钢结构课程设计报告

设计资料：

北京地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。厂房长度为72m ，跨度为27m，柱距6m，厂房高度为15.7m。车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，计算温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5m*6m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载0.3kN/m2，屋面活荷载0.3kN/m2，雪荷载为0.4kN/m2，风荷载为0.45kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm*400mm，混凝土标号为C20。要求设计钢屋架并绘制施工图。

一、钢材及焊条

1、钢材选用

（1）结构的重要性

对于重型工业建筑结构、大跨度结构、高层或超高层民用建筑结构和重级工作制吊车梁等都是重要的一级结构。

（2）荷载的性质

结构构件承受的为静力荷载

（3）连接方法

为焊接类型，结构不可避免地会产生残余应力、残余变形及各种焊接缺陷，有导致结构产生裂纹或脆性断裂的危险。

（4）工作环境

计算温度高于-20℃。

综上：

结构构件承受的为静力荷载在﹥-20℃，焊接结构，选择Q235B 2、 焊条选用

对Q235B 型钢焊件用E43系列型焊条。 二、 钢屋架的外形和几何尺寸 1、 屋架外形 选用梯形屋架、平行弦 2、 几何尺寸

（1） 屋架计算跨度=⨯-=15020l l 27000-2*150=26700mm （2） 屋架的高跨比H/l 应在经济范围内，选择i =1/10。 （3） 腹杆体系采用节间为3m 的人字形式 （4） 屋架跨中起拱取f ≈l/500

27m 轴线处两端高度'0h 取1990mm,则屋架26.7m 处，两端高度取000h h l l

⨯'== 2012.36

m 。屋架跨中起拱高度f 按l/500考虑，取53.4mm 。 三、 屋架的支撑布置

图表 1 屋架单跨尺寸

图表 2

图表 3 屋架上弦支撑构件

图表 4 屋架下弦支撑构件

四、荷载计算

屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的雪荷载与积灰荷载同

时考虑。则活荷载0.4kN/m2进行计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式

2/)011.012.0(g m kN l k +=计算，跨度单位为米（m ）。

因为，3.85444+0.98<4.338495+0.812，所以永久荷载起到控制作用，则设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。

1、 全跨永久荷载+全跨可变荷载

=⨯⨯+=65.1)812.0338.4(F 46.35446kN

2、 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：

=⨯⨯=65.1338.4F 139.04646kN

半跨节点可变荷载：

=⨯⨯=65.1812.02F 7.308kN

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：

=⨯⨯=65.1558.03F 5.026455kN

半跨节点屋面板自重及活荷载

392

89

.1(

F20.538kN

)

.0

⨯

5.1

⨯

+

=6

=

4

五、内力计算

图表 5 各杆编号图

图表 6 全跨内力图

图表7 左跨内力图

根据sap84计算屋架构件内力组合表如下：

六、 杆件设计 1、 上弦杆GH/HI/IJ

整个上弦杆采用等截面，按GH/HI/IJ 杆件的最大设计内力设计，即

=N -888.61kN

上弦杆长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即

cm l l x 8.15000==

在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取y l 0为支撑点间的距离，即

cm l l x y 4.452300=⨯=

根据腹杆的最大内力=aB N -463.54kN ，查表 2.8得屋架节点板厚度为

=t 12mm 。屋架支座厚度=t 14mm 。

假定=λ60，=ϕ0.807

f N A ⋅=

ϕ=

）（215875.0888610

⨯=4723.5mm 2

=

=

λ

x

x l i 0 2.513cm =

=

λ

oy

y l i 7.54cm

选用121006012L ⨯⨯短肢相并，

A=60.2cm 2,x i =2.82cm,y i

=8.76cm 验算，

x

x

x i l 0=λ=150.8/2.82=53.48<[λ]=150,

y

y y i l 0=

λ=452.4/8.76=34.43<[λ]=15

0。

808

.0=x ϕ，

==A N ϕσ/88610/(0.808*6020)=182.692/m N

2、 下弦杆de

整个下弦杆采用等截面，按下弦杆的最大应力N ed =- 845.51kN 计算。=x l 0285cm ，

=

y l 02

150

2300000⨯-=29700/2=14850mm

则所需截面积为

==

f

N A 845510/215=3932.60mm 2=39.32cm 2

选用10904012L ⨯⨯短肢相接，A=44.5cm 2>39.32cm 2, x i =2.56cm,y i =6.84cm

x

x x i l 0=

λ=300/2.56=117<350 y

y y i l 0=

λ=1485/6.84=217<350

3、 端斜杆aB

NaB=-466.79kN

=x l 0=y l 0253.5cm,选用101002⨯L ,A=44.6cm 2

, x i =2.56,y i =6.84

验算：

x

x x i l 0=

λ=253.5/3.08=83.11<150, y

y y i l 0=

λ=253.5/4.56=55.11<150

681.0=x ϕ

==A N ϕσ/466790/(0.662*4460)=182.67N/mm 2<219N/mm 2。

4、 腹斜杆dg-gJ

此杆为再分式桁架腹杆，在g 节点处不断开，两段内力不同： 最大拉力：N dg =66.56kN N gJ =100.86kN 最大压力：N dg =39.35kN N gJ =35.63kN