1、鋼結構課程設計設計名稱某車間鋼屋蓋專業班級學 號姓 名指導老師日 期2016年5月20日建筑工程學院土木系制目 錄一、 評分標準與成績二、 設計資料三、 屋架形式及幾何尺寸四、 支撐的布置五、 檁條的布置六、 材料自重及荷載七、 荷載計算八、 桿件截面選擇九、 各腹桿的焊縫尺寸計算十、 節點板的設計一、 評分標準與成績評分標準優（90100分）1、結構布置合理，荷載計算正確，各項技術指標取值合理，內力計算正確，桿件設計較合理，滿足“標準”和“規范的要求”。2、應交的圖表資料齊全，圖紙整潔美觀，表格內各項數據計算無誤。3、計算書內容齊全，文字流暢，條理清晰，有獨立分析問題和解決問題的能力。良（8

2、089分）1、結構布置合理，荷載計算正確，各項技術指標取值合理，內力計算正確，桿件設計合理，滿足“標準”和“規范的要求”。2、應交的圖表資料齊全，圖紙比較整潔美觀，表格內各項數據計算無誤。3、計算書內容齊全，條理比較清晰，有一定獨立分析問題和解決問題的能力。中（7079分）介于條件“良”和“及格”之間者可得：“中”及格（6069分）1、結構布置基本合理，荷載計算基本正確，各項技術指標取值基本上滿足“標準”和“規范的要求”。2、交的圖表資料基本齊全，繪圖及計算質量較差。不及格（60分）1、設計成果是抄襲他人的（或請他人代做）。2、結構布置很不合理，計算錯誤，圖紙內容不全，繪圖線條不清晰，圖紙潦草

3、，敷衍應付了事。評 定成績教師簽名： 年 月 日 二、 設計資料某廠房車間設有兩臺10噸中級工作制吊車。車間無腐蝕性介質。該車間為單跨雙坡封閉式廠房，屋架采用梯形桁架式鋼屋架，屋架下弦標高9m，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，柱截面尺寸為400mm×400mm，混凝土強度等級為C30。屋面采用壓型鋼板屋面，C型檁條，檁距為1.2m2.6m。屋面恒荷載（包括屋面板、保溫層、檁條、屋架及支撐等）取值參考教材2.2.1中規定。活荷載標準值取0.5kN/mm2，雪荷載標準值取0.5kN/mm2，不考慮積灰荷載和積雪不均勻分布情況。結構重要性系數為 0=1.0。屋架采用Q235B鋼，焊條采用E43

4、型。設計時，荷載按以下情況組合：a) 恒載+全跨活荷載（或雪荷載）；b) 恒載+半跨活荷載（或雪荷載）。三、 屋架形式及幾何尺寸屋架形式及幾何尺寸如下圖所示，檁條支承于屋架上弦節點。檁距為2257.5mm，水平投影距離為2250mm。屋架坡度為：=atctan 112=4.76°。 四、 支撐的布置依據建筑抗震設計規范GB50011-2001，支撐布置圖如下圖所示，上、下弦橫向水平支撐設置在廠房兩端的同一柱間，并在相應開間的屋架跨中設置豎直支撐，在其余開間的屋架下弦跨中設置一道通長的剛性細桿，上弦通過水平支撐在節點處設置一道通長的剛性細桿。在下弦兩端設縱向水平支撐。故上弦桿在屋架平面

5、外的計算長度等于橫向支撐的節距。五、 檁條的布置檁條設置在屋架上弦的每個節點上，間距2257.5mm。水平投影距離為2250mm。屋架間距為7.2m，所以在檁條跨中三分點處設兩道直拉條。在屋脊和屋檐分別設置斜拉條和撐桿。檁條布置見下圖。六、 材料自重及荷載已知：彩色壓型鋼屋面板：0.15kN/m2保溫層及燈具：0.15kN/m2C型檁條自重：0.10kN/m2屋架及支撐自重：q=0.318kNm2雪荷載（水平投影面）：0.5kN/m2活荷載（水平投影面）：0.5kN/m2七、 荷載計算1. 永久荷載（恒載）計算彩色壓型鋼屋面板：0.15cos4.76°=0.151kNm2 保溫層及燈

