高國成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、遠(yuǎn)程教育學(xué)院 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 題 目 設(shè)計(jì)18m跨焊接梯形鋼屋架學(xué) 習(xí) 中 心 哈工大（威海） 分校 專 業(yè) 土木工程 層 次 專升本 學(xué) 生 高國成 學(xué) 號 201109016733310003 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)18m跨焊接梯形鋼屋架一、教學(xué)要求：1） 正確布置鋼屋架的支撐；2） 掌握鋼屋架的設(shè)計(jì)步驟和方法；3） 能正確繪制鋼屋架施工圖。二、設(shè)計(jì)資料： 某地一金工車間，長90m，跨度18m，柱距6m，柱頂標(biāo)高10m，山墻處采用封閉結(jié)合，車間內(nèi)設(shè)有兩臺20t/3t中級工作制橋式吊車。采用梯形鋼屋架，1.5×6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，膨脹珍珠巖制品保溫層（容重為4kn/，

2、厚度見下表），卷材屋面，屋面坡度i =1/10，屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度等級c20。車間地點(diǎn)哈爾濱伊春吉林通化保溫層厚度(cm)81012灰荷載( kn/)00.30.50.75三、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1) 確定屋架型式尺寸，選擇鋼材及連接材料；2) 布置屋蓋支撐并按比例繪出支撐布置圖;3) 用力學(xué)方法求桿力系數(shù)；4) 荷載匯集；5) 桿力組合（填附表1）；6) 選擇桿件截面（填附表2）；7) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；8) 繪制施工圖；9) 計(jì)算書一份。abcdefgabcd目錄一、 屋蓋支撐布置圖.(1)二、 荷載計(jì)算.(2)三、 桁架內(nèi)力圖.(3)四、 桁架內(nèi)力組合表.（4）五、 桁架截面選用表及計(jì)算

3、.(6)六、 節(jié)點(diǎn)計(jì)算.(11)屋蓋支撐布置圖屋架形式及幾何尺寸如圖所示上弦橫向水平支撐一般設(shè)置在房屋兩端且間距不宜大于60m，根據(jù)廠房長度(90m>60m)、跨度及荷載情況，設(shè)置上弦橫向水平支撐3道。下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支撐對應(yīng)的布置在同一柱間距內(nèi)，以形成穩(wěn)定空間體系。下弦縱向水平支撐不進(jìn)行布置。垂直支撐設(shè)置在上、下弦橫向支撐的柱間內(nèi)，在屋架兩端及跨中的豎直面內(nèi)。系桿沿房屋縱向通長設(shè)置，以保證屋架的側(cè)向穩(wěn)定。支撐布置如圖所示：梯形鋼屋架支撐布置如圖所示：荷載計(jì)算屋面雪荷載與檢修荷載不會同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取屋面活荷載0.5kn/m²進(jìn)行計(jì)

4、算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，跨度單位為米（m）荷載計(jì)算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kn/m²）設(shè)計(jì)值（kn/m²）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板自重1.41.4×1.351.89屋架及支撐自重0.450.45×1.350.608屋面防水層0.40.4×1.350.54找平層0.40.4×1.350.54永久荷載總和2.653.578屋面檢修荷載0.50.5×1.40.7可變荷載總和0.50.7設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：1、 全跨永久荷載全跨可變荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：2、 全跨永久荷載半跨可變

5、荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：3、 全跨屋架（包括支撐）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：1、2為使用節(jié)點(diǎn)荷載情況，3為施工階段荷載情況。桁架內(nèi)力圖屋架在上述三種荷載組合作用下的計(jì)算簡圖如下：桁架內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱桿件編號單位荷載 f1靜載作用（kn/m²）活載（kn/m²）0.7桿件內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力在左在右全跨全部恒載3.578屋架支撐0.608大型屋面板1.89左右全部組合一組合二組合三在左在右全部左右左右上弦桿ab0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

6、.000.000.000.00bc-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87cd-4.37-1.86-6.23-22.29-3.79-8.26-3.52-11.77-3.06-1.30-4.36-239.87-228.15-212.34-135.96-77.45-239.87de-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180

7、.43-127.51-346.13ef-5.63-3.36-8.99-32.17-5.47-10.64-6.35-16.99-3.94-2.35-6.29-346.13-324.96-310.66-180.43-127.51-346.13fg-4.55-4.56-9.1-32.56-5.53-8.60-8.62-17.20-3.19-3.19-6.37-350.37-321.70-321.77-155.86-156.09-350.37下弦桿ab2.541.043.5812.812.184.801.976.771.780.732.51137.84131.29121.8478.8043.83137

