钢结构课程设计 例题
钢结构课程设计指导书及例题
《钢结构设计原理》课程设计指导书邱继生编西安科技大学建工学院二零零九年六月第一部分《钢结构》课程设计大纲设计某钢屋架，采用梯形或三角形屋架的形式，要求确定屋架形式、进行支撑布置、内力计算、杆件截面设计、节点的设计及钢屋架施工图的绘制并编制材料表1.1 设计目的钢结构的课程设计是钢结构教学中一个重要的实践性教学环节，通过本课程设计使学生能够在实践中巩固所学的理论知识，对培养和提高学生的基本技能，有着十分重要的作用，设计目的主要有以下几个方面：1、了解钢屋架设计的内容和一般程序，为将来的工作实际打下一个良好的基础。
2、进一步巩固所学的有关连接及构件的内容，并能从整体的高度掌握所学的知识。
3、掌握钢屋架设计的一般方法和步骤，其主要内容包括以下几个方面：了解常见的钢屋架的形式、布置及其特点；掌握钢屋架支撑的形式、布置及其作用；能够利用结构力学所学的知识对钢屋架的内力进行计算；能够根据内力计算结果合理的选择截面；掌握屋架节点的计算及设计；学会钢屋架施工图的画法及材料表的编制；学习书写结构计算书，为毕业设计打下基础；学习运用相关的规范进行设计；1.2 设计资料1、设计作业一设计资料：某厂房车间跨度为21米，长度60m，柱距6m，车间内无吊车。
屋架承重结构为梯形屋架，屋面坡度自定。
屋面构造为1.5*6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，上设二毡三油加小石子，找平层20mm厚，泡沫混凝土保护层80mm，雪荷载按当地雪荷载查规范采用，积灰荷载0.75N/m2。
混凝土标号C20，钢材采用Q235－B,焊条采用E43型。
厂房地点：武汉、西安、乌鲁木齐、哈尔滨2、设计作业二设计资料：某仓库跨度18m，长80m，柱距5m。
屋架承重结构采用三角形芬克式钢屋架，屋面坡度自定。
屋面采用波形石棉瓦，加保温层木丝板。
雪荷载按当地雪荷载查规范采用，积灰荷载0.60N/m2。
混凝土标号C20，钢材采用Q235－B,焊条采用E43型。
厂房地点：北京、哈尔滨、重庆、西安、乌鲁木齐学生可选择其中的一个题目和地点进行设计，题目尽量多样化避免集中在几个题目上。
完整钢结构课程设计
1.设计资料： ......................................................................................................... 错误!未定义书签。
2.结构形式与布置 ................................................................................................. 错误!未定义书签。
3.荷载计算 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。
4.内力计算 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。
附件：设计资料1、设计题目：单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计2、设计任务及参数：第五组：某地一机械加工车间,长84m,跨度24m,柱距6m,车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车,轨顶标高18.5m,柱顶标高27m,地震设计烈度7度;采用梯形钢屋架,封闭结合,×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板m2,上铺100mm厚泡沫混凝土保温层容重为1KN/m3,三毡四油上铺绿豆砂防水层m2,找平层2cm厚m2,卷材屋面,屋面坡度i=1/10,屋架简支于钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级C20,上柱截面400×400mm;钢材选用Q235B,焊条采用E43型;屋面活荷载标准值m2,积灰荷载标准值m2,3、设计任务分解学生按照下表分派的条件,完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容;表-34、设计成果要求在教师指导下,能根据设计任务书的要求,搜集有关资料,熟悉并应用有关规范、标准和图集,独立完成课程设计任务书指导书规定的全部内容;1需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图;2梯形钢屋架设计要求：经济合理,技术先进,施工方便;3设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂,统一用A4纸书写打印;A、按步骤设计计算,各设计计算步骤应表达清楚,写出计算表达式及必要的计算过程,对数据的选取应写明判断依据;B、计算过程中,必须配以相应的计算简图;C、对计算结果进行复核后,为保证施工质量且方便施工,应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据;4梯形钢屋架施工图共两张,图纸绘制的要求：布图合理,版面整齐,图线清晰,标注规范,符合规范/图集要求;单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计1.设计资料：1某地一机械加工车间,长84m,跨度24m,柱距6m,车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车,轨顶标高18.5m,柱顶标高27m,地震设计烈度7度;采用梯形钢屋架,封闭结合,×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板m 2,上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层容重为1KN/m 3,三毡四油上铺绿豆砂防水层m 2,找平层2cm 厚m 2,卷材屋面,屋面坡度i=1/10,屋架简支于钢筋混凝土柱上,混凝土强度等级C20,上柱截面400×400mm;钢材选用Q235B,焊条采用E43型;屋面活荷载标准值m 2,积灰荷载标准值m 2,雪荷载及风荷载见下表;2屋架计算跨度)(7.233.0240m l =-=3跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案,采用平坡梯形屋架,端部高度mmh 19000=中部高度mm h 3100=为6.7/0l ,屋架跨中起拱500/l 考虑,取48m. 2.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示：图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度102m>60m、跨度及荷载情况,设置三道上、下弦横向水平支撑;因柱网采用封闭结合,厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间,该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同;在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆,以保证安装时上弦杆的稳定,在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆,以传递山墙风荷载;在设置横向水平支撑的柱间,于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑;梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：屋架上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图3.