《钢结构设计》课程设计姓名学号专业指导老师《钢结构》课程设计任务书一、设计资料：1、某工业厂房跨度为21m,厂房总长度72m，柱距6m。

2、采用1.5m×6.0m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。

檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。

3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.0m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。

上柱截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值f c ＝14.3N/mm2。

抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板铰连接。

4、钢材用Q345-B，焊条用E50 系列型。

5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1 所示。

图1二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。

由于梯形屋架跨度L = 21m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱f = L / 500 = 42mm 。

屋架计算跨度l0= L - 2 ⨯ 0.15 = 21 - 2 ⨯ 0.15 = 20.7m 。

=h0+i⨯ l0/2=2935mm。

跨中高度H为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示屋架。

图2三、支撑布置1、上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。

本车间长度为72m, 因此需要布置三道横向水平支撑，如图4所示。

图 42、下弦横向和纵向水平支撑屋架跨设置下弦横向和纵向水平支撑。

下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图5所示图53、垂直支撑垂直支撑必须设置。

对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。

垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图6 所示。

图6四、荷载与内力计算1、荷载计算1）永久荷载（1）永久荷载三毡四油(上铺绿豆砂)防水层（冷底子油） 0.4kN/m2水泥砂浆找平层 0.4kN/m2保温层（珍珠岩） 0.45kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2屋架及支撑自重 0.35kN/m2悬挂管道 0.15kN/m永久荷载总和： 3.15kN/m2（2）可变荷载（a）活荷载：屋面活荷载0.7kN/m 2活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置风荷载计算信息: 不计算风荷载2、荷载组合设计屋架时，应考虑以下四种组合：（1）组合一：全跨永久荷载＋全跨活荷载永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为q = 1.2 ⨯3.15+ 1.4 ⨯ 0.7 = 5.33kN/m2屋架上弦节点荷载为P = qA = 5.33 ⨯1.5 ⨯ 6 =47.97kN（2）组合二：全跨永久荷载＋半跨活荷载全跨永久荷载：q1= 1.2 ⨯3.15=3.78kN/m2P = q1A =3.78⨯1.5 ⨯ 6 = 34.02kN半跨活荷载：q2= 1.4 ⨯ 0.7 = 0.98kN/m 2P2= q2A = 0.98 ⨯1.5 ⨯ 6 = 8.82kN（3）组合三：全跨屋架及支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨施工荷载全跨屋架及支撑自重：q3= 1.0 ⨯ 0.35 = 0.35kN/m 2P3= q3A = 0.35 ⨯1.5 ⨯ 6 = 3.15kN半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载：q4= 1.2 ⨯ ( 0.30 + 0.07 ) + 1.4 ⨯ 0.5 = 1.144kN/m2P4= q4A = 1.1444 ⨯1.5 ⨯ 6 = 10.30kN上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。

3、内力计算本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点竖杆 三、杆件截面设计1、杆件计算长度系数及截面形式 （1）上弦杆面内计算长度系数x μ= 1.0 。

根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4），面外计算长度系数y μ= 4.0 。

y μ= 4x μ，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短肢相并组成的T 形截面。

（2）下弦杆与上弦杆类似，面内计算长度系数x μ= 1.0 ，由图 5 可知，面外计算长度0Y l = 6m 。

下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组成的 T 形截面。

（3）支座腹杆（Aa 、aB ）面内和面外计算长度系数都为 1.0，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。

（4）再分式腹杆（ij 、jK ）面内计算长度系数x μ= 1.0 ，面外计算长度2011122.70.750.2546640.750.2539440.5233259.4Y N l l l N ⎛⎫-⎛⎫=+=⨯+⨯=>⨯= ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 形截面。

（5）跨中竖腹杆（Kk ）采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为 0.9。

（6）其它腹杆面内计算长度系数x μ= 0.8 ，面外计算长度系数y μ= 1.0 ，根据等稳定原则，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。

3、上弦杆上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 、 杆的最大内力设计，即 N =-591.3kN 。

计算长度0X l = l = 1507mm ，0Y l = 4l =6028mm 。

截面选用 2∠110 ⨯ 70 ⨯ 10 ，短肢相并，肢背间距 a=6mm ，所提供的截面几何特性为： A = 39.4cm 2 ， i x = 2.26cm ， i y = 6.11cm 。

