土木工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、.XX 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目： 三角形鋼屋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院 系 土木建筑學(xué)院 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2222年2月31日 目 錄1 設(shè)計(jì)背景11.1 設(shè)計(jì)資料11.2 屋架形式22 設(shè)計(jì)方案22.1 檁條布置32.2 支撐布置33 方案實(shí)施53.1 屋架節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算53.2 屋架桿件內(nèi)力計(jì)算53.3 截面設(shè)計(jì)63.4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)134 施工圖18:1 設(shè)計(jì)背景1.1 設(shè)計(jì)資料廠房位于江門(mén)市，為單層單跨結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度120m，檐口高度15m，屋面材料采用壓型鋼板。屋架簡(jiǎn)支于混泥土柱上，柱的混泥土等級(jí)為C30，柱頂截面尺寸為。其中略去檁條設(shè)計(jì)，不考慮抗震設(shè)防。廠房柱距：6m

2、三角形鋼屋架，半跨如圖（1b），總跨度為24m。弦桿截面形式：（2a）雙角鋼T形截面（1b）荷載取值: *永久荷載: 水平投影標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)壓型鋼板(含保溫) 0.35檁條 0.05屋架及支撐 (0.12+0.011×24)*可變荷載：屋面活荷載 0.30+（46-43）×43/2000根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì), 鋼材采用Q235-B 其設(shè)計(jì)強(qiáng)度, 焊條采用E43型, 手工焊接。構(gòu)件采用鋼板及熱軋型鋼，構(gòu)件與支撐的連接用M16普通螺栓。 1.2 屋架形式三角形鋼屋架：全跨如圖圖1屋架形式2 設(shè)計(jì)方案2.1屋架尺寸、檁條間距屋架計(jì)算跨度：=300=24000300=2

3、3700mm屋面傾角： 屋架跨中的高度為：上弦長(zhǎng)度：節(jié)間長(zhǎng)度： 檁條間距：節(jié)間水平投影長(zhǎng)度：a=2553×0.9285=2370mm屋架幾何尺寸見(jiàn)圖2。圖2 屋架幾何尺寸（單位：mm）2.2 檁條布置檁條布置：檁條采用槽鋼檁條，跨度為6m，直接支承于鋼屋架上，除節(jié)點(diǎn)上各放一根外，在每節(jié)間放兩根，檁距為25533=851mm，檁條間跨中設(shè)一根拉條10 (檁條跨度大于4m)。2.3 支撐布置根據(jù)廠房總長(zhǎng)度120m60m，跨度為24m，為了使屋蓋結(jié)構(gòu)成為具有足夠空間剛度和穩(wěn)定性的受力體系可在廠房?jī)啥说牡诙_(kāi)間（因第一開(kāi)間尺寸為5.5m）和廠房中部（兩橫向支撐間距超過(guò)60m）設(shè)置三道上弦橫向

4、水平支撐、下弦橫向水平支撐及垂直支撐(沿廠房的縱向：屋架的垂直支撐應(yīng)與上、下弦橫向水平支撐設(shè)置在同一柱間；沿廠房的橫向當(dāng)跨度18m時(shí)，在同一開(kāi)間兩榀相鄰屋架的腹桿間宜設(shè)置兩道（在跨度1/3左右處各一道）)；并在下弦跨中央設(shè)置一道通長(zhǎng)的柔性系桿。此外，在廠房?jī)啥说牡谝婚_(kāi)間下弦各設(shè)置三道剛性系桿(上弦因有檁條可不設(shè)系桿)。由于該廠房處在非采暖地區(qū)，縱向溫度區(qū)（垂直于屋架或構(gòu)架跨度方向）120m<220m，故可不設(shè)溫度伸縮縫，（見(jiàn)下圖）。 圖3 屋架支撐布置（單位;mm）（a） 上弦橫向水平支撐；（b）下弦橫向水平支撐；（c）垂直支撐3 方案實(shí)施3.1屋架節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算1. 永久荷載計(jì)算（對(duì)輕屋

5、面，可只考慮可變荷載效應(yīng)控制的組合）：永久荷載： 水平投影標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)壓型鋼板（含保溫）： 0. 35檁條和拉條： 0. 05屋架及支撐： 0.12+0.011×24=0.384 =0.7842. 可變荷載計(jì)算（屋面坡度較小，風(fēng)荷載為吸力，可不考慮風(fēng)荷載和積灰荷載影響）：可變荷載： 水平投影標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)屋面活荷載： 0.30+（46-43）×43/2000=0.3645 =0.36453 .屋架上弦在節(jié)點(diǎn)處的集中荷載屋架上弦在節(jié)點(diǎn)處的集中荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制的組合為F=（1.2×0.784+1.4×0.3645）×6&#

