普通鋼屋架設計27M

1、鋼結構課程設計 學生姓名：* 學 號：* 所在學院：* 專業(yè)班級：* 指導教師：* 西 南 交 通 大 學 *年*月*日 *月*日 目 錄1、 設計資料 -32、 鋼材和焊條選擇 -33、 屋架形式及尺寸 -34、 屋蓋支撐布置 -45、 荷載和內力計算 -4 5.1荷載計算 -5-6 5.2內力計算 -6-7 六桿件截面選擇 -7 6.1上弦 -7-8 6.2下弦 -8-9 6.3端斜桿 -9 6.4斜腹桿 -9-10 6.5豎桿 -10-12 七 節(jié)點設計 - -12 7.1.下選節(jié)點 -12-14 7.2上弦節(jié)點“b” -14-15 7.3屋脊節(jié)點“j” -15-16 7.4下弦跨中節(jié)點

2、“e” -16-17 7.5端部支座節(jié)點“a” -17-19 7.6節(jié)點板計算 -19 八、施工圖詳圖 19-22普通鋼屋架設計 1 設計資料某北方地區(qū)一金工車間。長102m，跨度27m，柱距6m。采用無檁屋蓋結構體系，梯型鋼屋架，1.5m*6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，膨脹珍珠巖制品保溫層（容重4kn/m3，所需保溫層厚度由當地計算溫度確定），卷材屋面，屋面坡度i=1/10。2 鋼材和焊條選擇根據北方以往冬季的計算溫度（-22）和荷載性質（靜荷載）及連接方法（焊接），按設計規(guī)范要求，鋼材選用q235b，其設計強度f=215kn/,焊條采用e43型，手工焊接。構件采用鋼板及熱軋鋼勁，構件與支

3、撐的連接用m20普通螺栓。三屋架形式及尺寸 由于屋面采用預應力混凝土大型屋面板和卷材防水層（i=1/10),故采用緩坡梯形屋架。屋架的計算跨度為屋架端部高度?。海ㄝS線處），h=2015mm（計算跨度處）跨中高度：屋架高跨比：。屋架跨中起拱取50 mm。為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸如圖 1 所示圖1. 1：27米跨屋架幾何尺寸四屋蓋支撐布置 根據車間長度（102m60m)、跨度及荷載情況，設置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網采用封閉結合，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房兩邊的橫向水平支撐設在第二柱

4、間。在第一柱間的上弦平面設置剛性系桿保證安裝是上弦的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設置剛性系桿以傳遞山墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設一道垂直支撐。在屋脊節(jié)點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設置通長的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點處設置一道縱向通長的柔性系桿，支撐布置見圖2。圖中與橫向水平支撐連接的屋架編號為gwj-2，山墻的端屋架編號為gmj-3，其他屋架編號均為gwj-1。符號說明：gwj-（鋼屋架）；sc-（上弦支撐）：xc-（下弦支撐）； cc-（垂直支撐）；gg-（剛性系桿）；lg-（柔性系桿）五荷載和內力計算(1)荷載計算 荷載計算及匯總見表2屋面活荷載與雪荷載不會同時出現，計算時

5、，取較大的荷載標準值進行計算。故取屋面活荷載0.4kn/進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式計算，跨度l單位為m,荷載計算結果見表2。表1防水層找平層保溫層找平層混凝土屋面板0.40.40.10.51.4荷載名稱標準值（kn/）設計值（kn/） 備注預應力混凝土大型屋面板1.41.41.21.68延屋面坡向分布三氈四油上鋪小石子防水層0.40.41.20.48延屋面坡向分布水泥砂漿找平層0.40.41.20.48延屋面坡向分布保溫層厚泡沫混凝土120mm）0.10.11.20.12延屋面坡向分布找平層（20mm厚水泥砂漿）0.50.51.20.6延屋面坡向分布屋架和支撐