荷载计算屋面和荷载与雪荷载不会同时出现,计算时,取较大的荷载标准值进行计算;故取屋面活荷载2m 进行计算;屋面风荷载迎风面 m KN /88.51235.00.1)0.1(4.11-=⨯⨯⨯-⨯=ω 背风面 m KN /82.31235.00.165.0(4.11-=⨯⨯⨯-⨯=ω由于屋面坡度较小,对荷载影响小,未予考虑;风荷载对屋面为吸力,重屋架不考虑;表 1 荷 载 计 算 表设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合： .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：KN F 991.4865.1)82.16234.3(=⨯⨯+=.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：611.3265.16234.31=⨯⨯=F半跨节点可变荷载：KN F 38.1665.182.12=⨯⨯=.全跨屋架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：KN F 67.465.15184.03=⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：KN F 31.2365.1)7.089.1(4=⨯⨯+=1、2为使用节点荷载情况,3为施工阶段荷载情况; 4.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示：屋架计算简图由图解法或数解法解得F＝1的屋架各杆件的内力系数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,计算结果见表2屋架构件内力组合表竖杆AaCb、EcGdHRIe 0 00 0 0 0 0 0 05.杆件设计1上弦杆整个上弦采用等截面,按GH,HI杆件的最大内力设计,即KNN89.797-=上弦杆计算长度：在屋架平面内,为节间轴线长度,即在屋架平面外,本屋架为无檩体系,并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用,根据支持布置和内力变化情况,取oyl为支撑点间的距离,即mmloy6000=根据屋架平面外上弦杆的计算长度,上弦杆截面选用两个不等肢角钢,短肢相并;如下图所示;腹杆最大内力KNN06.440-=,由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取10mm,支座节点板刚度取12mm;设70=λ,查Q235钢的稳定系数表,可得751.0=ϕ由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类,则需要的截面积为236.4941215751.01089.797mmfNA=⨯⨯==ϕmmlloox1508==需要回转半径：mm l i oxx 5.21701508===λ , mm l i oy y 7.85706000===λ根据需要A,x i ,y i 查角钢规格表,选用101101802⨯⨯L ,肢背间距a=10mm,则：25680mm A =,mm i x 3.31=,mm i y 3.86=按所选角钢进行验算：52.693.866000===yoy y i l λ<λ=150, 758.0=y ϕb 类 双角钢T 型截面绕对称轴y 轴应按扭曲计算长细比yz λ,6.331160056.056.0110.1110=⨯=<==b l t b y 则yz λ=y λ=,754.0=ϕ,MPa MPa A N 3.1865680754.01089.7973=⨯⨯=ϕ＜MPa 215故所选截面满足要求;填板每个节间放一块满足1l 范围内不少于两块,尺寸取60mmx130mmx10mm 则 间距cm x i cm l d 2.12513.340404.7528.150==<==,取80cm; 2下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的杆计算;K N 86.741=Nmm l ox 3000= ,mm l oy 118502/23700==因跨中有通长系杆,所需截面积为：235.34502151086.741mm f N A =⨯==选用101101802⨯⨯L ,因oy l ≥ox l ,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图;25680mm A =,mm i x 3.31=,mm i y 3.86=8.953.313000===x ox x i l λ＜350,31.1373.8611850===y oy y i l λ＜35018.483.311508===x ox x i l λMPa MPa A N 21561.13056801086.7413<=⨯==σ故所选截面满足要求;填板每个节间放一块,尺寸取60mm ×130mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 4.25013.380801502300=⨯=<==,取150cm; 3斜腹杆 ①端斜杆aB ：杆件轴力 KN N 06.440-= 计算长度 =ox l mm l oy 2448=因=ox l oy l ,故采用不等肢角钢,长肢相并,使≈x i y i ;选用8801252⨯⨯L ,肢背间距a=10mm,则： 23200mm A =,mm i x 1.40=,mm i y 7.32= 按所选角钢进行验算：86.747.322448===yoy y i l λ<λ=150 双角钢T 型截面绕对称轴y 轴应按扭曲计算长细比yz λ,7.1788.24458.058.0108.08202=⨯=<==b l t b y 则yz λ=y λ1+2204209.1tl b y =×1+y λ>=⨯⨯58.81)8.08.244809.1224故由58.81max ==yz λλ,b 类,678.0=ϕ,MPa MPa A N 8.2023200678.01006.4403=⨯⨯=ϕ＜MPa 215 故所选截面满足要求;填板放两块,尺寸取60mm ×145mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 8.13027.340406.8138.244=⨯=<==,取90cm; ②杆件dR-RI此杆在R 节点处不断开,采用通长杆件;05.611.402448===x ox x i l λ最大拉力：KN N dR 60.65= ,KN N RI 33.103= 最大压力：KN N dR 63.34-= ,KN N RI 03.31-=再分式桁架中的斜腹杆,在桁架平面内的计算长度取节点中心间距mm l ox 2157=,在桁架平面外的计算长度：mm