梯形屋架鋼結構課程設計長跨

1、鋼結構（鋼屋架）課程設計任務書1.設計資料：32.結構形式與布置33.荷載計算64.內(nèi)力計算7附件：設計資料1、設計題目：單層工業(yè)廠房屋蓋結構梯形鋼屋架設計2、設計任務及參數(shù)：某地一機械加工車間，長84m，跨度24m，柱距6m，車間內(nèi)設有兩臺40/10T中級工作制橋式吊車，軌頂標高18.5m，柱頂標高27m，地震設計烈度7度。采用梯形鋼屋架，封閉結合，1.5×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上鋪100mm厚泡沫混凝土保溫層（容重為1KN/m3），三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層（0.4KN/m2），找平層2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋

2、架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級C20，上柱截面400×400mm。鋼材選用Q235B，焊條采用E43型。屋面活荷載標準值0.7KN/m2，積灰荷載標準值0.6KN/m2，雪荷載及風荷載見下表，7位同學依次按序號進行選取?；钶dKN/m21234567基本雪壓0.300.750.100.200.450.500.35基本風壓0.350.600.250.550.300.500.453、設計成果要求在教師指導下，能根據(jù)設計任務書的要求，搜集有關資料，熟悉并應用有關規(guī)范、標準和圖集，獨立完成課程設計任務書（指導書）規(guī)定的全部內(nèi)容。1）需提交完整的設計計算書和梯形鋼屋架施工圖。2）梯形鋼屋

3、架設計要求：經(jīng)濟合理，技術先進，施工方便。3）設計計算書要求：計算依據(jù)充分、文理通順、計算結果正確、書寫工整、數(shù)字準確、圖文并茂，統(tǒng)一用A4紙書寫（打印）。A、按步驟設計計算，各設計計算步驟應表達清楚，寫出計算表達式及必要的計算過程，對數(shù)據(jù)的選取應寫明判斷依據(jù)。B、計算過程中，必須配以相應的計算簡圖。C、對計算結果進行復核后，為保證施工質(zhì)量且方便施工，應按規(guī)范要求對計算結果進行調(diào)整并寫明依據(jù)。4）梯形鋼屋架施工圖共兩張，圖紙繪制的要求：布圖合理，版面整齊，圖線清晰，標注規(guī)范，符合規(guī)范/圖集要求。單層工業(yè)廠房屋蓋結構梯形鋼屋架設計1.設計資料：（1）某地一機械加工車間，長84m，跨度24m，柱距

4、6m，車間內(nèi)設有兩臺40/10T中級工作制橋式吊車，軌頂標高18.5m，柱頂標高27m，地震設計烈度7度。采用梯形鋼屋架，封閉結合，1.5×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上鋪100mm厚泡沫混凝土保溫層（容重為1KN/m3），三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層（0.4KN/m2），找平層2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級C20，上柱截面400×400mm。鋼材選用Q235B，焊條采用E43型。屋面活荷載標準值0.7KN/m2，積灰荷載標準值0.6KN/m2，雪荷載及風荷載見下表。2.結構形式

5、與布置屋架形式及幾何尺寸如圖所示：圖1.梯形鋼屋架形式和幾何尺寸根據(jù)廠房長度（102m>60m）、跨度及荷載情況，設置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設置了柔性系桿，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。梯形鋼屋架支撐布置如圖下圖所示： 屋架上弦支撐布置圖屋架下弦支撐布置圖3.荷載計算屋面和荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較大的荷載標準值進行計算。故取屋面

6、活荷載0.7kN/進行計算。屋面風荷載 迎風面 背風面 由于屋面坡度較小，對荷載影響小，未予考慮。風荷載對屋面為吸力，重屋架不考慮。表 1 荷 載 計 算 表荷載名稱標準值（kN/）設計值（kN/）預應力混凝土大型屋面板1.41.4×1.351.89三氈四油防水層（上鋪綠豆沙）0.40.4×1.350.54找平層（厚2cm）0.30.3×1.350.40510cm厚泡沫混凝土保溫層1×0.10.10.1×1.350.35屋架和支撐自重0.12+0.011×24=0.3840.384×1.350.5184永久荷載總和2.684

7、3.6234屋面活荷載0.70.7×1.40.98積灰荷載0.60.6×1.40.84可變荷載總和1.31.82設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：3.1.全跨永久荷載 + 全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：3.2.全跨永久荷載 + 半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：半跨節(jié)點可變荷載：3.3.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)點屋架自重：半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：1、2為使用節(jié)點荷載情況，3為施工階段荷載情況。4.內(nèi)力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖所示：屋架計算簡圖由圖解法或數(shù)解法解得F1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F1作用于全

8、跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結果見表2屋 架 構 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×+××+×××××上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-444.81-686.83-771.55-797.890-407.96-620.28-681.65-70

9、7.980-332.75-523.42-603.05-620.600-200.99-296.66-311.79-326.770-94.83-160.18-201.49-204.020-444.81-686.83-771.55-797.89下弦Abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52242.18586.45741.86740.81223.52534.05663.36632.62179.77442.52571.94600.78111.42259.58311.05268.3749.63130.47182.43224.58

10、242.18586.45741.86740.81斜腹桿aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.4938.6876.4134.13-406.16306.07-238.00154.62-93.7130.2565.60103.3334.11-326.66256.41-206.98145.62-103.7