（1）刚度验算[][]0x 0y 150.766.681502.2630.1449.31506.11X X y yl i l i λλλλ===<====<= ，满足b t /t=125/10=12.5<0.56×l oy /b t =27,因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算长细比λy =49.3，λmax =66.7，上弦杆绕 x 轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数ϕ= 0.77 ，则322233210201.03/215/0.48134.33410N N mm f N mm A ϕ⨯==<=⨯⨯，满足 4、下弦杆下弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 gi 杆的最大内力设计，即 N = 572.4kN 。

计算长度l 0x = l = 3000mm ， l 0y = 6000mm 。

截面选用 2∠80⨯ 10 ，肢背间距 a=6mm ，所提供的截面几何特性为： A = 30.35cm 2 ， i x = 2.42cm ， i y =3.59cm 。

（1）刚度验算[][]0x 0y 300.0123.973502.42600167.133503.59X X yy l i l i λλλλ===<====<=，满足（2）强度验算3222321.410106.2/215/30.2510N N mm f N mm A ⨯==<=⨯，满足 5、再分式腹杆 ij-jK再分式腹杆在 j 节点处不断开，采用通长杆件。

最大拉力 N jk =72.7kN ， N ij = 42.1kN ；最大压力 N jK = -59.4kN ， N ij = -40.5kN 。

可见，该杆截面由 jK 杆的最大拉力确定，即N = 72.7kN 。

计算长度 l 0x = l = 2332mm ， l 0y = 4290mm 。

截面选用 2∠45x4 ，肢背间距 a=6mm ，所提供的截面几何特性为：A = 6.972cm 2，i x = 1.38cm ，i y = 2.16cm 。

（1）刚度验算[][]0x 0y 233.2166.573501.38429200.473502.16X X y y l i l i λλλλ===<====<=，满足（2）强度验算322253.21076.30/215/6.97210N N mm f N mm A ⨯==<=⨯，满足 6、竖腹杆 Ii杆件轴力为 N = -40.5kN ，计算长度l 0u = l 0v = 0.9l = 0.9 ⨯ 3585= 3226mm 。

截面选用2∠56 ⨯ 3 ，十字形截面，肢背间距 a=6mm ，所提供的截面几何特性为： A = 6.686cm 2 ，i u = 2.74cm ， i v = 2.18cm 。

（1）刚度验算[][]0x 0y 322.6117.741502.74322.6147.981502.18u u v v l i l i λλλλ===<====<=，满足401y 22100.4755618.70.5632.26(1)155.36147.363yyz y y l b b t b l tλλλ==<⨯==+=>=，上弦杆绕 y 轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数 ϕ= 0.317 ，则322222.710107.10/215/0.317 6.68610N N mm f N mm A ϕ⨯==<=⨯⨯，满足 其余杆件的截面设计过程不再一一列出，详见表 2 所示。

11四、节点设计1、屋脊节点“H ” 1、下弦节点“c ”（1）腹杆与节点板的连接焊缝 （a ）“Bc ”杆杆件轴力N=240.3kN ，截面为2L63×5，节点板厚8mm ，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.7α=、0.3β=，角焊缝强度设计值2160N/mm w f f =。

肢背焊缝焊脚尺寸取,min ,1,max min 1.5 3.67mm 4mm 1.2 1.256mmt=5mm f f f h h h t ⎧≥===⎪⎪=≤==⨯=⎨⎪≤⎪⎩ 所需焊缝长度31,1,1,11,10.7134.910224113.4mm 20.720.741601010440mm120mm 62624248mmf wf ff f Nl h h fh l h α⨯⨯=+=+⨯=⨯⨯⨯⨯≥=⨯=⎧=⎨≤=⨯=⎩取肢尖焊缝焊脚尺寸取,min ,2min ,max1.5 3.67mm 4mm 1.2 1.2565mm f f f h h t mm h t ⎧≥===⎪⎪=≤=⨯=⎨⎪≤==⎪⎩所需焊缝长度32,2,2,22,20.3134.91022453.220.720.7416010104406062624248f wf ff f Nl h mm h fh mml mm h mmβ⨯⨯=+=+⨯=⨯⨯⨯⨯≥=⨯=⎧=⎨≤=⨯=⎩取（c ）“cD ”杆杆件轴力N=-202.5kN ，截面为2L56×8，节点板厚8mm ，肢背和肢尖的内力分配系数分别为0.7α=、0.3β=，角焊缝强度设计值2160N/mm w f f =。