6、具：0.15cos4.76°=0.151kNm2 C型檁條自重：0.10kN/m2屋架及支撐自重：q=0.318kNm2合計：0.720kN/m2恒載設計值按分項系數 1.2為q1=0.720×1.2=0.864kNm2按分項系數1.35為q2=0.720×1.35=0.972kNm22. 活載計算q3=0.5×1.4=0.7kNm2>雪荷載所以不考慮雪荷載。q1+q3=0.864+0.7=1.564>q2+0.7×q3=1.462永久荷載不起控制作用，則恒載設計值按分項系數1.2設計。上弦節點恒荷載P1=7.2×2.25

7、×q1=13.977kN活荷載P2=7.2×2.25×q3=11.340kN可求得各桿件的內力大小，見下表。八、 桿件截面選擇1. 上弦桿中內力最大的桿為桿10-11和桿11-12，N10-11=N11-12=-224.35kN，lox=225.8cm，loy=451.6cm。選用290×7等肢角鋼，查表可得：A=2×12.3=24.6cm2，ix=2.78cm，iy=3.93cm。對于受壓桿件，容許長細比=150。長細比：x=loxix=225.82.78=81.2<y=loyiy=451.63.93=114.9<z=bt=3.9

8、×907=50.1y>z，則yz=y1+0.16zy2=115.41+0.1650.1114.92=118.4查表得x=0.680，yz=0.445取較小值min=yz=0.445NminAf=224.35×1030.445×24.6×102×215=0.95<1.0滿足整體穩定和剛度要求。2. 下弦桿中內力最大的桿為桿7-8和桿8-14，N7-8=N8-14=207.85kN，lox=225cm，loy=225cm。選用290×7等肢角鋼，查表可得：A=2×12.3=24.6cm2，ix=2.78cm，iy=3

9、.93cm。對于受拉桿件，容許長細比=350。長細比：x=loxix=2252.78=80.9<y=loyiy=2253.93=57.3<NAf=207.85×10324.6×102×215=0.39<1.0滿足強度和剛度要求。3. 對于斜腹桿2-6和桿10-13，N2-6=N10-13=-147.85kN，lox=300.2cm，loy=300.2cm。選用280×6等肢角鋼，查表可得：A=2×9.40=18.8cm2，ix=2.47cm，iy=3.51cm。對于受壓桿件，容許長細比=150。長細比：x=loxix=300.

10、22.47=121.5<y=loyiy=300.23.51=85.5<z=bt=3.9×706=52.0y>z，則yz=y1+0.16zy2=85.51+0.1652.085.52=90.6查表得x=0.429，yz=0.616取較小值min=yz=0.429 NminAf=147.85×1030.429×18.8×102×215=0.85<1.0滿足整體穩定和剛度要求。4. 對于斜腹桿2-7和桿10-14，N2-7=N10-14=80.51kN，lox=240.16cm，loy=300.2cm。選用270×5

11、等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受拉桿件，容許長細比=350。長細比：x=loxix=240.162.16=111.2<y=loyiy=300.23.09=97.2<NAf=80.51×10313.74×102×215=0.27<1.0滿足強度和剛度要求。5. 對于斜腹桿4-7和桿12-14，N4-7=N12-14=-34.18kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。選用270×5等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2

12、，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受壓桿件，容許長細比=150。長細比：x=loxix=261.042.16=120.9<y=loyiy=326.33.09=105.6<z=bt=3.9×705=54.6y>z，則yz=y1+0.16zy2=105.61+0.1654.6105.62=110.1查表得x=0.431，yz=0.492取較小值min=yz=0.431NminAf=34.18×1030.431×13.74×102×215=0.27<1.0滿足整體穩定和剛度要求。6. 對于斜腹桿4-8，N4-8=1

13、4.35kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。選用270×5等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受拉桿件，容許長細比=350。長細比：x=loxix=261.042.16=120.9<y=loyiy=326.33.09=105.6<NAf=14.35×10313.74×102×215=0.05<1.0滿足強度和剛度要求。7. 對于斜腹桿8-12，N8-12=-10.59kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。選用270×

