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1、钢结构课程设计一、设计资料某车间芬克式三角形普通钢屋架，车间为单跨厂房，全长120m。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱距6m，上柱截面尺寸为400400mm，混凝土强度等级为C20。车间内设有一台起重量30t的中级工作制桥式吊车，吊车轨顶标高为+。屋架跨度： 21m屋面坡度：1：屋面材料：波形石棉瓦 （m2 ） 木丝板保温层 （m2 ） 10槽钢檀条 （m） （檀条间距700800mm）屋面活荷载：m2（）屋面雪载： kN/m2（）屋架材料：采用Q235-AF或Q235-A钢材（要求附加：保证冷弯试验性能和碳的极限含量），焊条采用E43系列型，手工焊。二、屋架的形式及尺寸的确定根据屋面所采用的屋面
2、材料的排水需要采用芬克式三角形屋架（屋架形式如图1所示），屋面坡度i=，屋面倾角a=arctan=2148, sina=, cosa=. 图： 屋架跨度：L=21000mm 计算跨度：屋架跨中高度： 取n=5 H=4120mm. 屋架上弦总长L=LO/(cosa2)=20600/(2=. 根据构造要求上弦檀条的间距为700800mm，为尽量使屋架受节点荷载，将上弦划分为5个节间，节间长度s=. 节间水平投影长度为Q=Scosa= . 屋架各杆的几何尺寸如下表1所示：表：各杆件的几何尺寸：杆件n=5杆件长度(mm)L=kH长度系数k156，78，910，11， 13，1412，151643261
3、74120三、屋架、支撑及檩条布置 1、屋架、支撑布置情况根据厂房总长为120mm,超过伸缩缝的最大间距100mm,需在厂中部设置伸缩缝一道。此外，根据屋盖支撑的布置需求，在厂房两端第二车间和厂房中部伸缩缝两侧的第二开间设置四道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，在跨中设置一道垂直支撑。该芬克式三角形普通钢屋架支撑布置图如图所示。图：（a）上弦横向水平支撑布置图（b）下弦横向水平支撑 (c) 1-1垂直支撑2、檀条的布置与计算 上弦节间距离为，根据檀条间距满足要求700-800mm，每节间放置两根檀条，檀条间距为3=，并在跨中放置一道拉条。 由于屋面活荷载与雪荷载一般不可能同时出现，故取值较大
4、的雪荷载参加计算。拟采用10型钢，查型钢表得，自重m，Wx=,Wy=,Ix=198 cm4. 檀条的计算简图 拉条支撑的布置1-屋架 2-檀条 3-屋脊 4-撑杆 5-拉条 6-斜拉条四、荷载组合与内力计算 1 .永久荷载 永久荷载查建筑结构荷载规范（GBJB-8T）附录，波形石棉瓦屋面重为 KN/m2.波形石棉网瓦重 = kN/m木丝板保温层 = kN/m檀条和拉条重 kN/mgk kN/m2 .可变荷载 基本雪压s0= KN/m2,查建筑结构荷载规范（GBJB-8T）得积雪分布荷载Ur=,则 qk=Skcosa=Urs0= = kN/m.檀条均布荷载设计值: g+q=rGgkrQqk=+=
5、 kN/m3 .屋架荷载计算屋架和支撑自重 gk=21= KN/m2檀条作用在屋架上弦的集中力 P=2(g+q) l/2=2126= KN将节点荷载简化成节点荷载后，节点荷载设计值P=3 +6= KN4.屋架杆件的内力计算（a）每节间一个集中荷载时的弯矩（b）每节间两个集中荷载时的弯矩图上弦杆弯矩计算简图（1）上弦杆在节点荷载下的局部弯矩M0=13Pl=13= KNm端节点M1= M0= KNm中间节间和中间节点 M2= KNm（2）屋架杆件内力计算 图杆件内力图 表屋架杆件内力计算表杆件名称杆件内力系数内力设计值(KN)杆件名称杆件内力系数内力设计值上弦AB腹杆BGBCEKCDCHDEDHE
6、FCG下弦AGDKGH234HKHJKF117五、杆件的截面设计1.上弦杆根据屋架支承的布置（上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一通长水平柔性系杆，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连），上弦杆件的计算长度为：lox= loy=。上弦杆采用等截面，取AB杆最大内力计算，查表得中间节点板厚为10mm，支座节点板厚为12mm。M1= KNm M2= KNm 截面A(cm2)ix(cm)iy(cm)W1x(cm3)W2x(cm3)21008长细比 x=lox/ix= =150 属于b类截面 y=loy/iy= =150 属
7、于b类截面 所以，满足刚度要求。单轴对称的构件，绕对称轴的失稳为弯扭失稳，应计算换算长细比lyzb/t=100/8= loy/b=100=57分别有可查得 塑性发展系数（1）弯矩作用平面内的稳定验算端节点弦杆相当于两端支撑的杆件，其上作用弯矩和横向荷载使构件产生反向曲率，故等效弯矩系数=mm2f=215= N/mm2= f=215= N/mm2 所以满足弯矩作用平面内的稳定 （2）弯矩作用表面外的稳定验算 = +28= N/mm2 f=215= N/mm2 所以，平面外的稳定满足要求在节点2 外，强度验算: =f=215= N/mm22.下弦杆选择下弦杆选择采用等截面，按最大内力NAG=计算，
8、查表得中间节点板厚为8mm，支座节点板厚为10mm。根据屋架支撑的布置，上弦杆横向水平支撑在房屋两端及伸缩缝处，第一间内，并在相应开间房架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一通长水平柔性系杆，上弦横向水平支撑在交点处与檀条相连。下弦杆件的计算长度屋架平面计算长度根据最大节间IJ，即lox=4326mm屋架平面外计算长度因仅在跨中有一道系杆loy=20600/2=10300mm下弦杆采用等截面，取AG杆最大内力为截面A(cm2)ix(cm)iy(cm)W1x(cm3)W2x(cm3)2755长细比 x=lox/ix= 350 属于b类截面 y=loy/iy=1030/= =350 属于
