第一部分钢结构课程设计任务书一. 课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计二. 设计资料一单层单跨工业厂房，内设有2台中级工作制桥式吊车。
厂房总长120m，檐口高度15m，拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上。
柱顶截面尺寸400×400ｍ，柱混凝土强度等级为C20.钢屋架设计可不考虑抗震设防。
厂房柱距选择为12m屋架为梯形钢屋架（属无檩体系），跨度为24米带钢屋架挡风板。
无檩体系屋面做法及永久荷载标准值防水层为三毡四油上铺小石子0.35kN/m2找平层采用20厚水泥砂浆0.02×20＝0.40 kN/m2保温层为泡沫混凝土，选取80厚度：0.5 kN/m2预应力大型屋面板重 1.40 kN/m2可变荷载标准值雪荷载0.50 kN/m2屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2三.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示，屋架支撑布置见图2所示（下弦支撑采用与上弦支撑同样布置）图1.屋架形式及几何尺寸第二部分、钢屋架设计计算采用1.5×12m预应力钢筋混凝土大型屋面板屋架计算跨度：L。
=L-300=23700mm屋架端部高度：H。
=2000mm计算跨度处高度: h＝2015ｍｍ屋架高跨比： H/L。
=3860/23700=1/6.14层架上弦（下弦）支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2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）图2 屋架支撑布置图1.荷载计算屋架几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2）所示。
因为活载加积灰荷载加雪荷载（2000N/m²）大于活荷载（700 N/m²），所以动载取2000 N/m²。
屋架自重，P＝(120＋11×L) N/m²。
永久荷载标准值：二毡三油加绿豆砂0.35kN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层0.4kN/m2保温层0.5kN/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝） 1.4kN/m2支撑和钢屋架自重（120+11×30）/1000＝0.38管道设备自重0.10 kN/m2总计 3.13 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2总计： 1.10 kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。
永久荷载设计值：1.2×3.13＝3.76kN/m2可变荷载设计值：1.4×1.10＝1.54kN/m22荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合组合一：全跨恒荷载－全跨活荷载屋架上弦节点荷载P＝（3.76+1.54）×1.5×12＝95.4 kN/m2组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=3.76×1.5×12＝67.68 kN/m2ｐ2＝1.54×1.5×12＝27.72 kN/m2组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载ｐ3＝0.38×1.2×1.5×12＝8.2 kN/m2ｐ4＝（1.68×1.2+0.6×1.4）×1.5×12＝45.36 kN/m2由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，。
屋架各杆件内力组合见下表(1)。
半跨右半跨30 03.杆件截面设计腹杆最大内力，N=994.1KN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度取18MM,其余节点板与垫板厚度取16MM. 1.上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N ＝-1551.2kN上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度l ox ＝150.7cm ；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取l oy ＝2×150.7＝301.4cm. 因为l oy ＝2l ox ，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
图3.上轴稳定性弦截面假定λ＝60，双角钢组合截面绕x 和y 均属于b 类截面。
查轴心受压构件的稳定系数表，得φ＝0.807 需要截面面积A ＝fNφ＝1551200/（0.807×215）＝8940mm 2 需要的回转半径为：i x ＝λl ox ＝1508/60＝25.15mm i y ＝λl oy＝3016/60＝50.3mm 根据A 、i x 、i y 查不等肢角钢规格表,选用2L200×125×16,A ＝99.4cm 2, ix＝3.52cm,i y ＝6.38cm.按所选角钢进行验算：λx ＝i l xox ＝1507/35.2＝42.8＜[λ] ＝150λy ＝i l yoy ＝3014/63.6＝47.39＜[λ] ＝150（满足要求）由于λx<λy ，只需求φy 查附表用内插法得φx ＝0.868σ＝ANx ＝1551200/(0.868×9940)=179.79N/mm 2＜215 N/mm 2 所选截面合适。