8、.84bc5.322.647.9628.484.8410.054.9915.043.721.855.57306.48289.84272.96167.57105.10306.48cd5.313.979.2833.205.6410.047.5017.543.722.786.50357.30332.29323.85174.56143.32357.30斜腹桿ab-4.75-1.81-6.56-23.47-3.99-8.98-3.42-12.40-3.33-1.27-4.59-252.57-241.17-222.65-146.62-78.09-252.57bb3.171.354.5216.172.755

9、.992.558.542.220.953.16174.03165.52154.0698.6356.20174.03bd-1.83-1.58-3.41-12.20-2.07-3.46-2.99-6.44-1.28-1.11-2.39-131.29-121.34-119.76-61.32-55.49-131.29dc0.571.271.846.581.121.082.403.480.400.891.2970.8462.8467.2523.3639.6770.84cf0.64-1.38-0.74-2.65-0.451.21-2.61-1.400.45-0.97-0.52-28.49-19.80-32

10、.5210.87-36.22-36.22 10.87fd-1.61.11-0.49-1.75-0.30-3.022.10-0.93-1.120.78-0.34-18.87-25.86-8.79-39.9823.19-39.98 23.19豎桿aa-0.50-0.5-1.79-0.30-0.950.00-0.95-0.350.00-0.35-19.25-19.25-16.10-14.39-2.74-19.25cb-10-1-3.58-0.61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50ec-10-1-3.58-0.

11、61-1.890.00-1.89-0.700.00-0.70-38.50-38.50-32.20-28.78-5.47-38.50gd0.410.410.822.930.500.770.771.550.290.290.5731.5728.9928.9914.0414.0431.57桁架截面選用表及計(jì)算5. 桿件設(shè)計(jì)（1）上弦桿整個(gè)上弦采用等截面，按fg桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即n=350.37kn上弦桿計(jì)算長度：在屋架平面內(nèi)：為節(jié)點(diǎn)軸線長度：在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認(rèn)為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點(diǎn)間的距離，即： 根據(jù)屋架平面外上弦桿的計(jì)算長度

12、，上弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。如右圖：腹桿最大內(nèi)力n=252.57kn，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm設(shè)60，查q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得0.807（由雙角鋼組成的t形和十字形截面均屬于b類），則需要截面積為需要回轉(zhuǎn)半徑： 查表選用2125×80×7 a=8mm驗(yàn)算 滿足長細(xì)比的要求，查表，則故所選截面合適。（2）下弦桿整個(gè)下弦采用等截面，按cd桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)，即n=357.3kn下弦桿計(jì)算長度：下弦截面選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。所需截面面積：查表選用2 80×50×7，a=8mm 即，且 滿足要求。（3）腹

13、桿 ab桿: 計(jì)算長度： 桿件軸力：n=-252.57kn 因?yàn)?，故選用等肢角鋼 設(shè)=100，=0.555所需面積：所需回轉(zhuǎn)半徑： 選290×7 a=8 則 bb桿: 計(jì)算長度：桿件軸力：n=174.03kn 選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 45×5 a=8mm 即且bd桿： 計(jì)算長度：桿件軸力： n=131.29kn 選用等肢鋼 設(shè)所需面積：所需回轉(zhuǎn)半徑： 選用270×5 ，a=8，即 則 cd桿： 計(jì)算長度：桿件軸力： n=70.84kn ，選用等肢鋼 所需截面面積：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且 cf、fd桿： 當(dāng)桿件受壓時(shí)取，計(jì)算

14、長度 選用等肢角鋼 設(shè)，所需面積：需要回轉(zhuǎn)半徑： 查表選用2 45×4 a=8mm 即 且當(dāng)桿件受拉時(shí)取， 計(jì)算長度： 選用等肢角鋼 滿足要求（4）豎桿豎桿aa :桿件軸力：n=19.25kn 計(jì)算長度：內(nèi)力較小 按=150選擇 需回轉(zhuǎn)半徑：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得豎桿cb：桿件軸力：n=-38.5kn 計(jì)算長度：內(nèi)力較小 按=150選擇 需回轉(zhuǎn)半徑查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得豎桿ec：桿件軸力：n=38.5kn 計(jì)算長度： 內(nèi)力較小 按=150選擇 需回轉(zhuǎn)半徑 選用250×5 a=8mm ，即 則豎桿gd：桿

15、件軸力：n=31.57kn 計(jì)算長度： 按=350選擇 所需截面面積：查表選用2 45×4 a=8mm 即 且，查表得其結(jié)果見下表屋架桿件截面選擇表?xiàng)U件名稱桿件編號內(nèi)力（kn）計(jì)算長度cm截面規(guī)格截面面積（cm²）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力或n/a （n/mm²）上弦fg-350.37150.8301.62125×80×728.22.305.9765.650.5150.000.7760.851-160.1下弦ab357.3300885.0280×50×717.451.394.00215.83221.25

