《钢结构设计原理》课程设计计算书姓名：××学号：U2009158××专业班级:土木工程0905班指导老师：张卉完成时间：2012年2月18日第一部分钢结构课程设计任务书一、设计资料及依据根据学号U1及次序14得已知条件：某车间跨度为24m，厂房总长度102m，柱距6m，车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车，地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m；采用×6 m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450×450mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。
屋架计算跨度：03002400030023700mmL L=-=-=屋架端部高度：01900mmH=跨度：01 10i=计算跨度处高度: 19001200150120001915mmH=+⨯÷=屋架跨中高度:1 1900120003100mm10h=+⨯=表1 荷载标准值二、屋架尺寸及支撑布置屋架形式及尺寸如图1：屋盖的支撑布置如图2：层架上弦（下弦）支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2图2 桁架支撑布置符号说明：GWJ—钢屋架；SC—上线支撑；XC—下弦支撑；CC —垂直支撑；GC —刚性系杆；LG —柔性系杆三、 荷载计算屋面活载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活载大于雪荷载，故取屋面活载计算。
沿屋面斜面分布的永久荷载乘以1/cos /10 1.005α==换算为沿水平投影面分布的荷载。
标准永久荷载：22222220.4kN/m 0.402kN/m 201:2.50.4kN/m 0.402kN/m 1500.9kN/m 0.905kN/m kN/m 1.⨯=⨯=⨯=⨯=改性沥青防水层 1.005厚水泥砂浆找平层 1.005厚加气混凝土保温层 1.005预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.005 1.42222407kN/mkN/m 0.386kN/m kN/m ⨯=屋架和支撑自重 1.0050.384悬挂管道 + 0.000123.537kN/m ⨯共 1.352kN/m 共 4.775标准可变荷载：22220.7kN/m 0.98kN/m 0.7kN/m 0.98kN/m⨯=⨯=不上人屋面活载 1.4积灰荷载 + 1.421.96kN/m 共 设计桁架时应考虑一下三种荷载组合：1、全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：(4.775 1.96) 1.5660.615kN F =+⨯⨯= 2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：1 4.775 1.5642.975kN F =⨯⨯=半跨节点可变荷载：2 1.96 1.5617.64kN F =⨯⨯= 3、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重：3 1.350.386 1.56 4.690kN F =⨯⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活载：4(1.2 1.40.98) 1.5623.94kN F =⨯+⨯⨯= 其中，1、2为使用阶段荷载情况，3为施工阶段荷载情况。
计算详图如下：（a ）(b)(c)图3 桁架计算简图四、 内力计算由电算先解得F=1时的桁架各杆的内力系数(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，见表2 。
表2 桁架杆件内力组合表竖杆aA bC cE dG eI注：123460.615;42.975;17.64; 4.690;23.94F kN F kN F kN F kN F kN=====五、 杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面,不改变截面，按最大内力设计，即按FG 、GH 杆件的计算内力设计。
957.960kN 957960N =N =上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度0150.7cm x l =在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取02150.7cm 301.4cm y l =⨯=200y xl l =⨯因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
腹杆最大内力，N =(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：中间支12mm,14mm座节点板厚度取支座节点板与垫板厚度取 。
图4 上弦截面假定λ＝60，双角钢组合截面绕x 和y 轴稳定性均属于b 类截面。
查轴心受压构件的稳定系数表，得0.807ϕ＝。
需要截面面积 ：22957960N 5521.2mm 0.807215N/mmNA fϕ===⨯需要回转半径：00150.7cm 301.4cm 2.51cm 5.02cm6060yxx y l l i i λλ======，两角钢之间加 12mm 厚填板，查角钢规格表，选用216010012⨯⨯，则260.11cm , 2.82cm,7.82cmA i i x y ===。
