18m跨廠房普通鋼屋架設計

1、.鋼結構課程設計任務書1題目：18m跨廠房普通鋼屋架設計2目的通過鋼結構課程設計，進一步了解鋼結構的結構型式、結構布置、受力特點和構造要求等；綜合應用鋼結構的材料、連接和基本構件的基本理論、基本知識，進行鋼屋架的設計計算。3設計資料某廠房跨度為18m，總長度90m，柱距6m；廠房內設有兩臺300/50kN中級工作制橋式吊車，地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質，地震設防烈度為6度；屋架采用梯形鋼屋架，屋架下弦標高為18m,兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸為400400mm，混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=1/10；采用1.56.0m預應力混凝土屋板,屋架采用的鋼材為Q23

2、5B,焊條為E43型；屋架形式、幾何尺寸及內力系數（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內力）如附圖所示。荷載：屋架及支撐自重：按經驗公式gk=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，gk為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：屋面活荷載標準值為0.5kN/m2，雪荷載標準值為sk=0.35kN/m2，屋面活荷載與雪荷載不同時考慮，取兩者的較大值；積灰荷載0.9kN/m2根據不同學號按附表取。屋面各構造層的荷載標準值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4KN/m2水泥砂漿找平層 0.6KN/m2保溫層 0.45KN/m2(按附表取)一氈二油隔氣層 0.05KN/m2水泥砂漿找平層

3、 0.3KN/m2預應力混凝土屋面板 1.55KN/m2.屋架桿件的內力系數 a . 18米跨屋架幾何尺寸 b . 18米跨屋架全跨單位荷載 作用下各桿件的內力值c . 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內力值.屋架上、下弦布置有水平支撐和豎向支撐（如圖1-1所示）。屋面采用1.56m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠巖（）的保溫層，三氈四油鋪綠豆沙防水層，20mm厚水泥砂漿找平層，屋面雪荷載為，鋼材采用3號鋼。2 荷載計算2.1 永久荷載預應力鋼筋混凝土大型屋面板： 三氈四油防水層及及找平層（20mm）： 120mm厚泡沫混凝土保溫層： 屋架自重和支撐自重按經驗公式（跨度l=1

4、8m） 2.2 可變荷載屋面雪荷載： 2.3 荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點荷載為：3 內力計算桁架桿件的內力，在單位力作用下用圖解法（圖2-1）求得表3-1。 表3-1桿 件軸線單位荷載內力F荷載內力（kN）上弦桿B-135700C-1508-6.223-238.030D-1507-6.223-238.030E-1508-8.996-344.097F-1507-8.996-344.097G-1508-9.105-348.266下弦桿-O2850+3.479+133.072-O3000+7.961+304.508-O3000+9.270+354.578斜桿-2530-6.

5、502-248.702-2613+4.586+175.415-2864+3.381-129.323-3124+1.884+72.063-3124-0.690-26.393-3124-0.463-17.710豎桿A-1990-0.500-19.125-2290-1.000-38.250-2590-1.000-38.250-2890+0.812+31.0594 截面選擇4.1 上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，以最大軸力G-桿來選擇：在屋架平面內的計算長度，屋架平面外的計算長度。選用兩個不等肢角鋼，長肢水平。截面幾何特性（長肢水平雙角鋼組成T形截面，節(jié)點板根據腹桿最大內力選用板厚8mm）： 截面驗

6、算：大型屋面板與上弦焊牢，起縱橫向水平支撐作用，上弦桿其他節(jié)間的長細比和穩(wěn)定驗算均未超過上述值。4.2 下弦桿截面選擇下弦桿也采用相同截面，以最大軸力-O桿來選擇：在屋架平面內的計算長度：，屋架平面外的計算長度：。所需截面面積為：選擇兩個不等肢角鋼，長肢水平。截面幾何特點： 另兩個節(jié)點的下弦桿內力較小，但，故須驗算其屋架平面外的長細比：4.3 支座豎桿截面選擇桿軸力：計算長度：，采用兩個等肢角鋼，組成T型截面截面幾何特性：，截面驗算：4.4 支座斜桿截面選擇桿軸力： 計算長度：采用兩個不等肢角鋼，長肢相拼。截面幾何特性：截面驗算：4.5 斜桿截面選擇桿軸力： 計算長度：所需截面:選用兩個等肢角

7、鋼，組成T形截面截面特性：4.6 豎桿截面選擇桿軸力：計算長度：采用兩個等肢角鋼，組成T形截面。截面幾何特性：截面驗算：4.7 斜桿截面選擇桿軸力： 計算長度： 采用兩個等肢角鋼，組成T形型截面截面幾何特性： 截面驗算：4.8 斜桿截面選擇桿軸力： 計算長度： 所需截面：采用兩個等肢角鋼，組成T形型截面截面幾何特性： 4.9 豎桿截面選擇桿軸力：計算長度： 采用兩個等肢角鋼，組成T形截面截面幾何特性： 截面驗算：4.10 斜桿截面選擇桿軸力：計算長度： 采用兩個等肢角鋼，組成T形截面截面幾何特性： 截面驗算：4.11 斜桿截面選擇桿軸力：計算長度： 采用兩個等肢角鋼，組成T形截面截面幾何特性：

8、 截面驗算：4.12 豎桿截面選擇桿軸力：計算長度： 采用兩個等肢角鋼，組成T形截面截面幾何特性： 截面驗算：各桿件截面選擇結果列表如下表4-1桿件計算內力（kN） 截面規(guī)格截面面積（）計算長度（cm）迴轉半徑（cm）長細比容許長細比穩(wěn)定系數應力N/mm2名稱編號5 節(jié)點設計各節(jié)點的節(jié)點板厚一律取8mm，各桿內力如圖5-1所示。5.1 下弦節(jié)點i設計（如圖6-2所示）首先，計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點板形狀和尺寸，最后驗算下弦與節(jié)點板的連接焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強度設計值：設桿的肢背和肢尖焊縫分別是和，則所需焊縫長度為：肢背： 取110mm肢尖： 取80mm設桿