9、b类截面 所以，满足刚度要求。强度验算f =215= N/mm2 所以，满足强度要求。3.腹杆选择受压杆件1BG EK轴力(KN)选用截面755L(mm)截面特性A(cm2)ix(cm)ixo(cm)iyo(cm)长细比允许高后比150单面连接角钢强度的折减系数+轻型钢结构力降低的折减系数强度验算允许强度（N/mm2）215=受压杆件2CH DH 轴力KN选用截面805L(mm)截面特性A(cm2)ix(cm)ixo(cm)iyo(cm)长细比允许高后比150单面连接角钢强度的折减系数+轻型钢结构力降低的折减系数强度验算（N/mm2）133允许强度（N/mm2）215=受压杆件3CG DK轴力
10、KN选用截面755L(mm)截面特性A(cm2)ix(cm)ixo(cm)iyo(cm)长细比允许高后比150单面连接角钢强度的折减系数+轻型钢结构力降低的折减系数强度验算（N/mm2）允许强度（N/mm2）215=受压杆件4HK轴力KN选用截面2805l(mm)l0x=(mm)l0y=l(mm)截面特性A(cm2)ix(cm)ixo(cm)iy(cm)xy允许高后比150单面连接角钢强度的折减系数+轻型钢结构力降低的折减系数x强度验算（N/mm2）允许强度（N/mm2）215=148竖腹杆FJ轴力KN0l(mm)4120选用截面2635截面特性A(cm2)ioy(cm)长细比151允许高后比
11、150端部焊缝肢尖6-805-905-50 5-405-505-505-70肢背6-1505-1805-505-605-505-705-170填板每节间数（）12022215f(Nmm2)1480=N/A0(N/mm2)1330长细 比150350150150150150150150y151x回转半径iyO(cm)iXO=cm）计算长度loy(cm)1030215lox(cm)截面面积（cm2）选用截面210082755755805755280528052635内力设计值（KN）N=M1=M2=-1170杆件编号AB,BCCD,DEEFAGGHHJBGEKCHDHCGDKHKKFJF名称上弦下
12、弦腹杆L 六、节点设计1.屋脊节点F: 取节点板厚t=8mm（1）KF杆与节点的连续焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸， hf1= hf2=5mm肢背 Lw1= 实取 170mm 肢顶 Lw2= 实取 70mm(2)FJ 端部焊缝取肢背和肢尖的焊脚尺寸， hf1= hf2=5mm ，由于该杆内力为0，所以按构造布置焊缝，不做计算。（3）EF杆端部焊缝取肢背和肢尖的焊脚尺寸， hf1= hf2=6mm肢背 Lw1= 实取 150mm 肢顶 Lw2= 实取 80mm（4）拼接角钢 采用与上线相同截面的角钢，肢背处割棱，竖肢切去=t+hf+5=8+5+5=18mm，取=20mm，并将竖肢切口后经热弯成型对
13、焊。街头一侧需要的焊缝计算长度为：Lw= 实取 110mm拼接角钢总长度Ls=2Lw+2hf=230mm, 实取 300mm了2.节点K （1）EK取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm肢背 Lw1= 实取 50mm 肢顶 Lw2= 实取 50mm(2)DK取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm了肢背 Lw1= 实取 50mm 肢顶 Lw2= 实取 50mm(3) KH取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm 肢背 Lw1= 实取 70mm 肢顶 Lw2= 实取50mm3.下弦节点H(1)DH杆
14、取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm肢背 Lw1= 实取 60mm 肢顶 Lw2= 实取40mm(2) CH取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm肢背 Lw1= 实取 60mm 肢顶 Lw2= 实取40mm(3)GH杆取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm肢背 Lw1= 实取180mm 肢顶 Lw2= 实取90mm4.上弦节点B，（1）BG 杆取节点板厚t=8mm, 取肢背和肢尖的焊脚尺寸 hf1= hf2=5mm肢背 Lw1= 实取 50mm 肢顶 Lw2= 实取50mm5. 上弦节点C
15、杆端焊缝计算从略，节点板尺寸如图所示。取节点板缩入深度为8mm，肢背塞焊缝承受集中荷载Ncu=，hf1=4mm，lw1=lw2=490-10=480mm=103(24480)=mm2fffw=1160=160 N/mm2肢间焊缝所承担弦杆内力差 N= kN，偏心距e=10-3=7cm，偏心力矩M=7= kNm，采用hf=5mm则，对N：f=103（25480）= N/mm2对M有：f=则焊缝强度为：6.支座节点A上下弦杆端焊缝计算从略，节点板尺寸如图所示，为便于施焊取底板表面直下弦轴线距离为140mm（1）底板计算支座反力 R=5F=6= kN 根据构造要求，底板尺寸为250250，螺栓采用M
16、24，并用下图所示的U形缺口。C20混凝土fc= N/mm2，柱顶混凝土的压应力为：q=R/A0=103/(250250-2522-25550)= N/mm2 fc= N/mm2(满足要求) 查表得=.058M=qa12=1772=mm需要底板厚度：取f=205N/mm2 按厚度在16-40mm之间取值t=（2）加劲肋计算加劲肋采用厚度为10mm的钢板，焊脚尺寸hf=6mm，验算焊缝：V=R/4=4=M=Ve=1252=1755 Knmm（3加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算取加劲肋切口宽度为15mm，行风的总长度为：lw=2a+2(b-t-2c)-12hf=2250+2（250-10-215)-126=848mmf=
