鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和計(jì)算書.doc

第一部分 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、基本要求1、 每位同學(xué)務(wù)必按分組要求做，并在計(jì)算書中注明組別；2、 計(jì)算書參考教材中例題，但內(nèi)力計(jì)算圖解法應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪制；3、 圖紙不得相互拷貝，為1號(hào)圖；4、 計(jì)算書中應(yīng)有屋架支撐布置圖；5、 課程設(shè)計(jì)成績(jī)單列，不計(jì)入鋼結(jié)構(gòu)課程成績(jī)內(nèi)；6、 課程設(shè)計(jì)應(yīng)由學(xué)生本人于2016年7月10日前，交到指導(dǎo)老師。二、 課程設(shè)計(jì)題目某車間梯形鋼屋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、 設(shè)計(jì)資料1、 車間柱網(wǎng)布置圖（L84m）。2、 屋架支承于鋼筋混凝土柱頂（砼等級(jí)為C20），采用梯形鋼屋架。3、 屋面采用1.56m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（屋面板不考慮作為支撐用）。4、 柱距6m。5、 荷載：1) 屋架自重（120+11L）N/m2，其中L為屋架高度；2)基本荷載表：荷載類型序號(hào)荷載名稱重量靜載1預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板（包括嵌縫）1500 N/m22防水層380 N/m23找平層20mm厚400 N/m24保溫層970 N/m25支撐重量80 N/m2動(dòng)載1活載700 N/m22積灰荷載800 N/m23雪荷載500 N/m2四、 設(shè)計(jì)要求1、 設(shè)計(jì)屋面支撐布置（要求對(duì)整間廠房進(jìn)行布置，寫入計(jì)算書）；2、 計(jì)算屋架桿件設(shè)計(jì)內(nèi)力（選取典型一榀屋架，寫入計(jì)算書）；3、 設(shè)計(jì)桿件截面；4、 設(shè)計(jì)不少于5個(gè)的典型節(jié)點(diǎn)；5、 繪制屋架的結(jié)構(gòu)施工圖（1號(hào)圖紙）。五、 內(nèi)力計(jì)算考慮下面三種情況1、 滿載（全跨靜荷載加全跨活荷載），正常使用中;2、半跨屋面板荷載和半跨活荷載（活荷載400 N/m2）和全跨屋架自重,在吊裝過程中出現(xiàn)最不對(duì)稱內(nèi)力。3、全跨靜荷載和半跨活荷載，在使用過程中最不對(duì)稱。六、 注意事項(xiàng) 1、 學(xué)生在計(jì)算書封皮必須顯示自己的組別。且在計(jì)算書工程概況中寫清具體數(shù)值（如2013土木工程03班25號(hào)同學(xué)的組別為：第二組25）。 2、 圖紙、計(jì)算書必須由指導(dǎo)老師簽字方能視為有效。 3、 圖紙內(nèi)容包括： 屋架計(jì)算簡(jiǎn)圖（內(nèi)力、尺寸）； 半跨屋架正面圖，上下弦桿俯視圖，端豎桿、中央豎桿側(cè)面圖，屋架支座俯視圖，必要的零件大樣圖； 材料表； 圖紙說明 梯形鋼屋架支撐布置如圖所示：第二部分、鋼屋架設(shè)計(jì)計(jì)算組別：丙IIIbB、動(dòng)載1、3， 2484m、C20混凝土。由于采用1.56m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，故選用平坡梯形屋架。屋架計(jì)算跨度：L。=L-300=23700mm 屋架端部高度：H。=1800mm 計(jì)算高度：h=1813mm屋架跨中高度: H =H。+(L。/2)i=1800+(23700/2) (1/11)= 2880mm屋架高跨比： H/L。=2880/23700= 1/8.23屋架坡度：i=1/111.荷載計(jì)算為使屋面節(jié)點(diǎn)受荷，配合屋面板1.5米寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間為3米的下承式屋架。在跨中腹桿的傾角滿足要求，可不必采用再分式桿系。屋架跨中起拱L/50050mm,幾何尺寸如圖（1）所示，支撐布置如圖（2）動(dòng)載取活載加雪荷載（1200N/m）。屋架沿水平投影面積分布的自重，按經(jīng)驗(yàn)公式P(12011L) = 0.384 N/m。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（含嵌縫）1.5 kN/m2防水層0.38kN/m220厚1：3水泥砂漿找平層0.4 kN/m2保溫層0.97kN/m2支撐重量0.08kN/m2屋架自重（120+1124）/1000=0.384N/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活載加雪活載1.20kN/m2以上荷載計(jì)算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對(duì)屋面為吸力，對(duì)重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計(jì)算。