9、的肢背和肢尖焊縫分別是和，則所需焊縫長度為肢背： 取100mm肢尖： 取80mm設桿的肢背和肢尖焊縫均為，則所需焊縫長度為肢背： 取165mm肢尖： 取165mm根據上述腹桿焊縫長度，并考慮桿件之間應留有間隙，按比例繪出節(jié)點大祥圖5-1，從而確定節(jié)點板尺寸為。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為385mm，焊縫所受的力為左右兩下弦桿內力差 所受較大的肢背處焊縫應力為：5.2 下弦節(jié)點j的設計（圖5-2）設節(jié)點所有焊縫為，所需焊縫長度如下：桿-肢背： 肢尖： 桿-肢背： 肢尖：桿-肢背： 肢尖：所有焊縫均按構造（節(jié)點板尺寸）確定，焊縫長度均需大于60mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為320mm，焊縫所受

10、的力為左右兩下弦 桿內力差所受較大的肢背處焊縫應力為：焊縫強度滿足要求。5.3 下弦節(jié)點k的設計下弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般），拼接角鋼這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內力計算（如圖5-3）設焊縫，則所需一條焊縫計算長度為:拼接角鋼的長度取400mm131.92=263.8mm屋架分成兩個運輸單元，設置工地焊縫長度拼接，左半邊的弦桿和腹桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的弦桿與腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫。中間豎桿跟左半邊在工廠焊牢再出廠，為便于工地拼接，在拼接的角鋼與

11、右半邊斜桿上，設置螺栓孔。作為安裝施焊前的定位之用。下弦桿與節(jié)點板之間用焊縫滿焊。斜桿-和豎桿-的內力均很小，肢背與肢尖焊縫，施焊長度均可按構造采用，至少60mm，采用3902908mm，所有焊縫均滿焊，焊縫長度均大于所需長度。5.4 支座節(jié)點h設計為了便于施焊，下弦焊與支座底板的距離取130mm，在節(jié)點中心設置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點板高度相等。5.4.1 支座底板計算支座反力：支座底板的平面尺寸取，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則實承面積為：驗算柱頂混凝土的抗壓強度：式中鋼筋混凝土軸心抗壓強度的設計值。底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成4塊。每塊板是兩

12、相鄰為固定支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度最大彎矩為：式中 q底板所受的均布反力，兩支承之間的對角線長度，系數，由查課本表5-6確定，為兩支承邊的相交點到對角線的垂線距離，由相似三角形的關系得：查表5-5得底板厚度： 取20mm5.4.2 加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板的鏈接焊縫計算與牛腿焊縫相似，假定一個加勁肋的受力為屋架支座反力的四分之一，即：焊縫受剪力，彎矩：，設焊縫，焊縫計算長度焊縫應力為： 5.4.3 節(jié)點板，加勁肋與底板的連接焊縫計算設焊縫傳遞全部支座反力R=229.5kN，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點板傳節(jié)點板與底板的連接焊縫，所需焊腳尺寸為 采用每塊加勁肋與底

13、板的連接焊縫長度為：，所需焊腳尺寸為 取5.4.4 下弦桿與支座斜桿和豎桿焊縫計算下弦桿 肢背和肢尖焊縫均為，則所需焊縫長度為：肢背： 肢尖：支座斜桿 肢背焊縫長度為，肢尖焊縫長度為，則所需焊縫長度為：肢背： 肢尖：支座豎桿 肢背和肢尖焊縫均為，則所需焊縫長度為：肢背： 肢尖：根據節(jié)點板尺寸所確定的焊縫長度均大于所需焊縫長度，全部焊縫滿焊。5.4.5 上弦節(jié)點b設計為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm，用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽鋼作為兩條焊縫計算，這時，強度設計值應乘以0.8的折減系數。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，且假定集中荷載F與上弦垂直（圖）上弦肢背

14、槽鋼焊縫的，節(jié)點板的長度為435mm，其應力為：上弦肢間角焊縫的應力為：腹桿與節(jié)點板連接焊縫已在下弦節(jié)點中計算，可不必再計算，節(jié)點板尺寸就是根據腹桿焊縫長度按比例繪制確定。上弦為了便于擱置屋面板，在角鋼再肢間設置肋板。5.4.6上弦節(jié)點d、f的設計兩個節(jié)點的弦桿內力差值較小，腹桿與節(jié)點板的焊縫連接已在下弦節(jié)點計算中解決，根據腹桿焊縫長度決定節(jié)點板尺寸（圖），假定節(jié)點荷載由槽鋼焊縫承受，可不必計算，僅驗算肢尖焊縫。d節(jié)點： f節(jié)點：5.4.7 上弦節(jié)點a、c、e設計這三個節(jié)點的弦桿內力或弦桿兩內力差值均等于零，僅承受節(jié)點荷載，故均可采用構造焊縫而不必計算。腹桿焊縫已在下弦節(jié)點中計算過，節(jié)點構造如圖所示5.4.8 上弦節(jié)點g設計屋脊節(jié)點構造與下弦跨中節(jié)點相似，用同號角鋼進行拼接，接頭一邊的焊縫長度按弦桿的內力計算，采用拼接角鋼的長度取400mm2129.56=259.12mm上弦與節(jié)點板之間的塞焊，假定承受節(jié)點荷載，可不驗算。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內力的15