2．下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N ＝1673.1kN 。
按下弦支撑布置情况：L ox ＝3000mm,L oy ＝11850mm 计算下弦截面净面积：An ＝fN＝1673100/215＝7781mm 2 选用2L125×110×14（短肢相并,见图），A ＝78cm 2, ix ＝3.08cm iy ＝5.75cm λx ＝i l x ox＝300/3.06=97.4<[λ]=350;λy ＝i l yoy ＝1185/5.75=206.1<[λ]=350. A N n＝1673100/78=214.5 N/ mm 2＜215 N/ mm 2 满足要求。
图4.下弦杆截面 3．端斜杆Ba已知N ＝994.1kN, l ox ＝l oy ＝253.9cm 。
因为l ox ＝l oy ，故采用不等肢角钢长肢相并（图 ），使ix=iy.如选用2L180×110×14，则A ＝78cm 2ix ＝5.75cm ，iy ＝4.6cm 截面刚度和稳定性验算： λx ＝i l xox=253.9/5.75=44.16＜[λ] ＝150 λy ＝i l yoy =253.9/4.6=55.2＜[λ] ＝150 ，刚度满足要求。
查b 类截面轴心受压构件的稳定系数表，得φx ＝0.655A N n＝994100/(0.832×7800)＝153.18N/mm 2＜215N/mm 2 ， 所选截面满足要求。
图5.端斜杆截面4．竖杆JeN ＝290.9kN(压力)， l ox ＝0.9l ＝0.9×320＝288cm 选用2L80×10的角钢，并采用十字形截面，则A ＝30.26cm ，ix 0＝3.04mm λx 0＝il xox ＝288/3.04＝94.7＜[λ]＝150AN =290900/3026=96.13N/mm 2＜215N/mm 2 满足要求。
其余各杆截面选择计算过程不一一列出,见表(2)-196.9250.3117.1192.8271.82302608七、节点设计用E13焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值f wt=160N/ mm2。
各杆件内力由表查得，最小焊缝长度不应小于8h f下弦节点b（图）斜杆Bb与节点板连接焊缝计算：N=357.7Kn.设肢背与肢尖的焊缝尺寸分别为6mm和5mm,所需焊缝长度为肢背：lw ＝(0.7×790.9×1000)/ (2×0.7×6×160)+12＝423.9mm，取lw＝430mm肢尖：lw ＝(0.3×790.9×1000) / (2×0.7×5×160)+12＝221.8mm，取lw＝230mm斜杆Db与节点板的连接焊缝计算：N=648.7KN肢背:lw ＝(0.7×648.7×1000) / (2×0.7×6×160)+12=349.9mm,取lw＝350mm肢尖:lw ＝(0.3×648.7×1000) / (2×0.7×6×160)+12=201.6mm 取lw＝210mm竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：N=95.4KN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸h f，焊缝长度lw>50mm. 下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为节点板两侧下弦杆的内力差ΔN=1307.8-524.5=783.3KN.设肢尖与肢背尺寸6mm，所需焊缝长度为肢背lw ＝0.7×783.3×1000/2×0.7×6×160+12＝418mm,取lw＝420mm肢尖lw ＝0.3×783.3×1000/2×0.7×6×160+12＝180mm,取lw＝180mm节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隔和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点板尺寸。
本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。
2.上弦节点B（图）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=994.1KN肢背和肢尖焊缝分别采用：h f＝10mm和 h f＝6mm肢背lw ＝(0.7×994.1×1000)/(2×0.7×10×160)+20＝311mm，取lw＝320mm肢尖lw ＝(0.3×994.1×1000)/(2×0.7×6×160)+12＝234mm,取lw＝240mm为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接.焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。
假定集中荷载P由槽焊缝承受，P＝95.4KN。
所需槽焊缝计算长度l w ＝95.4×1000/2×0.7×6×160+20＝70.98mm 上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差ΔN ＝985.5-0＝985.5KN ， 偏心距e=125-29.9=95.1mm.设肢尖焊脚尺寸16mm ，需焊缝长度为410mm ，则τf ＝ΔN /2h e l w ＝985.5×1000/(2×0.7×16×444)＝99N/mm 2σf ＝6l h M w e 22＝(6×985.5×1000×95.1)/(2×0.7×16×4442)＝313N/mm 2τ+βσ22)/(f f f ＝143.86N/mm 2＜160 N/mm 2满足强度要求。