N N l l oy 5.6399)63.3403.3125.075.0(4314)125.075.0(21=⨯+⨯=⨯+⨯= 选用4632⨯L ,查角钢规格表得2996mm A =,mm i x 6.19=,mm i y 4.29=1507.996.192157<===x ox x i l λ因x λ＜y λ,只需求y ϕ;查表得3486.0=y ϕ,则MPa A N y 7.999963486.034630=⨯==ϕσ＜MPa 215 拉应力： MPa MPa A N 2157.10399610333<===σ 所选截面满足要求;填板放两块,尺寸取60mm ×83mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 4.7896.140409.7137.215=⨯=<==,取75cm; ③ 杆件Bb杆件轴力 KN N 58.339=计算长度 =ox l ×2534=, mm l oy 2534= 选用8752⨯L ,查角钢规格表得22300mm A =,mm i x 8.22=,mm i y 0.35=3509.882.2027<===xoxx i l λ 3504.720.352534<===yoy y i l λ 所选截面满足要求;15067.2174.295.6399<===yoy y i l λ填板放两块,尺寸取60mm ×95mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 4.18228.280804.6334.253=⨯=<==,取80cm; ④杆件bD杆件轴力 KN N 24.267-=计算长度 =ox l ×2798=, mm l oy 2798= 选用8752⨯L ,查角钢规格表得22300mm A =,mm i x 8.22=,mm i y 0.35=1502.988.224.2238<===x ox x i l λ,1508.812.342798<===y oy y i l λ x λ>y λ,567.0=x ϕ,MPa MPa A N x 2159.2042300567.0267240<=⨯==ϕσ 所选截面满足要求;填板放三块,尺寸取60mm ×95mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 2.9128.240400.7048.279=⨯=<==,取70cm; ⑤杆件Dc杆件轴力 KN N 33.180=计算长度 =ox l ×2778=, mm l oy 2778= 选用8752⨯L ,查角钢规格表得22300mm A =,mm i x 8.22=,mm i y 0.35=3505.978.224.2222<===x ox x i l λ,35037.790.352778<===y oy y i l λ MPa MPa A N 2154.782300180330<===σ 所选截面满足要求;填板放两块,尺寸取60mm ×95mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 4.18228.280806.9238.277=⨯=<==,取100cm; ⑥杆件cF杆件轴力 KN N 64.118-=计算长度 =ox l ×3055=2444m, mm l oy 3055=选用8752⨯L ,查角钢规格表得22300mm A =,mm i x 8.22=,mm i y 0.35=1502.1078.222444<===x ox x i l λ,1503.890.353035<===y oy y i l λx λ>y λ,449.0=x ϕ, MPa MPa A N x 2159.1142300449.0118640<=⨯==ϕσ 所选截面满足要求;填板放三块,尺寸取60mm ×95mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 2.9128.240404.7645.305=⨯=<==,取cm 80; ⑦杆件Fd杆件轴力 KN N 49.52=计算长度 =ox l ×3035=2444m, mm l oy 3035= 选用4632⨯L ,查角钢规格表得2996mm A =,mm i x 6.19=,mm i y 4.29=3509.1236.192428<===x ox x i l λ,3505.1004.293035<===y oy y i l λMPa MPa A N 2157.5299652490<===σ 所选截面满足要求填板放两块,尺寸取60mm ×83mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 8.15696.180802.10135.303=⨯=<==,取110cm; ⑧杆件RG杆件轴力 KN N 13.34=计算长度 =ox l ×1952=, mm l oy 1952= 选用4632⨯L ,查角钢规格表得2996mm A =,mm i x 6.19=,mm i y 4.29=3507.796.196.1561<===x ox x i l λ,3506.644.291952<===y oy y i l λx λ>y λ,688.0=x ϕ,MPa A N x 8.49996688.034130=⨯==ϕσ＜MPa 215 所选截面满足要求填板放两块,尺寸取60mm ×83mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 8.15696.180801.6532.195=⨯=<==,取70cm; 4竖杆 ①杆件Aa杆件轴力 KN N 50.24-=计算长度 =ox l ×1900=1520m, mm l oy 1900=由于杆件内力较小,按150][==λλ选择,需要回转半径为mm i x 13.10=,mm i y 67.12=选用4562⨯L ,查角钢规格表得2878mm A =,mm i x 3.17=,mm i y 7.26=15086.873.171520<===x ox x i l λ,15034.697.261900<===y oy y i l λx λ>y λ,636.0=x ϕ,MPa A N x 87.43878636.024500=⨯==ϕσ＜MPa 215 所选截面满足要求;填板放两块,尺寸取60mm ×76mm ×12mm,则 间距cm i cm l d 2.6973.140403.633.190=⨯=<==,取65cm; ②杆件HR杆件轴力 KN N 99.48-=计算长度 =ox l ×1406=, mm l oy 1406= 选用4562⨯L ,查角钢规格表得2878mm A =,mm i x 3.17=,mm i y 7.26=15002.653.178.1124<===x ox x i l λ,1503.517.261406<===y oy y i l λx λ>y λ,78.0=x ϕ,MPa A N x 53.7187878.0448990=⨯==ϕσ＜MPa 215 所选截面满足要求;填板放三块,尺寸取60mm ×76mm ×10mm,则 间距cm i cm l d 2.6973.140408.4636.140=⨯=<==,取50cm; ③杆件Cb杆件轴力 KN N 92.48-=计算长度 =ox l ×2200=1760m, mm l oy 2200= 选用4562⨯L ,查角钢规格表得2878mm