永久荷載設(shè)計(jì)值：1.2（1.5+0.38+0.4+0.97+0.08+0.384）4.457kN/m2可變荷載設(shè)計(jì)值：1.41.21.68kN/m2荷載總重4.457+1.68=6.137 kN/m22內(nèi)力計(jì)算 組合一：全跨恒荷載+全跨活荷載 P=6.1371.56 = 55.231 kN組合二：全跨恒荷載+半跨活荷載 P1=4.4571.56 = 40.113 kN；P2=1.681.56 = 15.12 kN組合三：全跨屋架自重+半跨屋面板荷載+半跨活荷載（0.4 kN）P3=1.20.3841.56 = 4.147 kN; P4=（1.21.5+1.40.4）1.56 = 24.24 kN由力學(xué)求解器計(jì)算屋架各桿件內(nèi)力，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下屋架構(gòu)件內(nèi)力組合表內(nèi)力系數(shù) P=1組合一P=55.233KNN=P組合二P1=40.113KNP2=15.12KN N左=P1+ P2；N右=P1+ P2組合三P3=4.147KN；P4=21.24KN; N左=P3+ P4；N右= P3+ P4不利組合全跨左半跨右半跨上弦桿AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000BC-9.640-6.906-2.734-532.4-491.1-428.0-186.6-98.0-532.4CD-9.640-6.906-2.734-532.4-491.1-428.0-186.6-98.0-532.4DE-14.964-9.999-4.965-826.5-751.4-675.3-274.4-167.5-826.5EF-14.964-9.999-4.965-826.5-751.4-675.3-274.4-167.5-826.5FG-16.878-10.144-6.734-932.2-830.4-778.8-285.4-213.0-932.2GH-16.878-10.144-6.734-932.2-830.4-778.8-285.4-213.0-932.2HI-16.342-8.171-8.171-902.6-779.1-241.3-902.6下弦桿ab5.2333.8531.380289.0268.1230.7103.551.0289.0bc12.7558.8533.902704.5645.5570.6240.9135.7704.5cd16.21210.3385.874895.4806.6739.1286.8192.0895.4de16.8039.3467.457928.1815.3786.8268.2228.0928.1斜腹桿aB-9.145-6.733-2.412-505.1-468.6-403.3-180.9-89.1-505.1Bb7.1314.9392.192393.9360.7319.2134.476.1393.9bD-5.607-3.511-2.096-309.7-278.0-256.6-97.8-67.7-309.7Dc3.8201.9661.854211.0183.0181.357.655.2211.0cF-2.524-0.732-1.792-139.4-112.3-128.3-26.0-48.5-139.4Fd1.1540.4531.60763.739.470.64.838.963.770.6dH0.0151.581-1.5660.824.5-23.133.6-33.233.6-33.2He-1.100-2.5191.419-60.8-82.2-22.6-58.0-25.6-82.2-60.8豎 桿aA-0.500-0.5000.000-27.6-27.6-20.0-12.7-2.1-27.6bC-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2cE-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2dG-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2eI-1.000-1.0000.000-55.2-55.2-40.1-25.4-4.1-55.2桿件截面設(shè)計(jì)1.上弦桿整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)，N-932.2kN上弦桿件計(jì)算長(zhǎng)度：在屋架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度lox1506mm；在屋架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況取loy215063012mm,因?yàn)閘oy2lox，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力NaB-505.1kN,查教材表7-4，節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用14mm。假定60，按3號(hào)鋼，軸心受壓構(gòu)件（查附表）屬于b類截面，0.807需要截面面積AN/f932.2103/（0.807215）5372.7mm2 需要的回轉(zhuǎn)半徑為：ix1506/6025.1mm iy3012/6050.2mm根據(jù)A、ix、iy查不等肢角鋼規(guī)格表,選用 2L18011010, A5680mm2, ix31.3mm, iy58.1mm. 