徐州工程學(xué)院土木大四鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計2011級

1、課程設(shè)計 單層工業(yè)廠房屋蓋結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架設(shè)計學(xué)生姓名殷海洋學(xué)院名稱土木工程學(xué)院班級名稱11房屋建筑（1）班指導(dǎo)教師張雷陽2014年12月28日 單層工業(yè)廠房屋蓋結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架設(shè)計一、設(shè)計資料某廠房總長度為90m，跨度24m，柱距6m。1、結(jié)構(gòu)形式梯形鋼屋架，鋼筋混凝土柱。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30；屋面坡度i=L/10,L為屋面跨度；屋面結(jié)構(gòu)采用1.5x1.6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面（1.4KN/m2，并考慮屋面板起系桿作用） ；地區(qū)計算溫度高于-20°,無侵蝕性介質(zhì)；地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦桿標(biāo)高為15m；廠房內(nèi)設(shè)有兩臺 40/10T中級工作制橋式吊車。2、屋架形式和荷載屋架形式、幾

2、何尺寸及桿件系數(shù)如圖所示二、荷載標(biāo)準(zhǔn)值1、永久荷載 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kN/m2水泥砂漿找平層 0.4kN/m2保溫層 kN/m2一氈二油隔氣層 0.05kN/m2水泥砂漿找平層 0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2屋架及支撐自重(按經(jīng)驗公式q=0.12+0.11/L計算) kN/m2懸掛管道 0.15kN/m22、可變荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.7kN/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.35kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kN/m2 屋面保溫層及積灰荷載的取值學(xué)號1-56-1011-1516-2021-2526-3031-3536-4041-4546-50保溫層/

3、（kN/m2）0.40.450.50.550.60.650.70.650.550.5積灰荷載/（kN/m2）0.70.80.91.01.11.21.31.31.21.1三、設(shè)計內(nèi)容在教師指導(dǎo)下，能根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，搜集有關(guān)資料，熟悉并應(yīng)用有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和圖集，獨(dú)立完成課程設(shè)計任務(wù)書（指導(dǎo)書）規(guī)定的全部內(nèi)容。1、計算書完成計算書一份，內(nèi)容包括：1） 材料選擇。2） 屋架及屋蓋支撐的布置。說明屋蓋支撐布置的原則，并畫出屋蓋上、下弦桿支撐布置圖及豎向支撐布置。3） 鋼屋架內(nèi)力計算。4） 桿件截面設(shè)計。在計算書中 應(yīng)詳細(xì)寫出部分桿件（上弦桿、下弦桿、端斜桿）的設(shè)計過程，其余桿件截面的計算結(jié)果可列入

4、截面選擇表內(nèi)。5） 屋架節(jié)點設(shè)計。設(shè)計2-3個典型節(jié)點，并畫出其節(jié)點構(gòu)造圖。2、施工圖使用A1或A2圖紙繪制鋼結(jié)構(gòu)屋架施工圖，圖面內(nèi)容包括：1） 屋架單線圖，比例1:100。要求注明桿件的幾何長度和截面形式。2） 屋蓋上弦或下弦支撐布置圖、垂直支撐布置圖，要求標(biāo)出主要尺寸。比例1:400。3） 屋架正面施工圖，軸線比例1:20或1:30，桿件比例1:10或1:15。4） 畫出2-3個典型節(jié)點詳圖，比例1:50，圖上注明焊縫形式及焊腳尺寸，并標(biāo)出主要的構(gòu)件尺寸。四、設(shè)計要求1、設(shè)計計算書要求：計算依據(jù)充分、文理通順、計算結(jié)果正確、書寫工整、數(shù)字準(zhǔn)確、圖文并茂，統(tǒng)一用A4紙書寫。1）按步驟設(shè)計計算