6、自重0.12+0.01127=0.4170.4171.20.50延屋面坡向分布永久荷載總和3.2173.86延水平分布取二者中的較大值屋面活荷載0.40.41.40.56取屋面均布活荷載積灰荷載0.40.41.40.56可變荷載總和0.81.12 設計荷載標準值 （單位：kn/）。表 2 荷載計算表注：非輕型屋蓋不考慮風荷載作用計算屋架桿力是應考慮如下三種荷載組合使用階段“全跨恒荷載+全跨屋面均布荷載”和“全跨恒荷載+半跨屋面均布荷載”。應注意半跨屋面活荷載可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨，恒活載和活荷載引起的節(jié)點荷載設計值，p恒及p活分別為 p恒=3.86x1.5x6=34.74（kn）

7、p活=1.12x1.5x6=10.08（kn）施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載”。這是只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒活載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數值）即可能出現在左半跨，也可能出現在右半跨，取決于屋面板的安裝順序。當從屋面兩端對稱安裝屋面板時，則不必考慮此種荷載組合。施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設計值p恒和p活分別為p恒=0.5x1.5x6=4.5（kn）p活=1.68+0.56x1.5x6=10.5（kn）（2） 內力計算本設計采用圖解法計算了屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數。根據算得的節(jié)點荷載和桿力系數，求得各桿的最不利內力。計算結

8、果如表3所示桿件名稱內力系數（f=1）內力組合值計算桿內力(kn)全跨左半跨右半跨第一種組合（p恒+p活）第二種組合第三種組合p恒+ p活p恒+ p活p恒+ p活p恒+ p活上弦ab000000000.0 bc-9.97-7.19-2.79-446.9 -418.8 -374.5 -120.4 -74.2 -446.9 cd-9.97-7.19-2.79-446.9 -418.8 -374.5 -120.4 -74.2 -446.9 de-15.8-10.75-5.06-708.2 -657.3 -599.9 -184.0 -124.2 -708.2 ef-16.38-11.33-5.06-7

9、34.2 -683.2 -620.0 -192.7 -126.8 -734.2 fg-16.38-11.33-5.06-734.2 -683.2 -620.0 -192.7 -126.8 -734.2 gh-18.67-11.05-7.62-836.8 -760.0 -725.4 -200.0 -164.0 -836.8 hi-19.17-11.05-7.62-859.2 -777.3 -742.8 -202.3 -166.3 -859.2 ij-19.17-11.54-7.62-859.2 -782.3 -742.8 -207.4 -166.3 -859.2 下弦ab5.363.961.41

10、240.2 226.1 200.4 65.7 38.9 240.2 bc13.319.343.97596.6 556.5 502.4 158.0 101.6 596.6 cd18.2411.426.82817.5 748.8 702.4 202.0 153.7 817.5de17.818.98.9798.2 708.4 708.4 173.6 173.6 798.2斜腹桿ab-10.05-7.42-2.63-450.4 -423.9 -375.6 -123.1 -72.8 -450.4bb7.955.572.38356.3 332.3 300.2 94.3 60.8 356.3bd-6.47-

11、4.18-2.29-290.0 -266.9 -247.9 -73.0 -53.2 -290dc4.612.592.02206.6 186.3 180.5 47.9 42.0 206.6cf-3.5-1.01-2.49-156.9 -131.8 -146.7 -26.4 -41.9 -156.9fg-2.69-0.21-2.49-120.6 -95.6 -118.5 -14.3 -38.3 -120.6ef0.730.73032.7 32.7 25.4 11.0 3.3 32.7gd0.72-0.931.6632.3 15.6 41.7 -6.5 20.7 -6.541.7dg1.153.13

12、-1.9751.5 71.5 20.1 38.0 -15.5 -15.571.5gj1.893.87-1.9784.7 104.7 45.8 49.1 -12.2 -12.2104.7hg0.670.67030.0 30.0 23.3 10.1 3.0 30豎桿aa-0.5-0.50-22.4 -22.4 -17.4 -7.5 -2.3 -22.4cb-1-10-44.8 -44.8 -34.7 -15.0 -4.5 -44.8ec-1.5-1.50-67.2 -67.2 -52.1 -22.5 -6.8 -67.2ff-1-10-44.8 -44.8 -34.7 -15.0 -4.5 -44