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：x1506/31.348.1 150 y3012/58.151.8 150（滿足要求）由于yx，只需求出min=y,查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表y0.852N/yA932.2103/(0.8525680)=192.6N/mm2215 N/mm2 所選截面合適，墊板每個(gè)節(jié)間設(shè)一塊。2下弦桿整個(gè)下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力N928.1kN。按下弦支撐布置情況：計(jì)算長(zhǎng)度Lox3000mm,Loy6000mm計(jì)算下弦截面凈面積：An928.1103/2154316.7mm2 選用2L1409010（短肢相并），A4460mm2 ix25.6mm iy44.7mm.x3000/25.6=117.19=350; y6000/44.7=134.23=350. 928.1103/4460=208.1 N/ mm2215 N/ mm2 所選截面滿足要求。 3端斜桿N-505.1kN, 因?yàn)閘oxloy2359mm，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使ixiy。如選用2L10014，則A5252mm2 ix30.0mm，iy46.8mm 驗(yàn)算： x=2359/30.0=78.6 150 y=2359/46.8=50.4 150 0.701 N/A=505.1103/(0.7015252)137.19N/mm2215N/mm2 滿足要求。4豎桿IeN-55.2kN， lo0.9l0.928802592mm 中間豎桿最小應(yīng)當(dāng)選用2L634的角鋼，并采用十字形截面，則A996mm，ixo24.6mm xolo/ ixo2592/24.6105.36150 0.523=55.2103/(0.523996)=105.97 N/mm2215 N/mm2滿足要求。5.豎桿GdN-55.2kN， lox0.8l0.826102088mm loy2610mm可按選擇,需回轉(zhuǎn)半徑 ix2088/150=13.92mm iy2610/150=17.4 mm 按ix, iy查表選用2L506 A=1138 mm2 , ix15.1mm,iy25.6mm.其余各桿截面選擇計(jì)算過程不一一列出,見下表屋架桿件截面選擇(節(jié)點(diǎn)板厚t=12mm)桿件編號(hào)桿內(nèi)力kN計(jì)算長(zhǎng)度mm截面形式及角鋼規(guī)格截面積mm2回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比系數(shù)min應(yīng)力= N/ mm2loxloyIxmmIymmxy上弦-932.2150630122L18011010568031.358.148.151.81500.852-192.6下弦928.1300060002L1409010446025.644.7117.19134.23350208.1斜腹桿aB-505.123592L10014525230.046.878.650.41500.701137.2Bb393.9199024882L9010343227.442.172.658.13500.736155.9bD-309.7213326662L1008312830.845.569.258.61500.757-131Dc211.0213326662L1008312830.845.569.258.635089.11cF-139.4231528942L9010343227.442.187.568.71500.638-63.6Fd63.770.6231528942L635122819.430.4119.3495.203500.442117.3130.1dH33.6-33.2250231282L635122819.430.4128.99102.891500.39269.80-69.0He-82.2-60.8250231282L635122819.430.4128.99102.89350-171-126豎 腹 桿Aa-27.61632 2L63499619.630.283.2554.031500.66841.48Cb-55.2165620702L506113815.125.6109.6780.861500.49997.2Ec-55.2187223402L506113815.125.6123.9791.41500.416116.6Gd-55.2208826102L506113815.125.6138.28101.951500.353137.41Ie-55.225922L63499624.6105.361500.523105.97八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.下弦節(jié)點(diǎn) b 根據(jù)各桿內(nèi)力表,設(shè)計(jì)這類節(jié)點(diǎn)的步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)連接焊縫的尺寸，即hf和lw然后按比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160N/mm2， Bb桿的肢背和肢尖焊縫hf8mm和6mm，N=393.9 kN所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：(0.7393.9103)/ (20.78160)+10163.8取170mm肢尖：(0.3393.9103) / (20.76160)+1097.9mm，取100mm Db桿的肢背和肢尖分別采用8mm和6mm, N=309.7kN肢背: (0.7309.7103) / (20.78160)+10=130.98 mm,取140mm肢尖: (0.3309.7103) / (20.76160)+10=79.13 取80mm Cb桿的內(nèi)力很小，N=55.2KN 。