鋼結構課程設計報告

1、 設計資料：北京地區(qū)某金工車間。采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架。廠房長度為72m，跨度為27m，柱距6m，廠房高度為15.7m。車間內設有兩臺200/50kn中級工作制吊車，計算溫度高于-20。采用三氈四油，上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找平層，厚泡沫混凝土保溫層，1.5m*6m預應力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載0.3kn/m2，屋面活荷載0.3kn/m2，雪荷載為0.4kn/m2，風荷載為0.45kn/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm*400mm，混凝土標號為c20。要求設計鋼屋架并繪制施工圖。一、 鋼材及焊條1、 鋼材選用（1） 結構的重要性對于重型工業(yè)建筑結構、大跨度結

2、構、高層或超高層民用建筑結構和重級工作制吊車梁等都是重要的一級結構。（2） 荷載的性質結構構件承受的為靜力荷載（3） 連接方法為焊接類型，結構不可避免地會產生殘余應力、殘余變形及各種焊接缺陷，有導致結構產生裂紋或脆性斷裂的危險。（4） 工作環(huán)境計算溫度高于-20。綜上：結構構件承受的為靜力荷載在-20，焊接結構，選擇q235b2、 焊條選用對q235b型鋼焊件用e43系列型焊條。二、 鋼屋架的外形和幾何尺寸1、 屋架外形選用梯形屋架、平行弦2、 幾何尺寸（1） 屋架計算跨度 27000-2*150=26700mm（2） 屋架的高跨比h/l應在經濟范圍內，選擇=1/10。（3） 腹桿體系采用節(jié)間

3、為3m的人字形式（4） 屋架跨中起拱取fl/50027m軸線處兩端高度取1990mm,則屋架26.7m處，兩端高度取= 2012.36m。屋架跨中起拱高度f按l/500考慮，取53.4mm。三、 屋架的支撐布置圖表 1 屋架單跨尺寸圖表 2圖表 3 屋架上弦支撐構件圖表 4 屋架下弦支撐構件四、 荷載計算屋面荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較大的雪荷載與積灰荷載同時考慮。則活荷載0.4kn/m2進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式計算，跨度單位為米（m）。荷載計算表標準值（kn/m2)設計值（kn/m2)荷載名稱原值*1.2*1.35*1.4*1.4*0.7預應力混

4、凝土大型屋面板1.41.681.89三氈四油防水層0.40.480.54找平層0.40.480.54泡沫混凝土保溫層0.10.120.135找平層0.50.60.675屋架和支撐自重0.41370.496440.558495永久荷載總和3.21373.856444.338495屋面活荷載0.40.560.392積灰荷載(永久控制時乘1.00.30.420.42可變荷載總和0.70.980.812因為，3.85444+0.984.338495+0.812，所以永久荷載起到控制作用，則設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合。1、 全跨永久荷載+全跨可變荷載46.354462、 全跨永久荷載+半跨可變荷

5、載全跨節(jié)點永久荷載：39.04646半跨節(jié)點可變荷載：7.3083、 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重：5.026455半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載20.538五、 內力計算圖表 5 各桿編號圖圖表 6 全跨內力圖圖表 7 左跨內力圖圖表 8 右跨內力圖根據(jù)sap84計算屋架構件內力組合表如下：桿件名稱內力系數(shù)第一種組合f*(1)第二種組合第三種組合計算桿件內力（kn)全跨(1)左半跨(2)右半跨(3)f1*(1)+f2*(2)f1*(1)+f2*(3)f3*(1)+f4*(2)f3*(1)+f4*(3)最大拉力最大壓力上弦ab0.000.000.000.

6、000.000.000.000.000.000.00bc/cd-9.98-7.50-3.10-462.62-444.49-412.34-204.20-65.75-444.49de/ef/fg-16.39-11.90-5.63-759.75-726.94-681.12-326.79-198.01-726.94gh/hi/ij-19.17-12.40-8.48-888.61-839.14-810.49-351.03-270.52-839.14下弦ab5.364.121.56248.55239.48220.79111.5759.0559.05bc13.319.784.42616.98591.2155

7、1.99267.85157.62616.98157.62cd18.2412.197.59845.51801.29767.65342.04247.50845.51de17.819.909.90825.57767.79767.79292.91292.91825.57斜腹桿ab-10.07-7.73-2.94-466.79-449.69-414.68-209.38-111.00-449.69bb7.935.822.64367.59352.17328.93159.3994.08367.59bd-6.48-4.44-2.55-300.38-285.47-253.02-123.76-84.94-285.4

