钢结构课程设计班级：姓名：学号：指导老师：2012年 12 月 30 日一、设计资料1、题号39已知条件：梯形钢屋架跨度27m ，长度102m ，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7度，设计基本地震加速度为0.1g 。

采用1.5m ×6m 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i ＝1/10。

屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.1 kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm ×400 mm ，混凝土标号为C20。

钢材采用Q235B 级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：26.7m 0.15m 2270=⨯-=m l3、跨中及端部高度：本设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27m 轴线处的端部高度m h 000.2'=，屋架的中间高度：m h 350.3=，则屋架在26.7m 处，两端的高度为m h 015.20=。

屋架跨中起拱按/500L 考虑，取50mm 。

二、结构形式与布置屋架型式及几何尺寸如图1所示。

图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。

梯形钢屋架支撑布置如图2.13。

图2 屋架上弦支撑布置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）三、荷载计算屋面和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。

故取屋面活荷载0.7kN/ 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2L)kN/m 0.011(0.12g ⋅+=计算，跨度单位为m 。

设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：KN F 26.5565.1)82.132.4(=⨯⨯+=（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：KN F 88.3865.132.41=⨯⨯=半跨节点可变荷载：2 1.82 1.5616.38kN F =⨯⨯＝（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：KN F 1.565.1567.03=⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：KN F 83.2565.1)98.089.1(4=⨯⨯+=（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

四、内力计算由图解法或数解法解得F ＝1的屋架各杆件的内力系数（F ＝1作用于全跨、左半跨和右半跨）。

然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2。

五、杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面，按HI 、IJ 杆件的最大设计内力设计。

N=-1059.33KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度mm l l ox 15080==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oy l 为支撑点间的距离，即mm l oy 452431508=⨯=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。

腹杆最大内力N ＝-555.36kN ，查表得，中间节点板厚度选用12mm ，支座节点板厚度选用14mm 。

设60=λ，查Q235钢的稳定系数表，可得0.807=ϕ（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积：235.6105215807.01033.1059mm f N A =⨯⨯==ϕ回转半径：mm li mm l i oy y ox x 4.75604524,1.25601508======λλ根据需要A 、y x i i 、查角钢规格表，选用2L 180×110×12，肢背间距a ＝12mm ，则A ＝67.422cm ，cm .083 i x =，cm 75.8i y =按所选角钢进行验算：4930.81508i l ox ===x x λ， 7.515.874524i loy ===y y λ满足长细比[]150=≤λ的要求。

由于x y λλ>，只需求y ϕ，查表y ϕ＝0.849，则a a a MP 215MP 06.185MP 6742849.01033.1059A N 3y <=⨯⨯==ϕσ所选截面合适，上弦截面如图所示：图6上弦截面2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd 杆计算。

N=1007.94KNmm l ox 4500=，mm l l oy 133502/267000=== 所需截面积为（因跨中有通长系杆）:22388.46mm 3.38022151094.1007N A cm f ==⨯==选用2L 160×100×10，因,0x oy l l 〉〉故用不等肢角钢，短肢相并。

A ＝50.62cm ，cm .852 i x =，cm 78.7i y =3509.15785.2450i l ox <===x x λ， 3506.17178.71335i l oy <===y y λ a a MP 215MP 6.161 5060817500A N <===σ，所以满足要求。

下弦截面如图：图7下弦截面 3.斜杆按端斜杆aB 最大设计内力设计。

杆件轴力： kN N 36.555-= 计算长度： mm l l oy ox 2539==因为00x y l l =，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x y i i ≈。

选用2L125×80×10。

则A ＝39.422c m ，m 4c i x =，m c 39.3i y =5.63403952i l ox ===x x λ， 9.749.332539i loy ===y y λ 因y λ>x λ，只需求y ϕ，查表得721.0=y ϕ，则a a MP 215MP 4.951 9423721.0555360A N x <=⨯==ϕσ 故所选截面合适。

端斜杆截面如图：图8端斜杆截面 4、腹杆腹杆cf-fG 在f 节点处不断开，采用通长杆件。

kN N cf 41.193-=,kN N fG 65.148-=再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距mm l ox 2087= ，在桁架平面外的计算长度：mm N N l l y 6.3932)41.19365.14825.075.0(4174)25.075.0(1210=⨯+⨯=+= 选用2L 80×7，查角钢规格表得A ＝21.722c m ，cm 46.2i x =，cm 75.3i y =1508.8124.62087i l ox <===x x λ， 150 9.1045.376.3932i l oy <===y y λ 由于x yλλ>，只需求x ϕ。

查表x ϕ＝0.524，则:a a MP 215MP 3.164 2172524.0193410A N y <=⨯==ϕσ 再分腹杆截面如图：图9：再分腹杆截面5. 竖杆HdkN 89.82N -=，2440mm 30500.80.8l =⨯==l ox ，mm l oy 3050=由于杆件内力较小，按150][==λλ选择，需要的回转半径为mm l i ox x 3.161502440][===λ，mm l i oy y 3.201503050][===λ 查型钢表，选截面的x i 和y i 较上述计算的x i 和y i 略大些。

选用2L 63×5，其几何特性为： A ＝12.292c m ，4cm 9.1i x =， 3.04cm i y =1508.25119.42440i l ox <===x x λ， 150 100.34.303050i l oy <===y y λ 由于x yλλ<，只需求x ϕ。

查表x ϕ＝0.406，则:a a MP 215MP 1.166 2291064.082890A N x <=⨯==ϕσ 中央竖杆截面如图：图10：竖杆截面其余各杆件的截面选择结果见表3。

六、节点设计采用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160w f f Mpa（1） 下弦节点b设 bB 杆的肢背和肢尖焊缝 mm mm h f 68和=，所需焊缝长度为：肢背1l ：mm f h N K l wff 4.15916087.021032.43965.07.023111=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯= 肢尖2l ：mm f h N K l wff 4.11416067.021032.43935.07.023222=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=取mm l 1601=，mm l 1202=。

设 bD 杆的肢背和肢尖焊缝 mm mm h f 68和=，所需焊缝长度为：肢背1l ：mm f h N K l wff 68.12916087.021053.35765.07.023111=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯= 肢尖2l ：mm f h N K l wff 1.9316067.021053.35735.07.023222=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=取mm l 1301=，mm l 1002=。

Cb 杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取mm h f 5=。

根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（见图11），从而确定节点板的尺寸为340×475mm 。

下弦与节点板连接到焊缝长度为475mm ，mm h f 5=，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N ＝N bc -N ab ＝735.51-296.19＝439.32kN 。

验算肢背焊缝的强度：()2231160/73.875247557.021032.43965.07.02mm mm N l h N K w f f <=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯∆=τ图11：下弦节点“b ”（2） 上弦节点“B ”斜杆Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b 中Bb 杆计算相同。

斜杆Ba 与节点板连接焊缝计算：N=-555.36kN 。

设 “aB ”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm 和6mm 。