13、.8hd-1.5-1.50-67.2 -67.2 -52.1 -22.5 -6.8 -67.2ig-1-10-44.8 -44.8 -34.7 -15.0 -4.5 -44.8je000000000 屋 架 桿 件 內 力 組 合 表六桿件截面選擇（1） 上弦桿整個上弦不改變截面，取上弦最大設計桿力（ik桿）計算。n=-859.2kn，l0=l0x=150.8cm，l0y=150.7*2+150.8=452.2cm（按大型屋面板與架保證三點焊接考慮，取l1為兩塊屋面板寬）。根據腹桿最大設計桿力nab=-450.4kn查表得中間節(jié)點板厚t=12mm，支座節(jié)點板厚t=14mm。先由非對稱軸選擇截面

14、，假設=60由附表2.2查q235鋼的穩(wěn)定系數表，可得（由雙角鋼組成的t形和十字形截面均屬于b類）需要的截面面積as=n/f=859.2*103/（0.807*215）=4952.0mm=49.52cm一般角鋼厚度t=15mm，屬第一組，故取f=215n/2。需要的回轉半徑為ix=l0x/=150.8/60=2.51（cm）iy=l0y/=452.2/60=7.54（cm）上弦應采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的t形截面，根據需要的as、ix及iy查附表3.5，選用2l16010010:肢背間距a12mm，則as=50.6（cm2），ix=2.85，iy=7.78（節(jié)點板厚為14），=150。驗

15、算角鋼，滿足長細比的要求。由于，只需求，查表0.818，則滿足要求。所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖6：上弦截面（2） 下弦桿下弦亦不改變截面,整個下弦桿采用同一截面，按最大內力所在的cd桿計算。n=817.5kn，所需截面積為（因跨中有通長系桿）:選用2l16010010，因故用不等肢角鋼，短肢相并。a50.6，所以滿足要求。下弦截面如圖：圖7.下弦截面（3) 端斜桿按端斜桿ab最大設計內力設計。桿件軸力：計算長度：因為，故采用等肢角鋼，使。選用2l10010。則:，由于，只需求。查表0.668，則:，故所選截面合適。端斜桿截面如圖： 圖8.端斜桿截面（4) 斜腹桿腹桿cf-fg在f節(jié)點處

16、不斷開，采用通長桿件。,再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內的計算長度取節(jié)點中心間距，在桁架平面外的計算長度：選用2l11010，查角鋼規(guī)格表得a45.52，由于，只需求。查表0.458，則:再分腹桿截面如圖：圖9：再分腹桿截面(5) 豎桿hd，由于桿件內力較小，按選擇，需要的回轉半徑為，查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大些。選用2l635，其幾何特性為：a12.29，由于，只需求。查表0.406，則:豎桿截面如圖：圖10：豎桿截面其余各桿件的截面選擇結果見表4。需注意連接垂直的支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計算長度為io=0.9l，其他腹桿除aa和ba外，lox=0.8l表4名稱桿

17、件編號內力/kn計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數計算應力上弦hi、ij-859.2150.8452.21601001050.62.857.7852.958.11500.818207.6下弦cd817.545013351601001050.62.857.78157.9171.63500.246161.6腹桿ab-450.42532531001038.523.054.6083.055.01500.668175.0bb356.3262.2262.21001038.523.054.6085.957.01500.648142.7bd-290287.3287.3100

18、1038.523.054.6094.262.51500.594126.7dc206.6287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.59490.3cf-156.9208.7393.31101045.523.385.00115.978.651500.45872.3fg-120.6208.7393.31101045.523.385.00115.978.651500.45857.85ef32.718918963512.291.943.0497.462.21500.57546.3gd-6.541.7326.5326.563512.291.943.04168.3107

19、.41500.254133.6dg-15.571.5224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.34185.2gj-12.2104.7224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.34185.2hg30203.5203.563512.291.943.04104.966.91500.52346.67豎桿aa-22.4161.2201.563512.291.943.0483.166.31500.66827.3cb-44.818423063512.291.943.0494.875.71500.58862.0ec-67.2208