5、，各設(shè)計計算步驟應(yīng)表達(dá)清楚，寫出計算表達(dá)式及必要的計算過程，對數(shù)據(jù)的選取應(yīng)寫明判斷依據(jù)。2）計算過程中，必須配以相應(yīng)的計算簡圖。3）對計算結(jié)果進(jìn)行復(fù)核后，為保證施工質(zhì)量且方便施工，應(yīng)按規(guī)范要求對計算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整并寫明依據(jù)。2、圖紙繪制的要求：布圖合理，版面整齊，圖線清晰，標(biāo)注規(guī)范，符合規(guī)范/圖集要求。單層工業(yè)廠房屋蓋結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架設(shè)計一、設(shè)計資料某廠房總長度為90m，跨度24m，柱距6m。1、結(jié)構(gòu)形式梯形鋼屋架，鋼筋混凝土柱。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30；屋面坡度i=L/10,L為屋面跨度；屋面結(jié)構(gòu)采用1.5x1.6m預(yù)應(yīng)力混凝土屋面（1.4KN/m2，并考慮屋面板起系桿作用） ；地區(qū)計算溫度高

6、于-20°,無侵蝕性介質(zhì)；地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦桿標(biāo)高為15m；廠房內(nèi)設(shè)有兩臺 40/10T中級工作制橋式吊車。2、屋架形式屋架形式、幾何尺寸及桿件系數(shù)如圖所示3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值(1)、永久荷載 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kN/m2水泥砂漿找平層 0.4kN/m2保溫層 0.55 kN/m2一氈二油隔氣層 0.05kN/m2水泥砂漿找平層 0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2屋架及支撐自重 0.384 kN/m2懸掛管道 0.15kN/m2(2)、可變荷載屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.7kN/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.35kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值 1.0kN/m2

7、4、屋架選材屋架采用的鋼材及焊條為：設(shè)計方案采用Q345鋼，焊條為E50型。二、支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計任務(wù)書中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房內(nèi)有橋式吊車2臺40/10T(中級工作制 )，布置下弦縱向水平支撐。1.1桁架支撐布置圖符號說明：SC上上弦支撐；XC下弦支撐；CC垂直支撐;GG剛性系桿；LG柔性系桿三、荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載值：三氈四油防水層：1.005×0.4=0.402 kN/m2 水泥砂漿找平層：1

8、.005×0.4=0.402 kN/m2保溫層：1.005×0.55=0.553 kN/m2一氈二油隔氣層：1.005×0.05=0.05025 kN/m2水泥砂漿找平層：1.005×0.3=0.3015 kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板：1.005×1.4=1.407 kN/m2屋架及支撐自重： 0.12+0.011×24=0.384kN/m2共 3.95 kN/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（大于雪荷載）：0.7 kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 1.0 kN/m2共 1.7 kN/m2設(shè)計桁架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：3.1、

9、全跨永久荷載+全跨可變荷載(按永久荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：F=（1.35×3.95 +1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×1.1）×1.5×6=65.51 kN3.2、全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F1.1=1.35×3.95×1.5×6=48 kN(按永久荷載為主的組合)F1.2=1.2×3.95×1.5×6=42.66 kN(按可變荷載為主的組合)對結(jié)構(gòu)有利時：F1.3=1.0×3.95

10、5;1.5×6=35.55kN半跨節(jié)點可變荷載設(shè)計值：F2.1=1.4×（0.7×0.7+0.9×1.0）×1.5×6=17.51 KN(按永久荷載為主的組合)F2.2=1.4×（0.7+0.9×1.0）×1.5×6=20.16 KN(按可變荷載為主的組合)3.3、全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載(按可變荷載為主控制的組合)全跨節(jié)點桁架自重設(shè)計值：對結(jié)構(gòu)不利時：F3 .1=1.2×0.384×1.5×6=4.1472 kN對結(jié)構(gòu)有利時：F3 .2=1