11、857.07-1.0424.0722.73-202.47150.06-110.6966.22-27.80-1.6460.1981.6619.40-90.1975.79-67.0853.77-46.7836.65-34.63-31.033.28-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.49,-1.6465.60,-34.63103.33,-31.0334.13豎桿AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-24.50-48.92-73.47-48.990-24.50-48.80-73.46

12、-48.990-16.31-32.56-48.91-32.610-13.95-27.86-41.81-27.890-2.34-4.64-7.02-4.670-24.50-48.92-73.47-48.9905.桿件設計=69.52，=（1+）=73.07×（1+故由，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，則拉應力： 所選截面滿足要求。選用，查角鋼規(guī)格表得，所選截面滿足要求。選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。70cm。選

13、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100cm。選用，查角鋼規(guī)格表得，>， 所選截面滿足要求。選用，查角鋼規(guī)格表得，所選截面滿足要求選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求，選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。，取65cm。選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。間距選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。間距選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。間距選用，查角鋼規(guī)格表得，>，所選截面滿足要求。間距表3 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編

14、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長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應力上弦下弦腹桿HR-48.99112.5140.656×48.781.732.7465.0251.301500.78071.53Ie00.9310.0=279.063×49.961.963.02142.492.420006.節(jié)點設計1.下弦設計（1）下弦節(jié)點b已知采用用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）： 肢背： ，取180。肢尖： ，取100。設“bD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的

15、焊縫長度為：肢背： ，取120。肢尖： ，取90。“Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應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。下弦節(jié)點“b”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力為，焊縫強度滿足要求。（2）下弦節(jié)點c已知采用用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。設“cD”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）： 肢背： ，取100。肢尖： ，取60。設“cF”

16、桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：肢背： ，取80。肢尖： ，取60。“cE”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例下弦節(jié)點“c”繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸為260mm×300mm。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力為，焊縫強度滿足要求。（3）下旋節(jié)點d已知采用用E43型焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值。設“Fd的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）： 肢背： ，取80mm.肢尖

17、： ，取60mm.設“dR的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：肢背： ，取80mm.肢尖： ，取60.“Gd的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應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260mm×340mm。下弦節(jié)點“d”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力為，焊縫強度滿足要求。(4)下弦節(jié)點e1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為50cm，。焊縫所受的力為弦桿的內(nèi)力，則需焊縫長度為:，取=250mm拼接角鋼長度不小于22

18、50+10=510mm，取540mm。為了保證施焊方便和保證連接焊縫的質(zhì)量，還需將連接角鋼的豎直肢切去=t+=10+8+5=23mm。2）豎桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。設肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背：，取=80mm肢尖，按構造要求，取焊縫長度50mm，取 =60mm3）節(jié)點板尺寸： 按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸: 圖14.下弦節(jié)點“e”焊縫強度滿足要求。2上弦設計（1）上弦節(jié)點“B” “Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。已知： 設“aB”桿的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為（按不等肢角鋼短肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：肢背

19、： ，取170。肢尖： ，取140。 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背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，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。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(nèi)的應力由下面計算得到：肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力差，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400mm，則節(jié)點如圖: 上弦節(jié)點“B”（2）上弦節(jié)點“D” “bD”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"b”相同。肢背： ，取120。肢尖： ，取90。“Dc”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“c”相同。肢背: ，取100。

20、肢尖： ，取60。 為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背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，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。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(nèi)的應力由下面計算得到：肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力差，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380mm，則節(jié)點如圖: 上弦節(jié)點“D”（3）上弦節(jié)點“F” “cF”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"c”相同。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。 “Fd”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“d”相同。肢背: ，取80。肢尖： ，取60。

21、為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背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，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。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(nèi)的應力由下面計算得到：肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力差，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350mm，則節(jié)點如圖: 上弦節(jié)點“F”（4）上弦節(jié)點“G” “Gd”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"d”相同，肢背： ，取60。肢尖： ，取60?！癎R”桿肢背和肢尖的焊腳尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。設“GI”桿的焊腳尺寸:肢尖焊

22、縫承擔弦桿內(nèi)力差，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350則節(jié)點如圖：（5）上弦節(jié)點“C” “Cb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"b”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。設“BD”桿的焊縫尺寸為 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，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。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。上弦肢背槽節(jié)點如圖：豎桿與節(jié)點板間焊縫長度為50則滿足要求。（6）上弦節(jié)點“E” “Ec”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"c”相同，肢背

23、： ，取50。肢尖： ，取50mm。設“DF”桿的焊縫尺寸為 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，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。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。上弦肢背槽節(jié)點如圖：滿足要求。（7）上弦節(jié)點“H” “HR”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。設“BD”桿的焊縫尺寸為 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，槽焊縫強度設計值

24、乘以0.8的折減系數(shù)。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。上弦肢背槽節(jié)點如圖：滿足要求。（8）上弦節(jié)點“A” “Aa”桿肢背和肢尖的焊腳尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60mm。設“AB”桿的焊縫尺寸為 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，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。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。上弦肢背槽節(jié)點如圖：（9）上弦節(jié)點“R” “HR”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點"H”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm

25、。“RG”桿肢背和肢尖的焊腳尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。設“BD”桿的焊縫尺寸為節(jié)點如圖： 節(jié)點“R”肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力差，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載。弦桿與節(jié)點板間焊縫長度為270則3.屋脊節(jié)點K弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，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)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設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+弦桿桿端空隙，拼接角鋼長度取500mm。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內(nèi)力的15計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設肢尖焊縫，取節(jié)點板長度為500mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為焊