钢结构课程设计－、设计资料1、已知条件：梯形钢屋架跨度33m，长度120m，柱距6m。

屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用单层彩色钢板波形瓦，屋面坡度i＝1/10。

屋面活荷载标准值为0.7 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Q345B级，焊条采用E50型。

2、屋架计算跨度：Lo=33－2×0.15=32.7m，3、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=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取60mm。

二、结构形式与布置图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 屋架支撑布置图三、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。

永久荷载标准值钢屋架和支撑自重0.12+0.011×30=0.45kN/㎡单层彩色钢板波形瓦0.12kN/㎡总计0.57kN/㎡`可变荷载标准值屋面活荷载0.70 kN/㎡总计0.7kN/㎡永久荷载设计值 1.2×0.57=0.684kN/㎡可变荷载设计值 1.4×0.7=0.98kN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：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=(0.684+0.98) ×1.5×6=14.97kN②全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=0.684×1.5×6=6.156kN半跨节点可变荷载：F2=0.98×1.5×6=8.82 kN③全跨屋架及支撑自重+屋面板重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.45×1.2×1.5×6=4.86kN半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.4×0.12+0.7×1.4) ×1.5×6= 10.33kN 3.内力计算四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-630.83KN ，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=-1264.45KN 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 =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 =fN .ϕ=10*45.1246=7287.72mm 需要回转半径*x i =mm l ox 1.2560507.1==λ *yi =mm l ox 4.7560524.4==λ 根据需要的*A 、*x i 、*y i 查角钢型钢表，初选 2 L 180⨯110⨯14，A=77932mm ， x i =308mm ，y i =88mm 。

按所选角钢进行验算：x λ=x ox i l =96.483081507=＜[λ]=150 y λ=yoy i l =41.51884524=＜[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＝0.84759.1917793847.01065.12643=⨯⨯=A N y ϕMPa<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=1230.51KN 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 =29700/2=14850mm计算需要净截面面积*A =2151230510=f N =5723.302mm ，选用 2 L180⨯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=91.1694.8714850==y oy i l <[λ]=350 所选截面满足要求。

3. 端斜杆B a已知N ＝-630.83kN ，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 λ= 94.547.442456==x ox i l <[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=0.76446.1852.4452764.01083.6303=⨯⨯=A N y ϕMPa<215 MPa 所选截面满足要求。

4.再分腹杆eg-gK此杆在g 节点处不断开，采用通长杆件。

拉力：44.151=gk N KN ， 74.115=eg N kN压力： 52.50-=eg N kN ， 11.48-=gk N KN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Oxl =0.8×2250=0.8×2250=1800mm屋架平面外根据支撑布置取：Oyl =1ι（0.75+0.2521N N ）=450×（0.75+0.2552.5011.48）=4446.3mm 选用 2 L 63⨯5，见图5。

图5 再分腹杆egK 图6中竖杆KfA=1228.62mm ， x i =19.4mm ，y i =30.4mm 。

x λ=x ox i l 78.924.191800===53.9<[λ ]=150y λ=25.1464.303.4446==y oy i l <[λ]=150因为x y λλ> 只需求y ϕ，查表得y ϕ=0.32，则5.1286.122832.01052.503=⨯⨯=A N y ϕMPa<215 MPa拉应力：MPa MPa A N 21526.1236.12281044.1513<=⨯=所选截面满足要求 5.竖杆IeN ＝-79.16KN ， l l x 8.00=＝0.8 ⨯3052＝2442mm ， mm l l y 30520== 由于杆件内力较小，按λ=[λ ]=150选择，需要的回转半cm l i ox x 63.11502.244][===λ cm l i oy y 03.21502.305][===λ 查型钢表，选用2 L 63×5,其几何特性为A=1228.62mm mm i x 4.19= mm i y 4.30= 15088.12594.12.244<===cm i l x ox x λ 15039.10004.32.305<===cm i l yoy y λ 因为y x λλ> 只需求x ϕ，查表得x ϕ=0.406，则MPa MPa A N x 2157.1586.1228406.01016.793<=⨯⨯=ϕ 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2屋架杆件截面选择表精选五、节点设计用E50焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 160=w f f MPa 各杆件内力由表1查得 1. 下弦节点b（1）斜杆Bb 与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm 。

所需焊缝长度为：肢背：33.1981633.18216087.024900907.027.0=+=⨯⨯⨯⨯=='wfe wf h N l mm ，取wl '＝200mm 肢尖：mm f h N l wfe w4.121124.10916067.024900903.023.0`=+=⨯⨯⨯⨯==''，取`w l ''＝120mm （2） 斜杆Db 与节点的连接焊缝计算：设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm 。

所需焊缝长度为：肢背：mm l w 06.1801606.16416087.024200007.0=+=⨯⨯⨯⨯='，取w l ＝180mm肢尖：16067.024200003.0`⨯⨯⨯⨯=''w l =93.75+12=105.75mm ，取`w l ＝110mm（3）竖杆Cb 与节点板连接焊缝计算：因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸f h =5mm 。

根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出接点详图，从而确定节点板尺寸为457m m ×340mm 。

（4）下弦杆与节点板连接焊缝验算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 △N=854.16-352.13=502.33KN ，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm ，所需焊缝长度为457mm,受力较大的肢背处的焊缝应力为： MPa f 79.100)12457(67.021033.50275.03-⨯⨯⨯⨯⨯=τ <160MPa （5）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隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。

如图7所示图 7 节点板b 尺寸2 .上弦节点B（1）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。

（2）斜杆Ba 与节点板连接焊缝计算设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm 和6mm 。

所需焊缝长度为肢背： mm f h N l wfe w20320183160107.026308307.027.0=+⨯⨯⨯⨯=='，取wl '＝210mm 肢尖：mm f h N l wfe w48.1761228.16416067.026308303.023.0`=+=⨯⨯⨯⨯==''，取`w l ''＝180mm （3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm 。

用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。

槽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。

上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得mm h f 6122121=⨯=⨯='节点板厚度， mm h f 10=''上弦与节点板间焊缝长度为470mm ，则=⨯'⨯⨯17.02w f l h P 1447067.0255629=⨯⨯⨯MPa<0.8156=w f f f βMPa上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 △N=631.39-0.26=631.13KN 偏心距 e =110-25.9＝84.1mm 设需焊缝长度为470mm ，则MPa l h N we f 18.100)20470(107.026311302=-⨯⨯⨯=∆=∑τMPa l h M w f f 33.112)20470(107.021.8463113067.026222=-⨯⨯⨯⨯⨯=''⨯∆=σ MPa MPa f f16062.14018.100)22.133.112()()22.1(2222<=+=+τσ （4）节点板尺寸：方法同前，如图8所示图 8 节点板B 尺寸3 .屋脊节点K（1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。