14、5等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受壓桿件，容許長細比=150。長細比：x=loxix=261.042.16=120.9<y=loyiy=326.33.09=105.6<z=bt=3.9×705=54.6y>z，則yz=y1+0.16zy2=105.61+0.1654.6105.62=110.1查表得x=0.431，yz=0.492取較小值min=yz=0.431NminAf=10.59×1030.431×13.74×102×215=0.08<

15、1.0滿足整體穩定和剛度要求。8. 對于豎腹桿1-6和桿9-13，N1-6=N9-13=-12.66kN，lox=150cm，loy=150cm。選用250×5等肢角鋼，查表可得：A=2×4.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。對于受壓桿件，容許長細比=150。長細比：x=loxix=1501.53=98.0<y=loyiy=1502.30=65.2<z=bt=3.9×505=39.0y>z，則yz=y1+0.16zy2=65.21+0.1639.065.22=68.9查表得x=0.568，yz=0.758取較小值min=

16、yz=0.568NminAf=12.66×1030.568×9.6×102×215=0.10<1.0滿足整體穩定和剛度要求。9. 對于豎腹桿3-7和桿11-14，N3-7=N11-14=-25.32kN，lox=150cm，loy=187.5cm。選用250×5等肢角鋼，查表可得：A=2×4.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。對于受壓桿件，容許長細比=150。長細比：x=loxix=1501.53=98.0<y=loyiy=187.52.30=81.5<z=bt=3.9×505=3

17、9.0y>z，則yz=y1+0.16zy2=81.51+0.1639.081.52=84.5查表得x=0.568，yz=0.685取較小值min=yz=0.568NminAf=25.32×1030.568×9.6×102×215=0.22<1.0滿足整體穩定和剛度要求。10. 對于豎腹桿5-8，N5-8=8.10kN，lox=180cm，loy=225cm。選用250×5等肢角鋼，查表可得：A=2×4.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。對于受拉桿件，容許長細比=350。長細比：x=loxix=18

18、01.53=117.6<y=loyiy=2252.30=97.8<NAf=8.10×1039.6×102×215=0.04<1.0滿足強度和剛度要求。各桿件截面選擇匯總見下表。- 26 -九、 各腹桿的焊縫尺寸計算（取節點板厚度t=6mm）1. 對于內力最大的桿2-6，N2-6=-147.85kN。最小焊縫寬度hf1.5t=1.5×6=3.7mm角鋼肢尖處最大焊縫寬度hf6-12=45mm角鋼肢背處最大焊縫寬度hf1.2t=7.2mm所以，角鋼肢尖和肢背處的焊縫寬度取 hf=5mm。所需的焊縫長度lw1K1N2-62×0.7h

19、fffw+2hf=102.4mm，取110mmlw2K2N2-62×0.7hfffw+2hf=49.6mm，取70mm2. 對于桿2-7，N2-7=80.51kN，取 hf=5mm。所需的焊縫長度lw1K1N2-72×0.7hfffw+2hf=60.3mm，取70mmlw2K2N2-72×0.7hfffw+2hf=31.6mm，取70mm同理可取其余各腹桿的焊縫尺寸，如下表。十、 節點板的設計（節點板的尺寸根據所匯交腹桿端部的焊縫設計長度確定）1. 節點編號如下圖所示2. 節點板2驗算1) 節點板與上弦角鋼肢背槽焊縫驗算假定焊縫只承受屋面集中荷載PP=P1+P2=

20、13.977+11.340=25.317kN取焊縫寬度 hf=0.5t=3mm，則 lw=406-2×3=400mm。f=P2×0.7hflw=25.317×1032×0.7×3×400=15.1Nmm2<1.22ffw=1.22×160=195.2Nmm2由此可見，上弦集中荷載很小，可不驗算焊縫。2) 節點板與上弦角鋼肢尖角焊縫驗算取焊縫寬度 hf=5mm，則 lw=406-2×5=396mm。內力差 N=-224.35kN，偏心距 e=65mm，偏心彎矩 M = N×e。f=6M2×0

21、.7hflw2=6×224.35×103×652×0.7×5×3962=79.7Nmm2f= N2×0.7hflw=224.35×1032×0.7×5×396=80.9Nmm2ff2+f2=79.71.222+80.92=104.0Nmm2<ffw由此可見，焊縫安全。桿1-2與節點板間理論上不傳力，但按照節點構造要求，采用與桿2-3相同的焊縫。3) 節點板強度及穩定性驗算N2-6作用下的強度驗算：由圖中可量出 be176mm，則=Nbet=147.85×103176&#

