鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)-鋼屋架設(shè)計(jì)

1、程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：鋼結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)題目：鋼屋架設(shè)計(jì)院 系： 土木與建筑工程學(xué)院2012 年 12 月 16 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名所在院系土建學(xué)院專業(yè)、 年級(jí)、 班10土木 1 班設(shè)計(jì)要求：.計(jì)算書內(nèi)容包括：選題（屋架形式）、選擇鋼材、選擇焊接方法及焊條型號(hào)、荷載計(jì)算及內(nèi)力組合、桿件截面設(shè)計(jì)、屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。.施工圖（用CAD 繪制或手繪）繪制與屋蓋支撐相關(guān)聯(lián)的鋼屋架施工圖，圖面內(nèi)容：屋架索引圖（畫在圖面左上角）比例：1： 100-1 ： 150屋架正面圖（畫對(duì)稱的半榀）比例：1 ： 20 或 1： 30 或自定上、下弦桿俯視圖比例： 1 ： 10 或 1： 15必

2、要的剖面圖（端豎桿、中豎桿、托架及垂直支撐連接處）屋架支座詳圖及零件詳圖、施工圖說明、標(biāo)題欄（寫明題目、指導(dǎo)教師、姓名、班級(jí)、日期）. 設(shè)計(jì)計(jì)算書一份；.繪制與屋蓋支撐相關(guān)聯(lián)的鋼屋架施工圖（1 號(hào)圖紙）一張；.圖紙應(yīng)疊成計(jì)算書一般大小，與計(jì)算書裝訂后上交。.戴國(guó)欣主編.鋼結(jié)構(gòu)（第3 版） M. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.1.張耀春主編.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理M. 北京：高等教育出版社，2004.8.唐岱新，孫偉民主編.高等學(xué)校建筑工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.6.陳志華編著.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)M. 天津：天津大學(xué)出版社，2004.3.周俐俐，姚勇等編著.土木工程專

3、業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指南M. 北京：中國(guó)水利水電出版社，知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2007.5., 荷載及內(nèi)力計(jì)算, 星期二完成桿件截面設(shè)計(jì), 星期三完成節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及, 其余三天畫施工圖, 最后一天校核施工圖及計(jì)算書.2012 年 12 月 7 日2012 年 12 月 15 日學(xué)生（簽名）指導(dǎo)教師（簽名）三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)摘 要： 本次課程設(shè)計(jì)以三角形鋼屋架為材料背景, 以完成屋架設(shè)計(jì)為任務(wù)，先進(jìn)行屋架檁條設(shè)計(jì)和支撐布置, 然后通過荷載組合和內(nèi)力計(jì)算, 從而完成桿件截面選擇, 進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì), 最后做出施工圖。該課程設(shè)計(jì)是在鋼結(jié)構(gòu)廠房屋架的理解的基礎(chǔ)上，通過對(duì)有檁體系的三角形屋架的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的明確了結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，以及繪制施工圖應(yīng)掌握的技巧和方法，涉及的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)有：鋼結(jié)構(gòu)中的軸心受壓和受拉截面的強(qiáng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，焊縫和螺栓的連接，理論力學(xué)計(jì)算桁架內(nèi)力，以及AUTOCA制圖。從課程設(shè)D計(jì)中，培養(yǎng)設(shè)計(jì)從業(yè)人員應(yīng)有的理論和素質(zhì)。關(guān)鍵詞：三角形屋架 檁條 支撐 內(nèi)力計(jì)算截面設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn) TOC o 1-5 h z 設(shè)計(jì)背景 1設(shè)計(jì)資料 1屋架形式 . 1設(shè)計(jì)方案 2檁條設(shè)計(jì) 2屋架支撐 . 3方案實(shí)施 4荷載與內(nèi)力計(jì)算.4桿件截面設(shè)計(jì).6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) .10結(jié)果與結(jié)論15 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 結(jié)果 15 HYPERLINK l b

