钢结构课程设计钢结构课程设计－、设计资料1、题号83的已知条件：梯形钢屋架跨度27m，长度72m，柱距6m。

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0.5kN/m2，风荷载标准值0.45kN/m2。

该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.500 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C25。

钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm3、跨中及端部高度：端部高度：h`=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。

屋架的中间高度h=3250mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取50mm。

二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示，支撑布置见图2所示。

图1 屋架形式及几何尺寸符号说明：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）图2 屋架支撑布置三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。

永久荷载标准值三毡四油放水层0.40kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（80mm厚泡沫混凝土）0.08×6=0.48kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.42kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡总计 3.2kN/㎡`可变荷载标准值屋面活荷载0.70 kN/㎡屋面积灰荷载0.6kN/㎡总计 1.3kN/㎡永久荷载设计值 1.35×3.2=4.32kN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.3=1.82kN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：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：F=(4.32+1.82) ×1.5×6=55.26kN②全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=4.32×1.5×6=38.9 kN半跨节点可变荷载：F2=1.82×1.5×6=16.38 kN③全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.42×1.35×1.5×6=5.10kN半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN3.内力计算四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-564.943KN ，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm ；其余节点板与垫板厚度取12mm 。

1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1124.83KN 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度Oxl =1507mm屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度：Oyl =3⨯1507=4521mm根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图3图 3 上弦截面设λ=60，查轴心受力稳定系数表，ϕ=0.807 需要截面积*A =f N .ϕ=215*807.01124830=6483.0 2mm 需要回转半径*x i =mm l ox 1.2560507.1==λ *y i =λoy l =60521.4=75.4mm根据需要的*A 、*x i 、*y i 查角钢型钢表，初选 2 L 180⨯110⨯12，A=67142mm ， x i =31mm ，y i =87.5mm 。

按所选角钢进行验算：x λ=x ox i l =311507=48.61＜[λ]=150y =y i =5.87=51.36＜[λ]=150 由于 x y λλ>，只需求出y ϕ，查轴心受力稳定系数表，y ϕ＝0.847A ϕN =6714*847.01124830=197.8MPa<215MPa 所选截面合适。

2 .下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=521.17KN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Oxl =3000mm屋架平面外根据支撑布置取Oyl =26700/2=13350mm计算需要净截面面积*A =215521170=f N =2424.052mm ,选2L180⨯110⨯12，因为 Oyl >Oxl ,故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。

图 4 下弦截面A=67422mm ， x i =31mm ，y i =87.4mm 。

x λ=x ox i l 77.96313000==<[λ ]=350y λ=7.1524.8713350==y oy i l <[λ]=350 所选截面满足要求。

3. 端斜杆B a已知N ＝-606.939kN ， Oxl ＝Oyl ＝2456mm 。

因为Oxl ＝Oyl ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x i ＝y i，选用角钢2 L 140⨯90⨯10A ＝4452.22mm ，x i ＝44.7mm ，y i＝87.4mm截面刚度和稳定验算：x = 94.547.44==x i <[λ ]=150yλ=66.654.372456==yoy i l <[λ ]=150 因为x y λλ> 只需求y ϕ，查表得y ϕ=0.76443.1782.4452764.010939.6063=⨯⨯=A N y ϕMPa<215 MPa 所选截面满足要求。

4斜腹杆bD杆件轴力：N=- -398.799 kN=--398799N计算长度： mm l ox 4.22222778*8.0==，mm l oy 2778= 因为ox oy l l ≠，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x i ≈y i 。

设60=λ，查Q235钢的稳定系数表，可得807.0=ϕ，则需要的截面积为245.2298215807.0398799mm f N A =⨯==ϕ 需要的回转半径：mm i x 04.37604.2222==， mm i y 3.46602778==根据需要A ，x i ，y i 查角钢规格表，选用2L100⨯7，肢背间距a=12mm,则A=27.5922cm ,x i =3.09cm,y i =4.53 cm 按所选角钢进行验算：[]15092.719.304.2222=<===λλx ox x i l []15032.613.452778=<===λλy oy y i l 满足长细比要求。

由于y x λλ>，只需求x ϕ。

查表x ϕ=0.740，则MPa MPa A N x 21532.1955.2759*740.0398799<==ϕ 故所选截面合适。

5斜腹杆cF杆件轴力：N=- -154.057 kN=--154057N计算长度： mm l ox 2.24193024*8.0==，mm l oy 3024=因为ox oy l l ≠，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x i ≈y i 。

设60=λ，查Q235钢的稳定系数表，可得807.0=ϕ，则需要的截面积为291.887215807.0154057mm f N A =⨯==ϕ 需要的回转半径：mm i x 32.40602.2419==， mm i y 4.50603024==根据需要A ，x i ，y i 查角钢规格表，选用2L90⨯6，肢背间距a=12mm,则A=21.2742cm ,x i =2.79cm,y i =4.13cm 按所选角钢进行验算：15071.869.272.2419<===x ox x i l λ 15022.733.413024<===y oy y i l λ 满足长细比要求。

由于y x λλ>，只需求x ϕ。

查表x ϕ=0.643，则MPa MPa A N y 21562.1124.2127643.0154057<=⨯=ϕ 故所选截面合适。

6受拉腹杆Dc,Bb 杆的确定试取Dc ，Bb 杆的截面分别与Cf,bD 相同，即腹杆Dc 截面为2L70⨯6，Bb 杆截面2L100⨯6，对两杆进行强度和刚度验算： ① 强度验算：Dc 杆：A=16.322cm ；MPa MPa A N 21512.18616328.303742<==；故可以。

Bb 杆：A=23.8642cm ；MPa MPa A N 2156.2054.23864.490577<==；故可以。

② 刚度验算Dc 杆：mm l ox 4.2222=；mm l oy 2778=；x i =2.15cm,y i =3.33cm15036.1035.214.2222<===x ox x i l λ15042.833.332778<===yoy y i l λ刚度足够；Bb 杆：mm l ox 8.20248.0*2531==；mm l oy 2531= x i =3.1cm,y i =4.51cm15032.65318.2024<===x ox x i l λ15012.561.452531<===yoy y i l λ 刚度足够。

7、竖杆EcN=-117.455kN=-117455Nmm l l ox 8.19808.0==,mm l l oy 2476==由于杆件内力较小，按150][==λλ选择，需要的回转半径为cm l i ox x 32.115008.198][===λ cm l i oy y 65.11506.247][===λ 查型钢表，选截面x i 和y i 较上述计算的x i 和y i 略大些。

选用2∟50×5，其几何特性为选用2∟50×5，其几何特性为 A=9.6062cm ，x i =1.53cm,y i =2.53cm1505.1293.158.1980<===x ox x i l λ 15087.973.252476<===y oy y i l λ因为y x λλ<，只需求y ϕ，查表得y ϕ=0.572MPa MPa A N x 21576.2136.960572.0117455<=⨯==ϕσ屋架杆件截面选择表11五、节点设计各杆件的内力由 查得。