土木工程专业钢结构课程设计1钢结构课程设计、设计资料1、已知条件：梯形钢屋架跨度 30m，长度 72m，柱距 6m。该车间内设有两台 200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为 8.000 m。冬季最低温度为20，地震设计烈度为 6度，设计基本地震加速度为 0.1g。采用 1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度 i1/10。屋面活荷载标准值为 0.7 kN/m2，雪荷载标准值为 0.65 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400 mm400 mm，混凝土标号为 C25。钢材采用Q235B级，焊条采用 E43型。2、屋架计算跨度：Lo=3020.15=29.7m，3、跨中及端部高度：端部高度：h=1900mm（轴线处） ，h=1915mm（计算跨度处） 。屋架的中间高度 h=3400mm，屋架跨中起拱按 Lo/500考虑，取60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图 1 所示，支撑布置见图 2 所示。图 1 屋架形式及几何尺寸土木工程专业钢结构课程设计2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SBS 改型沥青油毡防水层 0.40kN/找平层（20mm 厚水泥砂浆） 0.0220=0.40kN/土木工程专业钢结构课程设计3保温层（100mm 厚水泥珍珠岩） 0.16=0.6kN/隔气层（冷底子油） 0.05 kN/混凝土大型屋面板（包括灌浆） 1.40kN/钢屋架和支撑自重 0.12+0.01130=0.45kN/管道设备自重 0.10 kN/总计 3.23kN/可变荷载标准值屋面活荷载 0.70 kN/积灰荷载 0.60kN/总计 1.3kN/永久荷载设计值 1.353.23=4.36kN/可变荷载设计值 1.41.3=1.82kN/2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载： F=(4.36+1.82) 1.56=55.62kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： F1=4.361.56=39.24 kN半跨节点可变荷载： F2=1.821.56=16.38 kN 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+ 半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重： F3 =0.451.351.56=5.47kN半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.41.35+0.71.4) 1.56= 25.83kN3.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。内力系数（F=1） 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨 左半跨右半跨第一种组合 F* F1*+F2*F1* +F2*F3* +F4*F3* +F4*计算杆件内力（KN)AB 0 0 -0.01 0.00 0.00 -0.16 0.00 -0.26 -0.26 BC CD -11.35 -8.49 -3.45 -631.39 -584.54 -501.99 -281.38 -151.20 -631.39 DE EF -18.19 -13.08 -6.25 -1011.89 -928.19 -816.31 -437.36 -260.94 -1011.89 FG GH -21.53 -14.62 -8.46 -1197.69 -1084.51 -983.61 -495.40 -336.29 -1197.69 HJ -22.36 -13.98 -10.25 -1243.86 -1106.60 -1045.50 -483.41 -387.07 -1243.86 上弦IJ JK -22.73 -14.39 10.2 -1264.45 -1127.84 -725.05 -496.03 139.13 -1264.45 ab 6.33 4.94 1.83 352.13 329.36 278.42 162.23 81.89 352.63 bc 15.36 11.3 4.98 854.46 787.96 684.44 375.90 212.65 854.46 cd 20.21 14.14 7.43 1124.26 1024.84 914.93 475.78 302.47 1124.26 de 22.12 14.44 9.39 1230.51 1104.72 1022.00 493.98 363.54 1230.51 下弦ef 21.23 11.68 11.68 1181.00 1024.57 1024.57 417.82 417.82 1181.00 斜腹 aB -11.34 -8.66 -3.27 -630.83 -586.93 -498.65 -285.72 -146.49 -630.83 土木工程专业钢结构课程设计4Bb 8.81 6.47 2.87 490.09 451.76 392.79 215.31 122.32 490.09 bD -7.55 -5.23 -2.84 -420.00 -382.00 -342.85 -176.39 -114.66 -420.00 Dc 5.39 3.39 2.44 299.84 267.08 251.52 117.05 92.51 299.84 cF -4.23 -2.25 -2.43 -235.31 -202.88 -205.83 -81.26 -85.91 -235.31 Fd 2.62 0.88 2.13 145.75 117.25 137.72 37.06 69.35 145.75 dH -1.51 0.22 -2.12 -84.00 -55.66 -93.99 -2.58 -63.02 -93.99 50.41 He 0.29 -1.25 1.89 16.13 -9.09 42.34 -30.70 50.41 -27.55 115.74 eg 1.53 3.4 -2.28 85.11 115.74 22.70 96.19 -50.25 -50.52 151.44 gK 2.16 4.07 -2.32 120.16 151.44 46.78 116.94 -48.11 -48.11 杆gI 0.49 0.54 -0.06 27.26 28.08 18.25 16.63 1.13 28.08 Aa -0.55 -0.54 0 -30.60 -30.43 -21.59 -16.96 -3.01 -30.60 Cb Ec -1 -0.99 0 -55.63 -55.47 -39.25 -31.04 -5.47 -55.63 Gd -0.98 -0.98 0 -54.52 -54.52 -38.46 -30.67 -5.36 -54.52 Jg -0.85 -0.9 0 -47.28 -48.10 -33.36 -27.90 -4.65 -48.10 Ie -1.42 -1.43 0 -78.99 -79.16 -55.73 -44.70 -7.77 -79.16 竖杆Kf 0.02 0 0 1.11 0.78 0.78 0.11 0.11 1.12 四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-630.83KN，由屋架节点板厚度参考可知：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=-1264.45KN计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 Oxl=1507mm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： yl=4521mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 3图 3 上弦截面设 =60，查轴心受力稳定系数表， =0.807土木工程专业钢结构课程设计5需要截面积 *A = = =7287.7 2mfN.10*45.26需要回转半径 *xi= *yi=lo.7 mlox4.75602.根据需要的 *A、 xi、*y查角钢型钢表，初选 2 L 180110 14，A=7793 2m， =308mm ， =88mm。xiyi按所选角钢进行验算： x= = =150oil96.4830157y= = =150oil.2由于 ，只需求出 ，查轴心受力稳定系数表， 0.847xyyyMPa x ,故用不等肢角钢，短肢相并，见图 4。图 4 下弦截面A=6742 2m， =31mm， =87.4mm。xiyi土木工程专业钢结构课程设计6x= =350oil7.96310y= =350 所选截面满足要求。.4.85oil3. 端斜杆 Ba已知 N-630.83kN， Oxl y2456mm。因为 Oxl y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 xi y，选用角钢 2 L 14090 10 A4452.2 2m， xi44.7mm， yi87.4mm截面刚度和稳定验算： x= =150 94.57.6oily= =150.32oil因为 只需求 ，查表得 =0.764xyyyMPa215 MPa 所选截面满足要求。46.1852.476.03ANy4.再分腹杆 eg-gK此杆在 g 节点处不断开，采用通长杆件。拉力： KN， kN.15k 74.15egN压力： kN， KN2.0eg 1.8gk计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Oxl=0.82250=0.82250=1800mm屋架平面外根据支撑布置取： Oyl= （0.75+0.25 ）=450 （0.75+0.25 ）=4446.3mm121N52.0148选用 2 L 635，见图 5。图5 再分土木工程专业钢结构课程设计7腹杆 egK 图 6 中竖杆 KfA=1228.6 2m， =19.4mm， =30.4mm。xiyix= =53.9 =150oil78.94.10y= =150 25.6.3oil因为 只需求 ，查表得 =0.32，则xyyyMPa215 MPa5.1286.32.053ANy拉应力： 所选截面满足要求MPa.1845.竖杆 IeN-79.16KN， 0.8 30522442mm， llx.0 mly30520由于杆件内力较小，按 = =150 选择，需要的回转半 cmliox63.15024 clioy.1523查型钢表，选用 2 L 635,其几何特性为A=1228.6 ix4.9miy4.0158.2.1cm