5、ookmark26 o Current Document 結(jié)論 15收獲與致謝16收獲.16致謝16參考文獻(xiàn) 17附件 18 1 設(shè)計(jì)背景1.1 設(shè)計(jì)資料1. 建筑物基本條件廠房長(zhǎng)度90m，檐口高度15m。廠房為單層單跨結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)中級(jí)工作制橋式吊車。擬設(shè)計(jì)鋼屋架，簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土柱上，柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,鋼材用Q235B級(jí) ,采用E43型焊條。柱頂截面尺寸為400mm 400mm 。鋼屋架設(shè)計(jì)可不考慮抗震設(shè)防。廠房柱距選擇：6m三角形鋼屋架(b)屬有檁體系：檁條采用槽鋼，跨度為6m，跨中設(shè)有一根拉條 10。屋架屋面做法及荷載取值(荷載標(biāo)準(zhǔn)值)永久荷載：波形石棉瓦自重0.20 kN

6、/m檁條及拉條自重0.20 kN/m鋼屋架及支撐重保溫木絲板重0.25 kN/m(0.12+0.011跨度 ) kN/m 20.4kN/m屋面活荷載積灰荷載0.40 kN/m 0.30 kN/m注： 1、以上數(shù)值均為水平投影值；1.2 屋架形式屋架計(jì)算跨度：l0 =l 300=24000 300=23700mm屋面傾角：arctan 121 48,sin0.3714,cos0.92852.5屋架跨中的高度為：h 23700 4740mm2 2.5上弦長(zhǎng)度：ll012762mm2cos節(jié)間長(zhǎng)度：a 12762 2553mm2.1 檁條設(shè)計(jì)12 設(shè)計(jì)方案根據(jù)屋面材料的最大容許檁距，可將檁條布置于上

7、弦節(jié)點(diǎn)上（見圖 1） ， 檁距為節(jié)間長(zhǎng)度。根據(jù)檁條跨度為6m,則在檁條的跨中設(shè)置一道拉條。選用 18a 槽鋼截面，由附表8.7 查得，WX=141.4cm3,Wy=20cm3,I x=1272.7cm4。1. 荷載計(jì)算永久荷載（水平投影面上）：波形石棉瓦自重0.2KN/m檁條及拉條自重0.2KN/m保溫木絲板自重0.25KN/m永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值ggk 0.2 0.2 0.25 0.65KN /22 m2, qgk 0.65 2.37 1.54KN /m2?？勺兒奢d（水平投影面上）：雪荷載0.4KN/m2, 與屋面活荷載相等，不考慮其同時(shí)作用，兩者取其一，積灰荷載0.3KN/m2, 則 gqk 0

8、.4 0.3 0.7KN /m2， qqk 0.7 2.37 1.66KN /m2。q rGqGk rQqQk 1.2 1.54 1.4 1.66 4.17KN /m2 ,qx qcos 4.17 0.9285 3.87KN /m2 ,qy qsin 4.17 0.3714 1.55KN / m .2，強(qiáng)度驗(yàn)算彎矩設(shè)計(jì)值（見下圖）：11MX = q l2=3.87 62 17.42KN mX8x 81212M q l21.55 62 1.74KN my 32 y 32檁條的最大應(yīng)力位于槽鋼下翼緣的肢尖處，189N /mm2 。Mx My 17.42 1061.74 106xWnxyWny 1.

9、05 141.4 103 1.2 20 1033，剛度驗(yàn)算中間位置設(shè)有拉條，只需驗(yàn)算垂直屋面方向的撓度。屋面線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為qk qGk qQk 1.54 1.66 3.2KN / m，則 5 qkL353.2 6000311 ，L 384 EIX 384 2.06 105 1272.7 104 291 L 200因有拉條，不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性，故選18a 槽鋼能滿足要求。2.2屋架支撐根據(jù)廠房總長(zhǎng)度90m,跨度為 24m,有中級(jí)工作制橋式轎車及第一開間尺寸5.5m等因素，可在廠房?jī)啥说牡诙_間設(shè)置一道上弦橫向水平支撐和下弦橫向水平支撐，并在同一開間兩榀相鄰屋架的腹桿間設(shè)置兩道垂直支撐（在跨度1/