焊縫尺寸可接構(gòu)造確定取hf5mm. 焊縫長(zhǎng)度50mm。根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙以及制作、裝配誤差，按比例作出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為310380mm。 下弦節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度380mm，hf6mm，焊縫所受的力為左右下弦桿的內(nèi)力差NNbc-Nba=704.5-289415.4kN，所需焊縫長(zhǎng)度：肢背: (0.75415.4103) / (20.78160)+10=183.8 mm,取190mm肢尖: (0.25415.4103) / (20.76160)+10=87.27 取90mm受力較大的肢背處背焊縫應(yīng)力為f(K1N)/(20.7hf lw)=(0.75415.4103)/(20.76(380-10)=100.24 N/mm2160N/mm2.焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)：B Bb桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸和B節(jié)點(diǎn)相同。 Ba桿與節(jié)點(diǎn)板的連接尺寸按同樣方法計(jì)算, NBa505.1KN,肢背和肢尖焊縫分別采用：hf10mm和 hf6mm肢背 (0.7505.1103)/(20.710160)+10167.8mm，取180mm肢尖 (0.3505.1103)/(20.76160)+10122.7mm，取140mm 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：為了便于擱置屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣縮進(jìn)上弦肢背80mm，上弦角鋼與節(jié)點(diǎn)板間用槽焊連接，計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響，認(rèn)為集中力P與上弦垂直。P55.2 kN，hf12/26mm，根據(jù)斜桿焊縫長(zhǎng)度確定節(jié)點(diǎn)尺寸，得節(jié)點(diǎn)板尺寸 470310mm 焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw47010460mm，則肢背焊縫應(yīng)力為：f55.2103/(20.76460)14.3N/mm2ftw160N/mm2肢尖焊縫承受弦桿內(nèi)力差N532.4-0.0=532.4 kN 偏心距e10025.174.9mm偏心力矩MNe532.410374.939880000Nmm，采用hf8mm則fN/2helw532.4103/(20.78470)101.14N/mm2f6(639880000)/(20.784702)96.7N/mm2129N/mm2160 N/mm2滿足強(qiáng)度要求。3屋脊節(jié)點(diǎn)H（1）弦桿的拼接一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接。為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被連接的弦桿和便于施焊，需切去肢尖角,截去垂直肢的一部分：=t+hf+5mm設(shè)焊縫為8mm，拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接桿的最大內(nèi)力計(jì)算，N=-902.6KN .每條焊縫長(zhǎng)度為：902.6103/（40.78160）+10261.8mm，取270mm拼接角鋼總長(zhǎng)L=2270+20=560mm,垂直肢切去=t+hf+5=23,取25mm并按上弦坡度熱彎。(2)計(jì)算屋脊處弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，取hf =5mm=(2N Sin5.7-P)/(80.7 hf *f)=(2932.21030.099-55.2103)/（50.78160）=28.88 mm.按構(gòu)造決定節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度。4.下弦跨中節(jié)設(shè)計(jì)e跨中起拱高度約50 mm下弦節(jié)頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處,連接角鋼取與下弦相同截面2L1409010mm.hf=8mm,l=+10=(928.1103/40.78160)+10mm.取L=270 mm,連接角鋼長(zhǎng)度L=2270+14=526 mm.取530 mm肢尖切去=t+hf+5=14+18+5=27mm, A=2714=378mm截面削弱A/A=378/3050=12%15%,滿足