6、215;2.37=20.633.2 屋架桿件內(nèi)力計(jì)算由于屋面坡度較小，風(fēng)荷載為吸力，且遠(yuǎn)小于屋面永久荷載，故其與永久荷載組合時(shí)不會(huì)增大桿件的內(nèi)力，因此不予考慮。芬克式屋架在半跨活荷載作用下，腹桿內(nèi)力不會(huì)變號(hào)，故只需按全跨永久荷載與全跨可變荷載組合計(jì)算屋架桿件的內(nèi)力。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)，十節(jié)間芬克式屋架，n=Lh=5，N=5.385165，F(xiàn)=11.18034,全跨恒載0.784×6×2.37=11.15，全跨活載0.3645×6×2.37=5.18，先查得桿件內(nèi)力系數(shù)，再乘以節(jié)點(diǎn)荷載，即可得出桿件內(nèi)力，分別如下表1和下圖所示。表1 注：負(fù)為受壓，正

7、為受拉。圖4 各桿的內(nèi)力圖（單位：KN） 3.3截面設(shè)計(jì)一、 上弦桿彎矩屋架上弦桿在節(jié)間荷載作用下的彎矩，按下列近似公式計(jì)算：上弦桿端節(jié)的最大正彎矩其他節(jié)間的最大正彎矩和最大負(fù)彎矩是視上弦節(jié)間桿端為簡(jiǎn)支梁的最大彎矩。計(jì)算時(shí)屋架及支撐自重僅考慮上弦桿重量，假設(shè)沿上弦桿為0.25。上弦桿節(jié)間集中荷載=節(jié)間簡(jiǎn)支梁最大彎矩=端節(jié)間最大正彎矩 其他節(jié)間最大正彎矩和最大負(fù)彎矩彎矩圖如圖所示。圖5 彎矩圖二、 桿件截面選擇 先將各桿件內(nèi)力設(shè)計(jì)值、幾何長(zhǎng)度、計(jì)算長(zhǎng)度入表2內(nèi)，分別計(jì)算各桿件需要的截面及填板，然后，填入表中。 按弦桿最大內(nèi)力-282.73kN，由表2選出中間節(jié)點(diǎn)板厚度為l0mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度為

8、12mm。(1) 上弦桿（壓彎構(gòu)件）上弦桿內(nèi)力計(jì)有：，；故該桿應(yīng)按壓彎桿計(jì)算。整個(gè)上弦桿不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。 圖6 上弦截面（單位：mm）=-282.73，=255.3cm，=2=2×255.3=510.6cm。選用2100×10組成的T形截面，節(jié)點(diǎn)板厚為10mm，查型鋼表得：A=2×19.26=38.52，W1x=Wxmax=2×63.29=126.58cm3 W2x=Wxmin=2×25.06=50.12cm3 =3.05cm，=4.52cm1)強(qiáng)度驗(yàn)算（截面無(wú)削弱），截面強(qiáng)度驗(yàn)算由負(fù)彎矩控制：2)彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗(yàn)算：在節(jié)間

9、，正彎矩使角鋼水平肢受壓，W1x=Wxmax；在節(jié)點(diǎn)處，負(fù)彎矩使角鋼水平肢受拉，W1x=Wxmin，按b類(lèi)截面查附錄（軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表），按有端彎矩和橫向荷載同時(shí)作用使弦桿產(chǎn)生反向曲率，故取等效彎矩系數(shù)采用最大正彎矩驗(yàn)算：=96.87+26.833=123.703N/mm2 N/mm2用最大負(fù)彎矩驗(yàn)算：=96.87+44.517=141.387N/mm2 N/mm2補(bǔ)充驗(yàn)算：平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定性均滿足要求。3)彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗(yàn)算。由負(fù)彎矩控制：，查附錄（軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表），（彎矩使翼緣受拉）。在計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi)彎矩和曲率多次改變向號(hào)，為偏于安全，取。平面外長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定性均滿足要求。局

10、部穩(wěn)定驗(yàn)算： 對(duì)由2100*10組成的T形截面壓彎構(gòu)件：翼緣：滿足局部穩(wěn)定要求。 腹板：亦滿足要求。 所選上弦桿截面完全滿足各項(xiàng)要求，截面適用。4)上弦填板的設(shè)置。一個(gè)角鋼對(duì)于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑，。上弦為壓桿，節(jié)間長(zhǎng)度為255.3cm，每節(jié)間設(shè)兩塊填板，則間距為：填板尺寸為。(2) 下弦桿。下弦桿均為拉桿，整個(gè)下弦采用等截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。屋架平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度按最大節(jié)間，即；屋架平面外計(jì)算長(zhǎng)度因跨中有一道系桿，故。下弦桿所需截面積為 選用2L，采用短肢相并，。強(qiáng)度驗(yàn)算：下弦桿強(qiáng)度滿足要求。長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算：下弦桿長(zhǎng)細(xì)比滿足要求。所選下弦桿截面適用。下弦填板設(shè)置：一個(gè)角鋼對(duì)于平行于填板的

