屋架几何尺寸及檩条布置 . 41、屋架几何尺寸 .42、檩条布置 .5三、支撑布置 . 51、上弦横向水平支撑 .52、下弦横向和纵向水平支撑.53、垂直支撑 .54、系杆 .6四、荷载与内力计算 . 61

2、、荷载计算 .62、荷载组合 .63、内力计算 .7三、杆件截面设计 . 81、节点板厚度 .82、杆件计算长度系数及截面形式.83、上弦杆 .84、下弦杆 .85、再分式腹杆 ij-jK .96、竖腹杆 Ii .9四、节点设计 . 111、下弦节点“c”.112上弦节点“D” . 133有工地拼接的下弦节点“k”.154屋脊节点“K” .175支座节点“a”.19五、填板设计 . 24一、设计资料：1、车间平面尺寸为 144m30m，柱距 6m，跨度为 30m，柱网采用封闭结合。车间内有两台15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车。2、屋面采用长尺复合屋面板，板厚 100mm，檩距不大于 180

3、0mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢 C22075202.5，屋面坡度i=l/10。3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高 9.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为 400mm400mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值 fc 14.3N/mm2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4、钢材用 Q235-B，焊条用 E43 系列型。5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如图 1 所示。6、该车间建于深圳近郊。7、屋盖荷载标准值：（l）屋面活荷载 0.50 kN/m2（2）基本风压 w0 0.75 kN/m2（3）复合屋面板自重 0.30 kN

4、/m2（4）檩条自重查型钢表 0.08kN/m2（5）屋架及支撑自重 0.12+0.011L=0.45 kN/m28、运输单元最大尺寸长度为 15m，高度为 4.0m。二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸 屋架上弦节点用大写字母 A, B, C连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母 a, b, c连续编号。由于梯形屋架跨度 L = 30m 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f = L / 500 = 60mm 。屋架计算跨度 l0 = L - 2 0.15 = 30 - 2 0.15 = 29.7m 。起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，

5、实线为起拱后屋架）。运输单元的最大尺寸为长度 15m，高度 4m。此屋架跨度 30m，高度 3.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为 15m，高为 3.3m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。2、檩条布置 采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为 1.5m。檩条跨度 l = 6 ，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。檩条、拉条和撑杆的设置如图 3 所示。三、支撑布置1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑应

6、设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。本车间长度为l44m, 因此需要布置四道横向水平支撑，如图4所示。2、下弦横向和纵向水平支撑 屋架跨度 L = 30m 24m ，且车间内有两台 15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图 5所示。3、垂直支撑 垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。4、系杆 没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋脊和屋檐

7、处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中，檩条长细比 = 194.6 0背风面：q6 = 1.0 0.82 - 1.4 0.375 = 0.295kN/m2 0可见，风吸力不会引起屋架杆件内力由拉力变为压力，不需要考虑该组合。 上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、内力计算 本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），内力计算结果如表 1 所示杆件内力系数（P=1）组合一组合二组合三计算内力名称全跨左半跨右半跨PP1 +P1 +P3 +P3 +(kN)P2P2P4P4AB000000000BC-10.

8、7-7.7-3-162.2-143.3-113.7-122.6-74.2-162.2CD-10.7-7.7-3-162.2-143.3-113.7-122.6-74.2-162.2DE-17.3-11.9-5.4-262.3-228.2-187.3-192.6-125.7-262.3上EF-17.3-11.9-5.4-262.3-228.2-187.3-192.6-125.7-262.3弦FG-20.6-13.3-7.3-312.3-266.3-228.5-220.4-158.6-312.3杆GH-20.6-13.3-7.3-312.3-266.3-228.5-220.4-158.6-312.

9、3HI-21.5-12.5-8.9-325.9-269.2-246.6-215.8-178.7-325.9IJ-21.9-13-8.9-332-275.9-250.1-222.6-180.4-332JK-21.9-13-8.9-332-275.9-250.1-222.6-180.4-332ac5.74.21.586.477.060.066.338.586.4下ce14.410.24.2218.3191.8154.0163.4101.6218.3弦eg19.212.86.4291.1250.8210.4209.6143.7291.1杆gi21.213.18.1321.4270.4238.9220

10、.8169.3321.4ik20.410.210.2309.3245.0245.0187.7187.7309.3aB-11.1-8.2-2.9-168.3-150.0-116.6-129.4-74.8-168.3Bc8.96.32.6134.9118.595.2100.962.8134.9cD-7.5-4.9-2.5-113.7-97.3-82.2-80.8-56.1-113.7斜De5.53.32.383.469.563.256.346.083.4腹eF-4.3-2.1-2.2-65.2-51.3-51.9-39.0-40.1-65.2杆Fg2.80.8242.529.837.419.631