22、215;6=140.0Nmm2<fN2-7作用下拉剪驗算：1=48°2=90°3=42°l1=53mml2=80mml3=52mm1=0.7262=13=0.689NiAi=80.51×1030.726×53+80+0.689×52×6=87.0Nmm2<f對于無豎腹桿的節點板，有ct=406=6.67<10235fy=10則節點板的穩定承載力為0.8betf=0.8×176×6×215×10-3=181.6kN>N2-6節點板的自由邊長度lft=3286=54

23、.7<60235fy=60節點板滿足受力要求。3. 節點板4驗算節點板4的焊縫布置和驗算與節點板2相同，最終可得節點板4焊縫安全。4. 節點板7驗算1) 節點板與下弦角鋼焊縫驗算N=N7-8-N6-7=207.85-118.23=89.62kN取焊縫寬度 hf=5mm，則肢背焊縫長度為 lw1>K1N2×0.7hfffw+2hf=0.7×89.62×1032×0.7×5×160+2×5=66.0mm肢尖焊縫更小，所以無需再計算，肢尖與肢背均滿焊即可。2) 節點板強度及穩定性驗算N4-7作用下的強度驗算：由圖中可量

24、出 be153mm，則=Nbet=34.18×103153×5=44.7Nmm2<fN2-7作用下拉剪驗算：1=37°2=90°3=53°l1=56mml2=70mml3=52mm1=0.6632=13=0.762NiAi=80.51×1030.663×56+70+0.762×52×5=109.7Nmm2<f節點板滿足受力要求。5. 下弦跨中節點81) 下弦桿拼接角鋼計算拼接角鋼與下弦角鋼使用相同的290×7角鋼，并切去部分豎肢和直角邊棱，切肢 =t+hf+5=6+5+5=16mm。

25、取焊縫寬度 hf=5mm，則下弦桿與拼接角鋼連接一側的焊縫長度為lw=N4×0.7hfffw+2hf=207.85×1034×0.7×5×160+2×5=102.8mm，取140mm取下弦角鋼間隙 b=20mm，則拼接角鋼長度為L=2lw+b=2×140+20=300mm2) 下弦桿與節點板焊縫計算因節點板兩端桿件內力差 N=0，所以取一側內力207.85kN的15進行計算。取焊縫寬度 hf=5mm，節點板滿焊，則焊縫長度為lw=480-2×5=470mm肢背焊縫： 0.15K1N2×0.7hflw=0.

26、15×0.7×207.85×1032×0.7×5×470=6.6Nmm2<ffw肢尖焊縫： 0.15K2N2×0.7hflw=0.15×0.3×207.85×1032×0.7×5×470=2.8Nmm2<ffw節點板滿足受力要求。6. 上弦跨中節點51) 上弦桿拼接角鋼計算拼接角鋼與上弦角鋼使用相同的290×7角鋼。取焊縫寬度 hf=5mm，則上弦桿與拼接角鋼連接一側的焊縫長度為lw=N4×0.7hfffw+2hf=204.31

27、15;1034×0.7×5×160+2×5=101.2mm，取225mm取上弦角鋼間隙 b=50mm，則拼接角鋼長度為L=2lw+b=2×225+50=500mm2) 節點板與上弦角鋼肢背槽焊縫驗算槽焊縫受力大小為2P-N4-5sin=2×13.977-204.31×sin4.76°=5.95kN槽焊縫所受力很小，所以無需驗算，滿焊即可滿足受力要求。3) 節點板與上弦角鋼肢尖角焊縫驗算節點板傳力N=0.15N4-5=0.15×204.31=30.64kN偏心距 e=65mm，偏心彎矩 M =N×e。取焊縫寬度 hf=5mm，節點板滿焊，則焊縫長度為lw=300-2×5=290mmf=6M2×0.7hflw2=6×30.64×103×652×0.7×5×2902=20.3Nmm2f= N2×0.7hflw=30.64×1032×0.7×5×290=15.1Nmm2ff2+f2=20.31.222+15.12=22.5Nmm2<ffw節點板滿