20、26063512.291.943.04107.285.51500.511107.0ff-44.810413063512.291.943.0453.642.81500.83843.5hd-67.224430563512.291.943.04125.8100.31500.406134.7ig-44.8122152.563512.291.943.0462.950.21500.79146.1 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表七節(jié)點設計 由前述施工圖繪制可見，在確定節(jié)點板得外形和尺寸時，需要斜腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度。為簡潔起見，下面先算出個斜腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計算公式為：角鋼肢背所需焊縫

21、長度l1 角鋼肢尖所需焊縫長度l2 7.1：下選節(jié)點采用e43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值設 bb 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。設 bd桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。bc桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。根據以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點詳圖（見圖11），從而確定節(jié)點板的尺寸為280340mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為340mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內力差nnbc-nab596.6-240.2356.4kn。驗算肢背焊縫的強度：圖11：下弦節(jié)點“b”7.2上弦節(jié)點“

22、b” 斜桿bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中bb桿計算相同。斜桿ba與節(jié)點板連接焊縫計算：n=-450.4kn。設 “ab”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背：肢尖：取，。為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載p與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內的應力由下面計算得到：肢尖焊縫承擔弦桿內力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載。上弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm，則節(jié)點如圖: 圖12：上弦節(jié)點“

23、b”7.3屋脊節(jié)點“j”弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側的焊縫長度可按弦桿內力計算。n=-859.2kn。設肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長度為,取拼接角鋼長度取 6002260=520mm上弦與節(jié)點板間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應按上弦內力的15%計算。設肢尖焊縫,節(jié)點板長度為500mm，節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為。焊縫應力為：節(jié)點形式如圖:圖13：屋脊節(jié)點“j”7.4 下弦跨中節(jié)點“e”跨中起拱 50mm，下弦接頭設于跨

24、中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2l16010010，焊縫長度：，取=300mm。拼接角鋼長度。弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內力的15%計算。設肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側需焊縫長度為肢背：，取=90mm肢尖，按構造要求，取焊縫長度50mm，取=60mm節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸。焊縫強度滿足要求。節(jié)點形式如圖:圖14：下弦跨中節(jié)點“e”7.5端部支座節(jié)點“a”為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度14mm。（1）支座底板的計算 支

25、座反力： 設支座底板的平面尺寸采用，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為。驗算柱頂混凝土的抗壓強度：式中：混凝土強度設計值，對c20混凝土，。支座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為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：式中：底板下的平均應力，即=8.49。 兩邊支承之間的對角線長度，即 系數，由查表確定。為兩邊支承的相交點到對角線的垂直距離。由此得：查表得0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：底板厚度：，取t22mm所以底板尺寸為mm。（2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點板高度。

26、由節(jié)點圖得焊縫長度為440mm，計算長度lw440-12-15413（mm）（設焊腳尺寸hf8mm），每塊加勁肋近似的按承受r/4計算，r/4作用點到焊縫的距離為e（140-8）/266 mm。則焊縫所受剪力v及彎矩m為：焊縫強度驗算 7.99n/mm2滿足要求。（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，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點板傳遞。節(jié)點板與底板的連接焊縫長度，所需焊腳尺寸為，取。每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為所需焊縫尺寸所以取。節(jié)點形式如圖:圖15：端部支座節(jié)點“a”7.6節(jié)點板計算（1）節(jié)點板在受壓腹桿的壓力作用下的計算 所有無豎桿相連的節(jié)點板，受壓腹桿桿端中點至

27、弦桿的凈距離c與節(jié)點板厚度t之比，均小于或等于10。所有與豎桿相連的節(jié)點板，c/t均小于或等于15，因而節(jié)點板的穩(wěn)定均能保證。（2） 所有節(jié)點板在拉桿的拉力作用下，也都滿足要求，因而節(jié)點板的強度均能保證。此外，節(jié)點板邊緣與腹桿軸線間的夾角均大于15，斜腹桿與弦的夾角均在3060之間，節(jié)點板的自由邊長度與厚度之比均小于60，都滿足構造要求，節(jié)點板均安全可靠。八.本設計的施工詳圖材料表構建編碼零件號截面長度（mm）數量重量（kg）正反每個共計合計gwj-21l180110101507022335.6134239862l160100101481022294.311773l5051830046.9284l1409082195431.11245l9062310419.3776l505209047.9327l10062565424968l7052590414569l5053790414.35710l