16、350.00_200.7斜腹ab-252.57253253290×724.602.784.0091.0063.3150.000.6140.807-167.2bb174.03209.00261.3245×58.581.372.18152.6123.8350.00202.8bd-131.29229.1286.42 70×513.742.163.17106.190.3150.000.5160.601-185.04dc70.84229.1286.42 45×46.981.382.16166.0132.6350.00104.8cf-36.22249.92312.4

17、245×46.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-103.0fd-39.98249.92312.4245×46.981.382.16181.10144.6150.000.3250.421-113.69豎桿aa-19.25199.0199.0245×46.981.382.16144.2144.6150.000.3280.592-83.98.cb-38.5183.2229.02 45×46.981.382.16132.8106.0150.000.37480.435-147.2ec-38.5207.2259.0250&#

18、215;59.61.532.3135.42108.8150.000.3630.478-110.5gd31.57231.22892 45×46.981.382.16167.5133.8350.000.255177.4考慮施工和實(shí)際條件，可將dc、cf、fd、aa、cb、gd桿件統(tǒng)一采用截面規(guī)格為245×5的角鋼。節(jié)點(diǎn)計(jì)算（1）下弦節(jié)點(diǎn)用e43型焊條角焊縫的抗拉和抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160mpa。七、 下弦節(jié)點(diǎn)“b”設(shè)“bb”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取103mm。肢尖：，取57mm。設(shè)“bd” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為

19、肢背：，取81mm。肢尖：，取46mm?！癱b”桿內(nèi)力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點(diǎn)板尺寸280mm×265mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為28cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差n168.640kn，受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為:焊縫強(qiáng)度滿足要求。八、 下弦節(jié)點(diǎn)“c”設(shè)“dc”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取49mm。肢尖：，取40mm。設(shè)“fc” 桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm?！癱e”桿內(nèi)力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點(diǎn)

20、板尺寸240mm×250mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為24cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差n50.82kn，受力較大處的肢背出的焊縫應(yīng)力為:焊縫強(qiáng)度滿足要求。九、 下弦節(jié)點(diǎn)“d”設(shè)“df”桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.所需的焊縫長度為肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。 “dg”桿內(nèi)力很小，桿的肢背6mm和肢尖焊縫為5mm.按構(gòu)造要求綜合取節(jié)點(diǎn)板尺寸300mm×225mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為20cm，6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差n0kn，焊縫強(qiáng)度滿足要求。.（2）上弦節(jié)點(diǎn)上弦節(jié)點(diǎn)b“bb”桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸同上。設(shè)“ab”桿

21、的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，所需焊縫長度為肢背： ,取150mm.肢尖：，取80mm節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，按構(gòu)造要求取節(jié)點(diǎn)板的長度為350mm×272mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，需在強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載p與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下：等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度，7mm上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長度為350mm，則 滿足要求。 上弦節(jié)點(diǎn)d設(shè)“bd”和“dc”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據(jù)前面的計(jì)算，所需焊縫長度為肢背：取81mm和49mm肢尖：取45mm和40mm節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，按構(gòu)造要

22、求取節(jié)點(diǎn)板的長度為250mm×212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，需在強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載p與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下：等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度，7mm上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長度為280mm，則 滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為 滿足要求。 上弦節(jié)點(diǎn)“f”設(shè)“fc”和“fd”桿的肢背和肢尖焊縫6mm和5mm，根據(jù)前面的計(jì)算，所需焊縫長度為肢背：取50mm和50mm肢尖：取40mm和40mm節(jié)點(diǎn)板上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，按構(gòu)造要求取節(jié)點(diǎn)板的長度為200mm×212mm.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。

23、槽焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，需在強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。假定集中荷載p與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下：等于二分之一節(jié)點(diǎn)板厚度，7mm上弦與節(jié)點(diǎn)板焊縫長度為280mm，則 滿足要求。上弦肢尖角焊縫的切應(yīng)力為 滿足要求。 上弦節(jié)點(diǎn)“a” 豎桿“aa”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“aa”的內(nèi)力為19.25 kn，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節(jié)點(diǎn)板為200mm×200mm. 上弦節(jié)點(diǎn)“c”豎桿“cb”的肢背焊縫高度為6mm，肢尖焊縫高度為5mm。豎桿“cb”的內(nèi)力為38.5 kn，肢背：，取50mm。肢尖：，取40mm。取節(jié)點(diǎn)板為200mm×200mm.豎桿“ec”同豎桿“cb”。屋脊節(jié)點(diǎn)“g”設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫6mm，則所需焊縫計(jì)算長度為（一條焊縫）拼接角鋼長度+弦桿桿端空隙20，拼接角鋼長度取400mm。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算如下設(shè)“gd”桿的肢背和肢尖焊縫為6mm和6mm。所需的焊縫長度為肢背：，取190mm。肢尖：，取70m