11、.942.5gH-1.60.3-1.9-24.3-12.3-26.1-3.4-26.0-26.0Hi0.4-0.41.860.61.014.9-2.520.260.6/-2.5ij1.53.5-2.1-22.735.30.142.1-15.642.2/-22.7jk2.24.3-2.1-33.446.66.353.2-12.753.2/-33.4Ij0.60.609.19.15.38.62.49.1Aa-1-0.50-15.16-12.01-8.86-9.2-4.05-15.16Cc-1-10-15.16-15.16-8.86-14.35-4.05-15.16竖Ee-1-10-15.16-15

12、.16-8.86-14.35-4.05-15.16杆Gg-1-10-15.16-15.16-8.86-14.35-4.05-15.16Ii-1.5-1.50-22.74-22.74-13.29-21.525-6.075-22.74Kk000000000Ij-1-10-15.16-15.16-8.86-14.35-4.05-15.16三、杆件截面设计1、节点板厚度 对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力（一般在支座处）按下表取用：梯形桁架腹杆内力或三角形屋架弦杆端节间内力 (kN)=180181300301500501700701905中间节点板厚 (mm)68101214支座节点板厚(mm)8

13、10121416本屋架中腹杆最大内力 N = 168.3kN ，因此中间节点板厚取 6mm，支座节点板厚取8mm。2、杆件计算长度系数及截面形式（1）上弦杆面内计算长度系数= 1.0 。根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4），面外计算长度系数= 4.0 。= 4，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短肢相并组成的T形截面。（2）下弦杆与上弦杆类似，面内计算长度系数= 1.0 ，由图 5 可知，面外计算长度= 6m 。下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（3）支座腹杆（Aa、aB） 面内和面外计算长度系数都为 1.0，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（4）再

14、分式腹杆（ij、jK）面内计算长度系数= 1.0 ，面外计算长度采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 形截面。（5）跨中竖腹杆（Kk） 采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为 0.9。（6）其它腹杆面内计算长度系数= 0.8 ，面外计算长度系数= 1.0 ，根据等稳定原则，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。3、上弦杆上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 IJ、JK 杆的最大内力设计，即 N =-332kN 。计算长度= l = 1507mm ， = 4l =6028mm 。截面选用 2110 70 10 ，短肢相并，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A = 34.33

15、4cm 2 ， ix = 1.96cm ， iy = 5.30cm 。（1）刚度验算，满足（2）整体稳定验算 ,因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算长细比，上弦杆绕 y 轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数 = 0.481 ，则，满足4、下弦杆下弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 gi 杆的最大内力设计，即 N = 321.4kN 。计算长度l0x = l = 3000mm ， l0y = 6000mm 。截面选用 280 10 ，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A = 30.35cm 2 ， ix = 2.42cm ， iy =3.59cm 。（1）刚度验算，满足（2）强度验算，满足5

16、、再分式腹杆 ij-jK再分式腹杆在 j 节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力 N jk = 53.2kN ， Nij= 42.2kN ；最大压力 N jK = -33.2kN ， Nij = -22.7kN 。可见，该杆截面由 jK 杆的最大拉力确定，即N = 53.2kN 。计算长度 l0x = l = 2332mm ， l0y = 4290mm 。截面选用 245x4 ，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A = 6.972cm2 ，ix = 1.38cm ，iy = 2.16cm 。（1）刚度验算，满足（2）强度验算，满足6、竖腹杆 Ii杆件轴力为 N = -22.7kN，

17、计算长度l0u = l0v = 0.9l = 0.9 3585 = 3226mm。截面选用256 3 ，十字形截面，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A = 6.686cm 2 ，iu = 2.74cm ， iv = 2.18cm 。（1）刚度验算，满足（2）整体稳定验算上弦杆绕 y轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数 = 0.317 ，则，满足其余杆件的截面设计过程不再一一列出，详见表 2 所示。杆件名称截面特性杆件特性设计参数演算过程结论截面规格A(cm2)ix(cm)iy(cm)计算内力L(mm)应力比上弦IJ、JK2110 70 1034.3341.96 5.30 -3

18、3215071476.89 113.69 115.87 0.459 0.98 满足下弦hi280 1030.352.42 3.59 321.4300012123.97 167.19 0.99 满足斜腹杆aB263 1023.3242.882.99-168.3265611141.28 88.83 89.77 0.340 0.99 满足Bc263 512.2861.94 2.82 134.926560.81109.53 94.35 1.02 满足cD256 816.7341.68 2.60 -113.729420.81140.10 113.30 117.12 0.344 0.92 满足De2504