8、7dc4.602.812.25213.23200.15196.0680.8369.33213.23cf-3.51-1.30-2.77-162.70-146.52-157.30-44.24-74.53-157.30fg-2.70-0.49-2.77-125.16-109.01-125.67-23.64-70.46-125.67gd0.720.741.8433.3857.0199.9618.8241.4199.96dg1.162.91-2.2053.7766.5629.2265.60-39.3566.56-39.35gj1.903.65-2.2088.07216.71-11.7184.51-35.

9、63216.71-35.63fe0.730.730.0033.8433.8428.5018.663.6733.84ff-1.00-1.000.00-46.35-46.35-39.05-25.56-5.03-46.35gh0.670.670.0031.0631.0626.1617.133.3731.06gi-1.00-1.000.00-46.35-39.05-39.05-25.56-5.03-39.05豎桿aa-0.50-0.500.00-23.18-23.18-19.52-12.78-2.51-23.18bc-1.00-1.000.00-46.35-46.35-39.05-25.56-5.03

10、-46.35ce-1.50-1.500.00-69.53-58.57-58.57-38.35-7.54-58.57dh-1.50-1.500.00-69.53-58.57-58.57-38.35-7.54-58.57ej0.010.080.080.460.980.981.691.691.69六、 桿件設計1、 上弦桿gh/hi/ij整個上弦桿采用等截面，按gh/hi/ij桿件的最大設計內力設計，即-888.61kn上弦桿長度：在屋架平面內，為節(jié)間軸線長度，即在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起剛性系桿作用，根據(jù)支持布置和內力變化情況，取為支撐點間的距離，即根據(jù)腹桿的最大內力-

11、463.54，查表2.8得屋架節(jié)點板厚度為12mm。屋架支座厚度14mm。假定60，0.807=4723.5mm22.513cm7.54cm選用短肢相并，a=60.2cm2,=2.82cm, =8.76cm驗算，=150.8/2.82=53.48=150,=452.4/8.76=34.43=150。，88610/(0.808*6020)=182.6939.32cm2, =2.56cm,=6.84cm=300/2.56=117350=1485/6.84=2173503、 端斜桿abnab=-466.79kn253.5cm,選用 ,a=44.6cm2, =2.56,=6.84驗算：=253.5/3

12、.08=83.11150,=253.5/4.56=55.11150466790/(0.662*4460)=182.67n/mm2219n/mm2。4、 腹斜桿dg-gj此桿為再分式桁架腹桿，在g節(jié)點處不斷開，兩段內力不同：最大拉力：ndg=66.56kn ngj=100.86kn最大壓力：ndg=39.35kn ngj=35.63kn在桁架平面內，l0x=224.9cm。在平面外，則按公式計算：=337.35cm選用,a=11.44cm2,1.93cm,3.06。驗算；=224.9/1.93=116.53150=337.35/3.06=110.251500.386=39350/(0.386*1

13、144)=89.12n/mm2215n/mm2m5、 豎桿dhndh=-58.57kn,0.8*304=243.2cm,304cm,內力較小。故應當選用,a=12.28cm2, 1.94cm，3.04cm。驗算；=243.2/1.94=125.36150=400.11/3.04=1001500.413=58570/(0.413*1228)=115.48n/mm2215n/mm2m6、 豎桿aanaa=-23.18kn，因為是支座堅桿，所以 201.24cm，因為內力較小，所以按選取。則，201.24/150=1.34cm,按其查表，, a=10.16cm2,1.36,2.36其他各桿的截面設計

14、：名稱桿件編號內力（kn)計算長度(cm)截面形式和規(guī)格2*截面面積cm2回轉半徑cm長細比容許長細比（八）穩(wěn)定系數(shù)計算應力n/mm2loxloyixiy八x八y上弦gh/hi/ij-888.61150.80301.602l160*100*1260.202.828.7653.4834.431500.808182.69下弦de845.51285.001485.002l140*90*1044.602.566.84111.33217.113501189.58斜腹桿ab-466.79253.5253.52l100*1038.63.054.683.1155.111500.662182.67bb367.5