11、.0×0.384×1.5×6=3.456 kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載設(shè)計值：F4=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94 kN3.1、3.2為使用階段荷載情況，3.3為施工階段荷載情況。荷載組合（1）計算簡圖如圖4.1，荷載組合（2）計算簡圖如圖4.2，荷載組合（3）計算簡圖如圖4.3圖 4.1 荷載組合（1）圖 4.2 荷載組合（2） 圖 4.3 荷載組合4.3四、內(nèi)力計算F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已經(jīng)給出。求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計算結(jié)果見表4.1。屋

12、 架 構(gòu) 件 內(nèi) 力 組 合 表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合F×第二種組合第三種組合計算桿件內(nèi)力（KN）全跨左半跨右半跨F1.i×+F2.i×F1.i×+F2.i×F3.i×+F4×F3.i×+F4×上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-594.83-721.92-1031.78-1067.1600000-594.83-721.92-1031.78-106

13、7.16下弦abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52323.62784.15991.82990.51323.62784.15991.82990.51斜腹桿aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-588.28453.98-357.03241.08-158.5370.1051.75102.2

14、045.86-131.9232.1982.69130.9145.86-150.4882.000.8037.76-29.91-3.2461.4580.08-56.9646.33-48.02-45.36-588.28453.98-357.03241.08-158.5370.10 -3.2482.69 -48.02130.91 -45.3645.86豎桿AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-32.76-65.51-98.27-65.510-30.29-60.57-90.86-60.570五.桿件設(shè)計（1）上弦桿整個上

15、弦采用等截面，按GH,HI桿件的最大內(nèi)力設(shè)計，即上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度，即在屋架平面外，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)支持布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點間的距離，即根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦桿截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。如下圖所示。 上弦截面腹桿最大內(nèi)力，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：中間節(jié)點板與墊板厚度取10mm,支座節(jié)點板剛度取12mm。設(shè)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積為需要回轉(zhuǎn)半徑： ， 根據(jù)需要A，查角鋼規(guī)格表，選用，肢背間距a=10mm，則： ，按所選角鋼進(jìn)行

16、驗算： <=150, （b類）雙角鋼T型截面繞對稱軸(y)軸應(yīng)按扭曲計算長細(xì)比則=69.12，故所選截面滿足要求。填板每個節(jié)間放一塊（滿足范圍內(nèi)不少于兩塊），尺寸取60mmx130mmx10mm則 間距，取80cm。（2）下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的桿計算。 ，（因跨中有通長系桿），所需截面積為：選用，因，故用不等肢角鋼，短肢相并，如下圖。，350，350故所選截面滿足要求。填板每個節(jié)間放一塊，尺寸取60mm×130mm×10mm，則 間距，取150cm。 下弦截面（3）斜腹桿端斜桿aB： 桿件軸力 計算長度 因，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使。選用

17、，肢背間距a=10mm，則： ，按所選角鋼進(jìn)行驗算： <=150雙角鋼T型截面繞對稱軸(y)軸應(yīng)按扭曲計算長細(xì)比則=（1+）=73.96×（1+故由，b類，故所選截面滿足要求。填板放兩塊，尺寸取60mm×145mm×10mm，則 間距,取90cm。 桿件dR-RI此桿在R節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力： ，最大壓力： ，再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)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，查角鋼規(guī)格表得，因，只需求。查表得，則拉應(yīng)力： 所選截面滿足要求。填板放兩塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則 間距，取

18、75cm。 桿件Bb桿件軸力 計算長度 0.8×2534=2027.2mm， 選用，查角鋼規(guī)格表得，所選截面滿足要求。填板放兩塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則 間距，取80cm。桿件bD桿件軸力 計算長度 0.8×2798=2238.4mm， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。填板放三塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則 間距，取70cm。桿件Dc桿件軸力 計算長度 0.8×2778=2222.4m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，所選截面滿足要求。填板放兩塊，尺寸取60mm×95mm