A =,mm i x 3.17=,mm i y 7.26=1507.1013.171760<===x ox x i l λ,1503.807.262200<===y oy y i l λx λ>y λ,483.0=x ϕ,MPa A N x 5.115878483.0448920=⨯==ϕσ＜MPa 215 所选截面满足要求;填板放三块,尺寸取60mm ×76mm ×10mm,则 间距,2.6973.14040554220cm i cm l d =⨯=<==取60cm; ④杆件Ec杆件轴力 KN N 92.48-=计算长度 =ox l ×2500=2000m, mm l oy 2500= 选用4562⨯L ,查角钢规格表得2878mm A =,mm i x 3.17=,mm i y 7.26=1506.1153.172000<===x ox x i l λ,15024.917.262200<===y oy y i l λx λ>y λ,460.0=x ϕ,MPa A N x 1.121878460.0448920=⨯==ϕσ＜MPa 215 所选截面满足要求;填板放三块,尺寸取60mm ×76mm ×10mm,则间距,2.6973.140405.624250cm i cm l d =⨯=<==取65cm; ⑤杆件Gd杆件轴力 KN N 47.73-=计算长度 =ox l ×2800=2240m, mm l oy 2800= 选用4632⨯L ,查角钢规格表得2996mm A =,mm i x 6.19=,mm i y 4.29=1503.1146.192240<===x ox x i l λ,1507.924.292800<===y oy y i l λ x λ>y λ,468.0=x ϕ,MPa A N x 6.157996468.073470=⨯==ϕσ＜MPa 215 所选截面满足要求;填板放三块,尺寸取60mm ×83mm ×10mm,则 间距,4.7896.14040704280cm i cm l d =⨯=<==取70cm表 3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表1.下弦设计 1下弦节点b已知采用用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160wf f Mpa ;设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算：肢背： mm l w 2.1648216087.02339580321=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取180mm ;肢尖： mm l w 4.956216067.02339580312=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取100mm ;设“bD ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为： 肢背： mm l w 9.1518216087.02267240321=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取120mm ;肢尖： mm l w 6.776216067.02267240312=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取90mm ;“Cb ”杆的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取mm h f 5=;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,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为300mm ×340mm;下弦节点“b ”下弦与节点板连接的焊缝长度为,mm h f 6=;焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差kN 27.32618.42245.685==∆—N ,受力较大的肢背处的焊缝应力为MPa f MPa w f 1603.971234060.7226270332＝）—（<=⨯⨯⨯⨯=τ,焊缝强度满足要求;2下弦节点c已知采用用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160wf f Mpa ;设“cD ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算：肢背： mm l w 4.838216087.02180330321=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取100mm ;肢尖： mm l w 3.566216067.02180330312=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取60mm ;设“cF ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为： 肢背： mm l w 4.608216087.02186401321=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取80mm ;肢尖： mm l w 3.416216067.02118640312=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取60mm ;“cE ”杆的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取mm h f 5=;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,按比例下弦节点“c ”绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为260mm ×300mm;下弦与节点板连接的焊缝长度为,mm h f 6=;焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差kN 41.15545.86586.741=-=∆N ,受力较大的肢背处的焊缝应力为MPa f MPa w f 16079.371234060.7215541032＝）—（<=⨯⨯⨯⨯=τ,焊缝强度满足要求;3下旋节点d已知采用用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160wf f Mpa ;设“Fd 的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算：肢背： mm l w 6.358216087.0252490321=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取80mm.肢尖： mm l w 8.246216067.0252490312=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取60mm.