验算长细比：0150.753.44[]1502.82x x x l i λλ===<= ；0301.438.54[]1507.82y y yl i λλ===<= ；满足长细比的要求由于x λ大于y λ，热轧不等边角钢短肢组合将绕x 轴失稳，故由53.44xλ= ，查表得：0.840x ϕ=22957960189.72N/mm 215N/mm 0.8406011x NAσϕ===<⨯满足要求。
2.下弦杆整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大是de 杆：951.534kN 951534Nde N ==()00300cm 240030/21185cmx y l l ==-=，所需截面积为:222951534N 4425.7mm 44.26cm 215N/mm N A nf ==== 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm ，可不考虑螺栓孔削弱。
选用216010010⨯⨯,因00y x l l >>，故用不等肢角钢，短肢相并。
22A=50.63cm 44.26cm , 2.82cm 7.78cm x y i i >==，0300134.2[]3502.235x x x l i λλ===<=01185190.2[]3506.23x y y l i λλ===<=222951534N 187.94N/mm 215N mm 5063mmde N A σ===< 满足要求。
图5 下弦杆截面3.端斜杆aB整下弦杆不变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中内力最大aB 杆， 杆件轴力:545.656kN 545656N N =-=-计算长度00==245.5cmx yl l。
因为00=x yl l，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x yi i≈。
选用：21409010⨯⨯，则图6 端斜杆截面2A=44.522cm, 4.47cm 3.74cmx yi i==，245.554.92[]1504.47xxxliλλ===<=245.565.64[]1503.74yyyliλλ===<=由于x yλλ<，热轧不等边角钢长肢组合将绕y轴失稳，由yλ查表得0.776ϕ=222545656N157.94N/mm215N mm0.7764452.2mmNAσϕ===<⨯满足要求。
4.斜腹杆①Bb杆整个Bb杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力:00421.527kN254.0cm254.0cm Bb x yN l l===，，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。
选用：21007⨯2A=27.59cm, 3.09cm 4.53cmx yi i==，254.082.2[]3503.09xxxliλλ===<=254.056.4[]3504.53yyyliλλ===<=421527152.782759BbNAσ===22N mm<215N mm 满足要求。
图7 斜腹杆Bb截面②bD杆整个bD杆不变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力:00331.685kN278.80.8223.04cm278.8cm bD x yN l l==⨯==,，选用：2906⨯2A=21.27cm, 2.79cm 4.14cmx yi i==，223.0479.94[]1502.79xxxliλλ===<=278.867.34[]1504.14yyyliλλ===<=331685120.22759NAσ===22N mm<215Nmm满足要求。
由于x yλλ>，热轧等边角钢组合将绕x轴失稳，故由xλ查表得：0.688ϕ=331685174.70.6882759bDNAσϕ===⨯22N mm<215N mm 满足要求。
图8 斜腹杆bD截面③Dc杆整Dc杆不变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力00227.246kN278.80.8223.04cm278.8cm Dc x yN l l==⨯==，，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。
选用：2806⨯218.79cm 2.47cm 3.73cmx yA i i===，，223.0490.30[]3502.47xxxliλλ===<=278.874.75[]3503.73yyyliλλ===<=227.246120.941879DcNAσ===22N mm<125N mm满足要求。
图9 斜腹杆Dc 截面④cF 杆整个cF 杆不改变截面，采用热轧等边角钢，其中设计内力00147.558kN 304.50.8243.6cm 304.5cmcF x y N l l ==⨯==，，选用：2806⨯ 。
218.79cm 2.47cm 3.73cm x y A i i ===， ，0243.698.62[]1502.47x x x l i λλ===<=0304.581.64[]1503.73yy y l i λλ===<=由于xy λλ>，热轧等边角钢组合将绕x 轴失稳，故由x λ查表得：0.564ϕ= 147558139.210.5641879cF N A σϕ===⨯22N mm <215N mm满足要求。
图10 斜腹杆cF 截面⑤Fd 杆整个Fd 杆不改变截面，采用热轧等边角钢组合，其中设计内力:0074.577kN 304.50.8243.6cm 304.5cmFd x y N l l ==⨯==， ， 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm ，可不考虑螺栓孔削弱。