11、自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑，拉桿按節(jié)間設(shè)兩塊填板：填板尺寸為(3)中間豎腹桿。中間豎腹桿，cm。對(duì)連接垂直支撐的屋架，采用2L 564組成的十字形截面，cm，單個(gè)角鋼L 56，。按支撐壓桿驗(yàn)算容許長(zhǎng)細(xì)比。填板設(shè)置按壓桿考慮：，設(shè)置4塊，填板尺寸為(4)主斜腹桿、。主斜腹桿、兩桿采用相同截面，內(nèi)力設(shè)計(jì)值為。所需凈截面面積 ，選用2L 454， ，考慮桁架分為兩小榀運(yùn)輸時(shí)，主斜腹桿需用螺栓在工地拼接，安裝螺栓直徑取16mm，螺孔直徑17.5mm，則實(shí)際。強(qiáng)度驗(yàn)算：容許長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算： 填板設(shè)置按，、各設(shè)置兩塊，343.7/3=114.57cm110.4cm。填板尺寸為。（5）腹桿、。，所需凈截面面積 ，選用

12、2L 504，容許長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算： 按b類(lèi)截面查附錄（軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表）故腹桿、截面選用2L 504。填板按，應(yīng)設(shè)4塊墊板，因腹桿受力不大，且兩端焊于節(jié)點(diǎn)板上，為減小焊縫起見(jiàn)，采用4塊腹板，填板尺寸為。（6）腹桿、。2根桿均為壓桿、受力及長(zhǎng)度均小于桿，故可均按桿選用2L 454，只采用1塊填板，填板尺寸為。（7）腹桿、。兩者均為拉桿。，仍選用2L 504，驗(yàn)算如下：填板設(shè)置：按，設(shè)一塊，則，滿足條件。只采用1塊填板，填板尺寸為。桁架桿件計(jì)算列表，見(jiàn)表2。桿件名稱桿件編號(hào)內(nèi)力設(shè)計(jì)值（kN）計(jì)算長(zhǎng)度（mm）選用截面截面面積A（cm2）桿件受力類(lèi)型長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算應(yīng)力(N/mm2)桿件端部的角鋼肢

13、背和肢尖焊縫（mm）填板數(shù)(每節(jié)間)上弦AB、BC、CD、DE、EF、-250.06255351062100×1038.52壓桿83.7112.11500.480117.026905602下弦AH、HJ、JM+232.11497611850275×50×512.24拉桿3463153505905502腹桿BH、EK-19.19245×46.98壓桿3505505501CH、DK+25.791841250×47.8拉桿=119.5335033.065505501CJ、DJ-32.1922832854250×47.8壓桿148.3117.

14、451500.3111505605304JK、KF+103.1634376874245×66.98拉桿249306350184.875755452FM042664266256×410.84零桿=1962004042664266256×410.84零桿=1962004表2 屋架桿件截面3.4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)本例只選擇幾個(gè)有代表性的、重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其余節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程從略，可參見(jiàn)屋架施工圖。1. 屋脊節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖7）腹桿KF與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，查表得=160（以下同），取肢背和肢尖的焊腳尺寸分別為=5mm和=5mm，則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：=+10=+10= 10=

15、71.7mm故取=75mm。圖7 屋脊節(jié)點(diǎn)（單位：mm）故肢尖：=+10=+10=10=40.4mm取=45mm。拼接角鋼采用與上弦桿等截面，肢背處削棱，豎肢切去V=t+5=16mm，取V=20mm，并將豎肢切口后經(jīng)熱彎成型用對(duì)接焊縫焊接。拼接接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為 =126.2mm取=130mm拼接角鋼的總長(zhǎng)度為 =2（+10）+d=2（130+10）50=330mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的塞焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載F2，驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算，且考慮由此產(chǎn)生的偏心彎矩作用（偏心距e=72mm）。設(shè)肢尖焊縫焊腳尺寸=5mm，節(jié)點(diǎn)板總長(zhǎng)度為660mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)

16、弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為 =（6602）-20-10（660/2）/0.92852010=325mm焊縫應(yīng)力為 =18.6=24.8=27.6=160由以上計(jì)算結(jié)果可知，因弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫受力不大，且連接長(zhǎng)度較大，故可按照構(gòu)造進(jìn)行滿焊，不必計(jì)算。2. 下弦拼接節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖8） 圖8 下弦拼節(jié)點(diǎn)（單位：mm） 屋架跨度24m超過(guò)運(yùn)輸界限，故將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)F和下弦節(jié)點(diǎn)J處設(shè)置工地拼接。腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按JK、JC和JD中最大內(nèi)力=77.37計(jì)算。設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取=5mm，則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：=+10=+10=56.3mm故取60mm。肢尖：=+1

17、0=+10=22.8mm故按構(gòu)造取30mm。拼接角鋼采用與下弦桿相同截面，肢背處削棱，豎肢切去V=t+5=15mm。按拼接焊縫與桿件等強(qiáng)度原則，接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為 = =117.5mm故取120mm。節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度=2（+10）+10=2（120+10）+10=270mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為270mm。hf=5mm。焊縫所受的力為下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按弦桿內(nèi)力與的內(nèi)力差計(jì)算，N=206.32-128.95=77.37kN。受力較大的肢背處所受的焊縫應(yīng)力為：=26.57N/mm2<160 N/mm2焊縫強(qiáng)度滿足要求3. 上弦節(jié)點(diǎn)D（見(jiàn)圖9） 圖9 上弦節(jié)點(diǎn)D（單位：mm） 各腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算從略，節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸如圖10所示。設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取=5mm，則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：=+10=+