钢结构课程设计专业：土建系班级： 08级建工（2）班姓名：邵文凡目录一设计资料 (3)二结构形式与布置 (3)三荷载计算 (4)四内力计算 (5)五杆件设计 (6).六节点设计 (14)一、设计资料1、根据任务书的已知条件：梯形钢屋架跨度27m ，长度90m ，柱距6m 。

该车间内设有两台20/5 t 中级工作制吊车 ，两端铰支于钢筋混凝土阶梯柱上，上柱采用截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C30。

屋面采用1.5m×6m 预应力混凝土大型屋面板，板面以上依次为：三毡四油防水层、20mm 厚水泥砂浆找平层、80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i ＝1/10。

屋面活荷载标准值为0.5 kN/m 2，雪荷载标准值为0.4 kN/m 2，积灰荷载标准值为0.3 kN/m 2。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱钢材采用Q235B 级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：l o =27-2×0.15=26.7m 。

3、跨中及端部高度：本次设计为无檩体系屋盖，采用缓坡梯形屋架，取屋架在27m 轴线处的端部高度h ’o =2000mm ，屋架的中间高度h=2844mm ，屋架在26.7m 处，两端高度为h o = 2005m 。

屋架跨中起拱按l o /500考虑，取53mm 。

二、结构形式与布置屋架型式及几何尺寸如图1-1所示。

20051508150815091508150815081508150813500229025903040334012951520260825352869208720872249224918832027150828503000300045002859325115013501990A KJH GFE gedcfDCBba 101图1-1梯形屋架的形状和几何尺寸根据厂房长度（90m>60m ）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。

因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。

在上弦平面设置了刚性系杆与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。

在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。

梯形钢屋架支撑布置如图1-2所示。

垂直支撑1-1垂直支撑2-2桁架上弦支撑布置图桁架下弦支撑布置图图1-2 梯形屋架支撑布置三、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。

因此，取屋面活荷载0.3kN/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g=(0.12+0.011×l)kN/m2计算。

荷载计算见表1-3：k设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合，在组合时，偏于安全不考虑屋面活荷载的组合值系数。

荷载名称标准值（kN/m2）设计值（kN/m2）永久荷载预应力混泥土大型屋面板 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）0.02×20=0.4 0.4×1.35=0.54100mm厚泡沫混凝土保温层0.1×8=0.8 0.8×1.35=1.08屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417 0.417×1.35=0.563永久荷载总和 3.417 4.613 可变荷载屋面活荷载0.5 0.5×1.4=0.7可变荷载总和0.5 0.7全跨节点永久荷载+全跨可变荷载。

全跨节点永久荷载及全跨可变荷载为F=(4.613+0.7)×1.5×6=47.817kN（1）全跨节点永久荷载+半跨节点可变荷载。

全跨节点永久荷载为F1=4.613×1.5×6=41.517kN半跨节点可变荷载为F2=0.7×1.5×6=6.3kN（2）全跨节点屋架（包括支撑）自重+半跨节点屋面板自重+半跨屋面活荷载。

全跨节点屋架自重为F3=0.563×1.5×6=5.067 kN半跨节点屋面板自重及活荷载为F4=（1.89+0.7）×1.5×6= 23.31kN上面的计算中，（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

四、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图1-4所示。

（a）（b）（c）图1-4 屋架计算简图由图解法或数解法得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如表1-5所示。

五、杆件设计1.上弦杆。

整个上弦杆采用等截面，按（21）、（22）杆件的最大设计内力设计，即N=-1019.066KN。

上弦杆计算长度计算如下。

在屋架平面内：为节间轴线长度，即 lox =l=1.503cm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到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取loy 为支撑点间的距离，即 loy=3×1.503=4.509m根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如1-6图所示。