设“dR 的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为： 肢背： mm l w 5.408216087.0265600321=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取80mm.肢尖： mm l w 1.286216067.0265600312=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取60mm .“Gd 的内力很小,焊缝尺寸可按构造确定,取mm h f 5=;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,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为260mm ×340mm;下弦节点“d ”下弦与节点板连接的焊缝长度为,mm h f 6=;焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差kN 05.181.74086.741=-=∆N ,受力较大的肢背处的焊缝应力为MPa f MPa w f 16026.01234060.72105032＝）—（<=⨯⨯⨯⨯=τ,焊缝强度满足要求;4下弦节点e1弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为50cm,mm h f 8=;焊缝所受的力为弦杆的内力kN 81.740=N ,则需焊缝长度为: =+⨯⨯⨯=167.04w ff w f h N l mm 222.698216087.04740810=⨯+⨯⨯⨯,取w l =250mm 拼接角钢长度不小于2⨯250+10=510mm,取540mm;为了保证施焊方便和保证连接焊缝的质量,还需将连接角钢的竖直肢切去Δ=t+mm h f 5+=10+8+5=23mm;2竖杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算;kN N 12.111%15408107=⨯=设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm,弦杆一侧需焊缝长度为肢背：mm l w 39.671216067.021012.111323=+⨯⨯⨯⨯⨯=,取w l =80mm 肢尖mm l w 28.391216067.021012.111313`=+⨯⨯⨯⨯⨯=,按构造要求,取焊缝长度`w l ≥50mm, 取`w l =60mm3节点板尺寸：按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸:图14.下弦节点“e ”MPa f MPa w f 16056.911650080.7274081032＝）—（<=⨯⨯⨯⨯=τ 焊缝强度满足要求;2上弦设计1上弦节点“B ”“Bb ”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b ”相同;已知： kN 06.440-N =aB设“aB ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=,则所需的焊缝长度为按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算：肢背： mm l w 164.538216087.024********=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取170mm ; 肢尖： mm l w 120.056216067.024********=⨯+⨯⨯⨯⨯=,取140mm ; 为了便于在上弦上搁置屋面板,节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm;用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来;槽焊缝作为两条角焊缝计算,槽焊缝强度设计值乘以的折减系数;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到：。
钢结构案例分析
N T fx fx
2
2
23.8 104 .2 2 6.0 78.0 1.22
2
134 .4 N / mm 2 f fw 160 N / mm 2
所以，此连接的焊缝强度满足要求。
10
【例3.6】两块截面为14mm×400mm的钢板，采用双拼接板进行拼接，拼接板 厚8mm，钢材Q235，板件受轴向拉力N＝960kN，试用直径d＝20mm的C级普 通螺栓拼接。 【要求】：设计连接螺栓。 【解】：1.单栓承载力设计值： d 2 b 20 2 b
3
2.受力情况 V=F=550KN, M=Fe=550×0.3=165KN· m 3.焊缝强度验算
max
max
h 6 2 165 10 206 89.2 N/mm 2 f w 185N/mm 2 t Iw 3.81 10 8 M
VS x 550 10 3 1.04 10 6 125 .1N/mm 2 f vw 125N/mm 2 8 lxt 3.81 10 12
6
翼缘焊缝的最大应力：
M h 127 .8 10 3 f1 205 .6 8 I w 2 1.88 10 139 .8 N / mm 2 f f fw 1.22 160 195 N / mm 2
腹板焊缝中设计控制点A由于弯矩M引起的应力： 170 f 2 140 115 .8 N / mm 205 .6 由于剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力：
( xi2 yi2 ) 5.28 10 5 mm 2
N1Tx
N1Ty
Ty1 60000 160 18.2 KN 2 2 5 xi yi 5.28 10
土木类专业钢结构课程设计例题工作平台梁格体系设计设计
土木类专业《钢结构》课程设计例题工作平台梁格体系设计一、设计资料1．结构型式一工作平台尺寸为15m×12m，次梁跨度为6米，次梁间距2.5米，预制钢筋混凝土铺板焊于次梁上翼缘．平台永久荷载(不包括次梁自重)为8.5KN／m2，荷载分项系数为1.2，活荷载为20KN／m2，荷载分项系数为l.4．主梁跨度为15米。
（若考虑次梁叠接在主梁上，其支承长度,）。
2．材料钢材：Q235焊条：E43，手工电焊，普通方法检查；3．规范《钢结构设计规范》(GB50017-2003)二、设计内容1．结构布置要求拟出合理的结构布置方案，并扼要说明选型的理由与根据，按比例绘出结构布置简图。
(1)梁格的型式(2)主梁型式(3)次梁型式及数目(4)梁格的连接形式2．次梁设计(1) 次梁的荷载和内力计算(2) 次梁截面选择(3) 次梁截面验算(包括强度、稳定，局部承压及刚度验算)3．主梁设计(1)主梁的设计荷载和内力(2)主梁截面设计及验算(3)主梁截面改变及验算(4)主梁翼缘焊缝设计(5)腹板加劲肋设计三、《钢结构》课程设计计算（一）结构布置（二）次梁设计：设计数据：1、次梁的荷载及内力均布荷载设计值：最大弯矩：2、初选截面选用Ⅰ50ｂ，3、强度验算：（1）正应力验算：次梁自重弯矩：,（2）剪应力验算：支座剪力：（3）次梁承受均布荷载作用，其上翼缘没有局部集中荷载作用，可不验算局部压应力，但考虑次梁叠接在主梁上，应验算支座处腹板局部压应力。