19、7.7941.54 2.28 83.429420.81152.83 129.09 1.00 满足eF263 49.9561.96 2.80 -65.232010.81130.65 114.31 119.53 0.384 0.79 满足Fg24546.9721.38 2.08 42.532010.81185.57 153.69 0.57 满足gH263 49.9561.96 2.80 -26.034660.81141.47 123.77 0.24 满足Hj24546.9721.38 2.08 60.634660.81200.93 166.41 0.81 满足jK/ij24546.9721.38

20、2.08 53.2233211168.99 111.97 0.71 满足Ij24543.4861.38 2.08 9.1211311153.12 101.45 0.12 满足竖腹杆Aa24546.9722.23 1.78 -15.1621001194.16 118.24 121.51 0.429 0.24 满足Cc24546.9721.38 2.08 -15.1623820.81138.09 114.37 116.82 0.352 0.29 满足Ee25035.9421.55 2.26 -15.1626790.81138.27 118.72 124.18 0.352 0.34 满足Gg2563

21、6.6861.75 2.50 -15.1629760.81136.05 119.22 126.21 0.361 0.29 满足Ii25636.6862.74 2.18 -22.7432730.8195.51 149.93 157.20 0.284 0.56 满足Kk24546.9721.38 2.08 035850.81207.83 172.13 173.76 0.174 0.00 满足Jj24546.9722.23 1.78 -15.1616440.90.966.34 83.31 87.94 0.635 0.16 满足四、节点设计1、下弦节点“c”（1）腹杆与节点板的连接焊缝（a）“Bc”杆

22、杆件轴力N=134.9kN，截面为2L635，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度（b）“Cc”杆杆件轴力N=-15.2kN，截面为2L454，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度（c）“cD”杆杆件轴力N=-113.7kN，截面为2L568，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度（2）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，

23、并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图4所示，从而确定节点板尺寸为280mm300mm。（3）下弦与节点板的连接焊缝下弦与节点板的连接焊缝长度，所受的力为左右两下弦杆的内力差。下弦杆截面为，节点板厚6mm，肢尖与肢背的焊脚尺寸都取焊缝计算长度，取受力较大的肢背处的焊缝应力为，满足2上弦节点“D”（1）腹杆与节点板的连接焊缝（a）“cD”杆“cD”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。（b）“De”杆杆件轴力，截面为，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为、，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度取（2）节点详图根据上

24、述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图5所示，从而确定节点板尺寸为220mm190mm。（3）上弦与节点板的连接焊缝上弦与节点板的连接焊缝长度，所受的力为左右两上弦杆的内力差，以及节点荷载。上弦杆截面为，节点板厚12mm。（a）上弦肢背与节点板的槽焊缝上弦肢背与节点板的槽焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条的角焊缝计算。屋面倾角，节点荷载P的偏心距。槽焊缝所受的应力为（b）上弦肢尖与节点板的连接焊缝上弦肢尖的两条角焊缝承担偏心荷载，偏心距。取焊脚尺寸肢尖焊缝所受的应力为3有工地拼接的下弦节点“k”“k”节点与一般下弦节点的区别在于节点处弦杆中断

25、而需对弦杆进行拼接。（1）拼接角钢的截面和长度 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与原来的角钢相紧贴，并便于施焊，需将拼接角钢顶部截去棱角，宽度为9mm（角钢内圆弧半径），且将垂直肢截去（为角钢厚度），见图6所示。因切割而对拼接角钢截面的削弱考虑由节点板补偿而不计。拼接角钢与下弦杆共有4条角焊缝，都位于角钢的肢尖，承担节点两侧弦杆中较小的内力设计值，对于下弦杆，可偏安全地取。下弦杆截面为，。焊脚尺寸取为所需的拼接角钢总长度为取。（2）下弦杆与节点板的连接角焊缝下弦杆与节点板连接焊缝的计算内力取和两者中的较大值，“c”节点处，下弦杆截面为，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别

26、为、，角焊缝强度设计值。肢背焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度肢尖焊缝焊脚尺寸取所需焊缝长度（3）腹杆与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“Kk”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 4mm ，l1 = 50mm ；肢尖 = 4mm ， l2 = 50mm 。（4）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图6所示。图中，屋架右半边运输单元上的构件必须在工地装配后才能与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。4屋脊节点“K” “K”节点与一般上弦节点的区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。（1）拼接角钢的截面和长度与“k”节点类似，拼接角钢采用上弦杆同号角钢，顶部截去棱角，宽度为10mm，垂直肢截去，见图7所示。拼接角钢与上弦杆共有4条角焊缝，都位于角钢的肢尖，承担节点两侧弦杆中较小截面中的内力设计值。上弦杆截面为，焊脚尺寸取为所需的拼接角钢总长度为（2）腹杆与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“ik”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 4mm ，l1 = 50mm ；肢尖 = 4mm ， l2 = 50mm 。“Kk”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 4mm ，l1 = 40mm ；肢尖 = 4mm ， l2 = 50mm 。（3）节点详图根据上