19、15;10mm，則 間距，取100cm。桿件cF桿件軸力 計算長度 0.8×3055=2444m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>， 所選截面滿足要求。填板放三塊，尺寸取60mm×95mm×10mm，則 間距，取。桿件Fd桿件軸力 計算長度 0.8×3035=2444m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，所選截面滿足要求填板放兩塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則 間距，取110cm。桿件RG桿件軸力 計算長度 0.8×1952=1561.6m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求填板放兩塊，尺寸取60mm

20、5;83mm×10mm，則 間距，取70cm。 （4）豎桿桿件Aa桿件軸力 計算長度 0.8×1900=1520m， 由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要回轉(zhuǎn)半徑為，選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。填板放兩塊，尺寸取60mm×76mm×12mm，則 Aa截面 間距，取65cm。桿件HR桿件軸力 計算長度 0.8×1406=1124.8m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。填板放三塊，尺寸取60mm×76mm×10mm，則 間距，取50cm。桿件Cb桿件軸力 計算長度 0.8×2200=

21、1760m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。填板放三塊，尺寸取60mm×76mm×10mm，則 間距取60cm。桿件Ec桿件軸力 計算長度 0.8×2500=2000m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。填板放三塊，尺寸取60mm×76mm×10mm，則 間距取65cm。桿件Gd桿件軸力 計算長度 0.8×2800=2240m， 選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。填板放三塊，尺寸取60mm×83mm×10mm，則 間距取70cm23表3 屋 架 桿 件 截 面

22、選 擇 表名稱桿件編號內(nèi)力/kN計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/cm長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力上弦GH、HI-1067.16150.8600.0180×110×1267.424.338.6834.8369.121500.757209.1下弦cd991.823001185.0180×110×1056.754.38.6369.8137.31350174.78腹桿Aa-32.7615219056×48.781.732.6787.8669.341500.63658.67aB-588.28244.8244.8125×80

23、5;1246.76.163.3139.7473.9671500.672187.46Bb453.98202.7253.475×823.002.283.588.9072.4350147.60Cb-65.51176.0220.056×48.781.732.74101.780.301500.483154.48bD-357.03223.8279.880×1023.002.283.598.279.91500.567208.2Dc241.08222.2277.875×823.002.283.597.579.37350104.8Ec-65051200.0250.056&

24、#215;48.781.732.74115.691.241500.460162.2cF-158.53244.4305.575×823.002.283.5107.286.71500.449153.5Fd70.1242.8303.563×49.961.962.94124.7103.2.35070.4Gd-98.27224.0280.063×49.961.962.94114.395.21500.468210.8dR82.69-48.02215.7424.663×49.961.962.94110.1139.11500.349136.11RI130.91-45.3

25、6215.7424.663×49.961.962.9499.7217.671500.34913.11RG45.86151.2195.263×49.961.962.9479.766.41500.68866.9HR-65.51112.5140.656×48.781.732.7465.0251.301500.78095.66Ie00.9310.0=279.063×49.961.963.02142.492.42000六.節(jié)點設(shè)計1.下弦設(shè)計（1）下弦節(jié)點b已知采用用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值。設(shè)“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為

26、（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）： 肢背： ，取200。肢尖： ，取120。設(shè)“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：肢背： ，取160。肢尖： ，取100。“Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為300mm×340mm。 下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為34.0cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為，焊縫強(qiáng)度滿足要求。2上弦設(shè)計（1）上弦節(jié)點“B” Bb桿（2L 75×8）與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。即

27、肢背，肢尖aB（2L125×80×10）桿與節(jié)點板的焊縫尺寸按上述同樣方法計算, 設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來，槽焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：上弦與節(jié)點板間焊縫長度為505mm。同書上節(jié)點荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時槽肯定是安全，可不必驗算。肢尖焊縫驗算如下：滿足要求。節(jié)點如圖: 屋脊節(jié)點K弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為了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（一般為）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）拼接角鋼的長度+弦桿桿