支座反力：,设支承长度：支承面至腹板边缘的垂直距离：局部承压强度：4、整体稳定性验算：由于次梁受压翼缘与刚性面板焊接（钢筋混凝土铺板焊于上翼缘），能保证其整体稳定性，按规范要求，可不验算整体稳定性。
5、局部稳定性：由于次梁采用型钢梁，可不验算其局部稳定性。
6、刚度验算：刚度验算按正常使用极限状态进行验算，采用荷载的标准组合：（三）主梁设计（1）、主梁荷载及内力：由次梁传来的集中荷载：假设主梁自重为，加劲肋等的附加重量构造系数为1.1，荷载分项系数为1.2，则自重荷载的设计值为。
钢结构课程设计实例1
1 工程概况(设计资料)1.1 结构形式1）某厂房跨度为21m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。
2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。
3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。
4）该车间所属地区南京。
5）采用梯形钢屋架。
1.2屋架形式及选材屋架跨度为21m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。
屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用345钢，焊条为E50型。
1.3荷载标准值（水平投影面计）考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m2②二毡三油防水层400N/m2③20mm厚水泥砂浆找平400N/m2④支撑重量70N/m2考虑活载：屋面活荷载与雪荷载不能同时出现，由于本屋架地处南京地区，雪荷载为0.65N/m2小于活载，故取活载为700N/m22 支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。
屋面坡度i=1/10；屋架计算跨度L0＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，中部高度取H=3190mm（为L0/7.4）。
屋架几何尺寸如图1所示：1拱50图1：24米跨屋架几何尺寸2.2 桁架支撑布置桁架支撑布置图符号说明：SC 上——上弦支撑；XC ——下弦支撑；CC ——垂直支撑;GG ——刚性系杆；LG ——柔性系杆桁架及桁架上弦支撑布置桁架及桁架下弦支撑布置垂直支撑 1-1垂直支撑 2-23 荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载(南京地区为0.65kN/m2 <0.7kN/m2 ),故取屋面活荷载计算。
由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。
沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。
钢结构课程设计参考示例
参考实例：钢结构课程设计例题－、设计资料某一单层单跨工业长房。
厂房总长度为120ｍ，柱距６ｍ,跨度为２7m。
车间内设有两台中级工作制桥式吊车。
该地区冬季最低温度为-２0℃。
屋面采用1.5m×6.０m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。
上铺１20m ｍ厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。
屋面活荷载标准值为０.６kＮ／㎡,雪荷载标准值为0.75kN／㎡，积灰荷载标准值为0.5ｋN/㎡。
屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。
柱头截面为400mm ×400mm,所用混凝土强度等级为C20。
根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q2３5―A―F，其设计强度f=２１5kN/㎡,焊条采用Ｅ43型,手工焊接。
构件采用钢板及热轧钢劲,构件与支撑的连接用M20普通螺栓。
屋架的计算跨度:Lo=２7000－2×１5０=267００mｍ,端部高度:h＝200０mm(轴线处),h＝2015mｍ(计算跨度处）。
二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。
图1 屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。
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。
永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子）0．３5kN／㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）０.02×2０=0.40kN／㎡保温层（120ｍm厚泡沫混凝土) 0.12*6=０.7０kN/㎡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＝0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡总计３.387kN/㎡可变荷载标准值雪荷载0.75ｋN/㎡积灰荷载０.50kN/㎡总计 1.25kＮ/㎡永久荷载设计值 1.2×3.387=4.06４４kN／㎡(由可变荷载控制)可变荷载设计值 1.4×１.25＝1.７５ｋN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合:组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(４.０644＋1.７５) ×1.5×6=52.３296 kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载P＝４．0644×1．５×6=36.59 kN 屋架上弦节点荷载1P=1.7５×1.５×6=1５.75kN2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P=０.４17×1.2×１.５×6=4．５kN 屋架上弦节点荷载3P=（1．4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.4５7kN3.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数,见表1。
钢结构课程设计
钢结构课程设计－、设计资料1、题号92的已知条件：梯形钢屋架跨度24m，该厂房位于北京，长度为84m，柱距6m。
屋面坡度i＝1/10。
屋面活荷载标准值为0.40 kN/m2，雪荷载标准值为0.4kN/m2，风荷载标准值0.45kN/m2，积灰荷载标注值为0.60kN/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℃，。
采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板屋面板。
屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C20。
钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。
2、屋架计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm3、跨中及端部高度：本设计中为无檩条屋盖方案，采用平坡形屋架取屋架在21m轴线处的端部高度h`=1990mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。
屋架的中间高度h=3040mm，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屋架下弦支撑布置图图2 屋架支撑布置符号说明：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）三、荷载与内力计算1.荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。
故取屋面活荷载0.5 kN/㎡进行计算.屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按照经验公式()20.120.011/k g l kN m =+计算，跨度单位为米。
表1 荷 载 计 算 表荷载名称 标准值（kN/m 2）设计值（kN/m 2） 压型钢板屋面板 1.4 1.4×1.35=1.89 三毡四油防水层0.4 0.4×1.35=0.54 找平层 0.4 0.4×1.35=0.54 保温层0.10.1×1.35=0.135屋架和支撑自重0.12+0.011×21=0.3510.351×1.35=0.474管道荷载0.1 0.1×1.35=0.135 永久荷载总和 2.751 3.714屋面活荷载0.40 0.4×1.4=0.56积灰荷载0.60 0.6×1.4=0.84 可变荷载总和0.80 1.122.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=(3.71+1012)×1.5×6=43.5kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=3.71×1.5×6=33.42kN半跨节点可变荷载：F2=1.12×1.5×6=10.08kN（3）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 =0.474×1.5×6=4.26kN半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.89+0.4)×1.5×6=20.61kN1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。
钢结构课程设计(含部分图)
钢结构课程设计院系：建筑工程学院姓名：班级：学号：指导老师：【设计资料】1、车间柱网布置图（L×240m）2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶3、屋面板采用1.5m×6m的预应力大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）4、柱距6m，厂房跨度L=21m，24m,27m，30m，33m5、柱网布置图（见附图）6、采用梯形钢屋架，A、B、C、D、E共五组，分四种不同荷载情况，共20个题目7、荷载2荷载分类情况8、设计要求（1）、设计屋面支撑布置（2）、计算屋架杆件内力（3）、选择杆件（4）、设计节点（5）、绘制屋架施工图9、内力计算考虑下列三种情况（1）、满载（全跨永久荷载加全跨可变荷载）（2）、在吊装过程中可能出现的半跨屋面板荷和半跨活荷载（500N/m2）和全跨屋架自重（3）、在使用过程中全跨永久荷载和半跨可变荷载10、施工图绘制说明课程设计要求完成的施工图限于构件图和节点详图的绘制。
其主要内容如下：(1)屋架的索引图：用以表示各杆件的几何长度、内力设计值以及拱度(如果需要起拱的话)；(2)屋架的正面图：用以表示各个杆件的编号、定位尺寸、缀(填)板的布置、各个节点的详图(包括节点板的几何尺寸、定位尺寸、各个杆件在节点板上的相互几何关系、焊缝几何尺寸)，以及支撑连接件的位置等；(3)屋架的上、下弦平面图：分别对应于上、下弦的俯视图，用以表示上、下弦的支撑连接件的位置；(4)屋架的侧面图：一般绘制屋架的端侧面图和中竖杆的侧面图等；(5)屋架的剖面图：一般绘制屋架支座节点的水平剖面图、屋架垂直支撑所在的竖直剖面图等；(6)大样图：用以表示某些特殊零件的几何尺寸；(7)材料表：罗列所有杆件、节点板以及连接件的编号、截面形式、长度、数量和质量等；(8)说明：用以指出制作屋架的钢材、焊条型号、涂装方式以及未标明事项。
11、施工图绘制要点(1)屋架施工图的图面布置灵活多样。
(2)除了屋架索引图外，绘制施工图的其余部分都必须采用两种比例，即：用于杆件轴线方向尺寸绘制的比例一和用于垂直于杆件轴线方向尺寸绘制的比例二。
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钢屋架设计计算一、设计资料屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。
钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上（砼等级C20）。
钢屋架材料为Q235钢，焊条采用E43型，手工焊接。
该厂房横向跨度为24m，房屋长度为240m，柱距（屋架间距）为6m，房屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。
二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。
屋架端部高度H0=2000mm。
二、支撑布置三、荷载计算1、荷载永久荷载预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝） 1500N/m2 =1.5 KN/m2屋架自重（120+11×24）=0.384 KN/m2防水层 380N/m2 =0.38 KN/m2找平层2cm厚 400N/m2 =0.40 KN/m2保温层 970N/m2 =0.97 KN/m2支撑自重 80N/m2 =0.08 KN/m2小计∑3.714 KN/m2可变荷载活载 700N/m2=0.70 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：1.2×3.714=4.457kN/m2可变荷载设计值：1.4×0.7=0.98kN/m22、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P1=4.457×1.5×6=40.11kN P2=0.98×1.5×6=8.82kN（3）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载P4=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。
四、内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。
具体计算见图屋架各杆内力组合见表。