15、9208.64260.802l90*621.202.794.1374.7863.153501173.39bd-300.38229.52286.902l100*623.803.104.5174.0463.611500.726173.84dc213.23228.72285.902l70*513.742.163.31105.8986.373501155.19cg-162.70208.70313.052l90*621.202.794.1374.8075.801500.72106.59gd41.56260.08325.102l63*512.281.943.04134.06106.94350133.84d

16、j100.86224.90337.352l63*614.581.933.06116.53110.251500.44560.65-39.35fe33.84150.64188.302l50*59.601.532.5398.4674.43350135.25gh31.06162.16202.702l50*59.601.532.53105.9980.12350132.35豎桿aa-23.18201.24201.242l45*610.161.372.36146.8985.271500.32769.76bc-46.35183.20229.002l63*510.161.372.36133.7297.03150

17、0.373122.32ce-69.53207.20259.002l63*512.281.943.04106.8085.201500.516109.73dh-69.53243.20304.002l63*512.281.943.04125.36100.001500.413137.10ej1.69267.20334.002l63*512.281.943.04137.73109.871500.3563.87ff-46.35103.60129.502l45*610.161.372.3675.6254.871500.71763.63gi-46.35121.60152.002l45*610.161.372.

18、3688.7664.411500.63372.08七、 節(jié)點設計1、 下弦節(jié)點b的設計由腹桿內力計算腹桿內力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和尺寸，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。用e43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值=160mpa。設“bb”桿的肢背和肢尖焊縫=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數(shù)計算）肢背：=0.7*367590/(2*0.7*8*160)= 143.59，取150mm肢尖：=0.3*367590/(2*0.7*6*160)= 82.05，取90mm設“bd”桿的肢背和肢尖焊縫=8mm和

19、6mm，則所需的焊縫長度為肢背：=0.7*300380/(2*0.7*8*160)= 117.33，取120mm肢尖：=0.3*300380/(2*0.7*6*160)= 67.05，取90mm圖表 9 下弦桿節(jié)點b“cb”桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取=5mm。根據(jù)上面求得的的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例給出節(jié)點詳圖（如圖表9），從而確定節(jié)點板尺寸為350mm*445mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為44.5cm，=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差為=616.98-248.55=368.43kn,受力較大的肢背處的焊縫應力為=0.75*368

20、430/（2*0.7*6*(445-12)）=70.91mpa160mpa該焊縫滿足強度要求。2、 上弦節(jié)點b的設計 “bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同?！癮b”桿節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算得=-466.79kn設“ab”桿的肢背和肢尖焊縫=10mm和6mm，則所需的焊縫長度為。=0.7*466790/(2*0.7*10*160)= 145.87mm，取150mm=0.7*466790/(2*0.7*6*160)= 104.19mm，取120mm為了方便在上弦擱置大型屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進肢背8mm，用塞焊縫連接，此時，圖表 10 上弦b節(jié)點設計圖=t*0.5=12*0

21、.5=6mm，=460-10=450mm。承受的集中力為p=46.35kn。=12.26n/mm2=160kn/mm2肢尖焊縫承擔的弦桿內力差，=462620-0=462620kn，偏心距e=10-3=7cm，則偏心彎矩為=462620*72=33308457.18n/mm2，設=8mm，則=89.79n/mm2=160 n/mm2= 84.33n/mm2=160 n/mm2=113.32 n/mm2=160 n/mm2滿足要求。3、 上弦跨中拼接點j的設計弦桿的拼接，采用拼接角鋼。為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被連接的弦桿和便于施焊。需將拼接角鋼削棱切肢。設焊縫高度為=8mm，=12+8+5=

22、25mm。拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接弦桿的最大內力計算，nij=-888.61kn，每條焊縫按以下算法：=247.94mm，取250mm拼接角鋼總長度l=2*lw+20=520mm。=12+8+5=25mm，按上弦坡度熱彎。計算屋脊處弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，取=5mm，則需要的焊縫長度為：=31.12mm按圖布置節(jié)點板長度。圖表 11 上弦中跨節(jié)點設計圖4、 下弦跨中拼接點e的設計將拼接角鋼削棱切肢。設焊縫高度為=8mm，=12+8+5=25mm。拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接弦桿的最大內力計算，ned=-845.51kn，每條焊縫按以下算法：=235.91mm，取240mm拼接角鋼總長度l=2*lw+50=530mm, = =12+8+5=25mm。弦桿較大內力為ned=-845.51kn