（注：腹杆最大内力N=-482.369KN，中间板厚度选用10mm，支座节点板选用12mm。

）设λ=60，钢材采用Q235，查附表12-2稳定系数表，可得φ=0.807（由双角钢组2L160x100 x12图1-6 上弦杆截面表1-5成的T 形和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积为4.5873215807.01019066=⨯==f N A ϕmm 2需要的回转半径为cm lox ix 505.2603.150===λcm loy iy 515.7609.450===λ 根据需要的A 、i x 、i y 查附录14、附录15，选用 2L160x100 x12 ，肢背间距a=10mm则由附录14查的i x =28.2mm ；由附录15查的A=6011mm 2，i y =77.5mm 。

按所选角钢进行验算：][3.53.82.23.150λλ<===ix lox x ][5.5875.79.450λλ<===iy loy y由于y λ>x λ，由y λ查附表12-2得817.0=ϕ，则 5.2076011817.01019066=⨯==A N ϕσMpa<215Mpa 所以所选截面合适。

2.下弦杆。

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的（4）杆计算，则N=1009.15KN 。

l 0x =3000mm,l 0y =26700/2=13350mm(因跨中有通长系杆)，所需截面面积为A=N/ƒ=1009195/215=4693.93mm 2选用2L160×100×10，如图1-7所示。

查附录14、附录15可得A=5063 mm 2>4693.93mm 2,i x =2.846cm,i y =7.7cm 。

2L160×100×10图1-7 下弦杆截面按所选的角钢进行验算：][4.105.46.283000λλ<===ix lox x =350][4.1737713350λλ<===iy loy y =350 因此，所选截面合适。

3.端斜杆（31）。

杆件轴力为N=482.369KN ，计算长度l 0x =l 0y =2496mm 。

因为l 0x =l 0y ，故采用不等边角钢，长肢相并，使i x ≈i y 。

选用2L125×80×10，如图1-8所示。

则查附录14、附录15可得A=3942mm 2，i x =3.98cm ，i y =3.31cm 。

2L125×80×10 图1-8 端斜杆截面 按所选角钢进行验算：][7.62.98.36.249λλ<===ix lox x][4.7531.36.249λλ<===iy loy y 因y λ>x λ，则由y λ查附表12-2得7176.0=ϕ，则 5.17039427176.0482369=⨯==A N ϕσMpa<215Mpa 因此，所选截面合适。

4.腹杆（40）。

最大拉力：N=9.101KN 最大压力：N=-61.715KN计算长度l 0x =0.8l=0.8×3056=2444.8mm ，l 0y =3056mm选用2L63×4，如图1-9所示，查附录13可得A=996mm 2，i x =1.96cm ，i y =2.94cm 。

按所选角钢进行验算：][7.124.96.148.244λλ<===ix lox x][10394.26.305λλ<===iy loy y 因y λ<x λ，则由x λ查附表12-2得4125.0=ϕ，则5.1509964125.061715=⨯==A N ϕσMpa<215Mpa因此，所选截面合适。

2L63×4 图1-9 腹杆截面5.竖杆（42）。

杆件轴力为：N=-47.664KN计算长度l 0x =0.8l=0.8×2750=2200mm ，l 0y =2750mm选用2L56×4，如图1-10所示，查附录13可得A=878mm 2，i x =1.73cm ，i y =2.67cm 。

按所选角钢进行验算：][2.127.73.1220λλ<===ix lox x][10367.2275λλ<===iy loy y 因y λ<x λ，则由x λ查附表12-2得401.0=ϕ，则 4.135878401.047664=⨯==A N ϕσMpa<215Mpa 因此，所选截面合适。

2L56×4图1-10 竖杆截面在此，其他各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表1-11。

表1-11表1-11六、节点设计（1）下弦节点“4”（见图1-12）。

各杆件的内力由表1-5查的。

设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即hf和l w，然后根据l=lw +2hf的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。

采用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f f w=160Mpa。

设“(38)”杆的肢背焊缝hf1= 10 mm，肢尖焊缝hf2= 6 mm，（最好根据构造要求选定焊角尺寸），肢背的焊缝长度为114mm，肢尖的焊缝长度为100mm（均为满焊）。

则验算如下：肢背：σ=0.7N/2he lw=0.7×126310/[2×0.7×10×（114-20）]=67.186MPa<160MPa故满足要求。