全跨荷载布置图全跨荷载内力图左半跨荷载布置图左半跨荷载内力图右半跨荷载布置图右半跨荷载内力图内力计算表表1杆件名称杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载P=48.93kNN=P×③全跨永久荷载+半跨可变荷载P1=40.11kNP2=8.82kNN左=P1×③+P2×①N右=P1×③+P2×②全跨屋架支撑+半跨屋面板+半跨可变荷载P3=5.01kNP4=25.02kNN左=P3×③+P4×①N右=P3×③+P4×②计算内力KN P=1在左半跨在右半跨全跨①②③上弦杆10-11 0 0 0 0 0 0 011-13 -6.35 -2.51 -8.86 -424.57 -393.55 -346.13 -253.62 -132.50 -393.55 13-15 -9.35 -4.65 -14.00 -670.88 -613.42 -555.38 -379.18 -230.94 -613.421、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N = -688.25kN （压力），查《钢结构设计手册》，节点板厚度选用12mm ，支座节点板厚度选用14mm 。
计算长度 屋架平面内取节间轴线长度0150.5x l cm = 屋架平面外根据支撑和内力变化取02150.5301.0y l cm =?因为y x l l 002=，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。
如图1所示。
图1上弦截面设60=λ，查轴心受压构件的稳定系数表807.0=ϕ 需要截面积32688.251039670.807215N A mm f j ´===´需要回转半径015082.5160x x l i cm l === 03016 5.0360y y l i cm l === 根据需要的A 、 i x 、i y ，查角钢型钢表，选用2∟16010010创，A = 50.6 c ㎡ , i x = 2.85 cm , i y= 7.78cm 。
按所选角钢进行验算0150.52.8553x x x l i l ===，0301.07.7839y y y l l ===满足长细比：[]150l =的要求。
由于x y l l >只需求出minx jj =，查轴心受压构件的稳定系数表，0.842x j =s =322688.2510162/215/0.8425060x N N mm f N mm A j ´==<=´ 所选截面合适。
2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N =680.67kN （拉力） 计算长度 屋架平面内取节间轴线长度0300x l cm = 屋架平面外根据支撑布置取0600y l cm = 计算需要净截面面积32680.67103166215n N A mm f ´===选用2∟160×100×10（短肢相并），见图2所示，A =50.60 c ㎡ , i x = 2.85 cm , i y =7.78cm 按所选角钢进行截面验算，取A A n 。
图2 下弦截面0300105[]3502.85x x l i l l ===<= 060077[]3507.78y y l i l l ===<=s =322680.6710135/215/5060N N mm f N mm A ´==<= 所选截面满足要求。
3、斜杆截面计算 ① 斜杆1-11N = -396.97kN (压力)，l 0x = l 0y = l =251.6 cm因为l 0x = l 0y ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i x = i y 选用2∟140×90×10，见图3所示，A = 44.6 c ㎡ , i x = 2.56 cm , i y = 6.84cm图3 斜杆1-11截面0251.698[]1502.56x x x l i l l ===<= 属于b 类截面 0251.637[]1506.84y y yl i l l ===<= 属于b 类截面 满足长细比：[]150l =的要求。
由于x y l l >只需求出minx jj =，查轴心受压构件的稳定系数表，0.568x j =s =322396.9710157/215/0.5684460x N N mm f N mm A j ´==<=´ 所选截面合适。
② 斜杆11-2N = 311.50kN （拉力），l 0x = 0.8l = 208.1c m , l 0y = l =260.1 c m 计算需要净截面面积32311.50101449215n N A mm f ´===选用2∟63×8，见图4所示，A = 19.02 c ㎡ , i x = 1.90 cm , i y = 3.10 cm图 4斜杆11-2截面验算：0208.1110[]3501.90x x x l i l l ===<= 0260.184[]3503.10y y y l i l l ===<= s =322311.5010164/215/1902N N mm f N mm A ´==<= 所选截面满足要求。
○3 斜杆2-13 N =-243.97kN (压力)，l 0x =2247mm l 0y = l =2809mm 选用2∟80×7，见图5所示，A =21.72mm 2 , i x =2.46cm , i y = 3.75cm图5斜杆2-13截面0224.791[]1502.46x x x l i l l ===<= 属于b 类截面0280.975[]1503.75y y yl i l l ===<= 属于b 类截面 满足长细比：[]150l =的要求。
由于y x λλ>只需求出minx jj =，查轴心受压构件的稳定系数表，0.614x j =s =322243.9710183/215/0.6142172x N N mm f N mm A j ´==<=´所选截面合适。
○4斜杆13-3 .N =165.93kN （拉力），l 0x = 0.8l = 224.7cm , l 0y = l =280.9 cm 计算需要净截面面积32165.9310772215n N A mm f ´===选用2∟56×5，见图6所示，A =10.82 c ㎡ , i x =1.72 cm , i y =2.77 cm图 6 斜杆13-3截面验算：0224.7131[]3501.72x x x l i l l ===<= 0280.9101[]3502.77y y y l i l l ===<=s =322165.9310153/215/1082N N mm f N mm A ´==<= 所选截面满足要求。
○5 斜杆3-15 N =-118.28kN (压力)，l 0x =241.8cm l 0y = l =302.3cm 选用2∟80×7，见图7所示，A =21.72c ㎡ , i x = 2.46cm , i y = 3.75cm图7 斜杆3-15截面0241.898[]1502.46x x x l i l l ===<= 属于b 类截面 0302.381[]1503.75yy y l i l l ===<= 属于b 类截面满足长细比：[]150l =的要求。
由于x y l l >只需求出minx jj =，查轴心受压构件的稳定系数表，0.568x j =s =322118.2810153/215/0.5682172x N N mm f N mm A j ´==<=´ 所选截面合适。