10、3 左右處各一道，見圖 （ 3） ） 。上弦檁條可兼做系桿，故不另設(shè)系桿，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_間下弦各設(shè)置道 剛 性 系 桿 （ 見 圖 3）符號(hào)說明：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 荷載與內(nèi)力計(jì)算1，永久荷載（水平投影面）波形石棉瓦自重0.2KN/m2檁條及拉條自重0.2KN/m2保溫木絲板自重0.25KN/m2鋼屋架及支撐重0.12 0.011 24 0.38KN /m22gGk 0.2

11、0.2 0.25 0.38 1.03KN /m22，可變荷載（水平投影面）雪荷載等于屋面活荷載，兩者取其一，取值為0.4KN/m2,積灰荷載為0.3KN/m2,即得g 0.3 0.4 0.7KN /m2 Qk3，屋架上弦檁條處的集中荷載荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制的組合為F 1.2 1.03 1.4 0.7 6 2.37 31.5KN4，屋架桿件內(nèi)力計(jì)算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。屋架內(nèi)力計(jì)算可由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得桿件內(nèi)力系數(shù)，再乘以節(jié)點(diǎn)荷載即得桿件內(nèi)力，如下表所示4桿件名稱桿件內(nèi)力系數(shù)內(nèi)力設(shè)計(jì)值（KN）上弦AB-1

12、2.12-381.78BC-11.28-355.32CD-9.52-299.88DE-10.53-331.695EF-10.63-334.845下弦Ah11.25354.375hj10.00315jm6.25196.875腹桿Bh-1.02-32.13Ch0.8225.83Cj-1.57-49.455Dj-1.55-48.825Dk0.8526.775Ek-1.03-32.445Fk5.00157.5jk3.75118.1253.2 桿件截面設(shè)計(jì)1, 上弦桿整個(gè)上弦采用等截面, 按 AB桿件的最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)N=-381.8KN,上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度: 在桁架平面內(nèi), l ox =255.3cm;在

13、平面外，設(shè)檁條與支撐的交叉點(diǎn)不相連，則loy 3 255.3 765.9cm由 loy 3lox，取截面為兩個(gè)短肢相并的不等肢角鋼查表9.6.4 ，節(jié)點(diǎn)板厚度選10mm支座,節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm（如下圖5 所示）圖 5 上弦截面設(shè) 100，查附錄4.2，得0.555，需要的截面積：A N 38180032cm2553l25533ix lox255.32.55cm， iy loy255.337.65，根據(jù)需要的A, ix， iy。由直角鋼規(guī) x 100y100格表（附錄8.4） ，選用 2 140 90 10， A=44.52cm2, ix=2.561cm, iy =6.77cm，b1/t=1

14、40.56loy/b1=0.56 765.9/16=26.8,取 zloy =765.9=113.13 =150,，N 381800 yA 0.475 44.5222181N / mm f 215N / mm ，滿足要求，故所選截面滿足要求。2，下弦桿f 0.555 2156 下弦截面整個(gè)下弦也采用同一截面，按最大設(shè)計(jì)值計(jì)算，NAH 354.38KN , lox 497.6cm, 因屋架下弦在跨中央設(shè)有一道通長(zhǎng)的系桿, 因此取 loy 1185。則AnN AH354380215216.48cm2選 用2 90 56 6 短 肢 相 連 的 T 形 截 面 ，型鋼表查得，A=An=17.11 c

15、m2 , ix 1.582cm, iy 4.50cm驗(yàn)算強(qiáng)度和剛度：N 354380 207N / mm2An17112f 215N/mm2lox 497.6ix 1.582315350 ，loy 1185263350 ，y i 4.5故所選截面合適。3，腹桿bk， Fk此桿在 k 節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長(zhǎng)桿件，由題意可知，lox =343.7cm， loy=3437 2=687.4cm。由于NF桿受力較大，取N NNF 157.5KN , AnN 157500 7.33cm2。n f 215由附錄8，選用2 56 4 的等邊角鋼組成的T形截面，查得2A=An=8.78cm , ix 2.67c

16、m, iy 1.73cm，以下驗(yàn)算強(qiáng)度和長(zhǎng)細(xì)比: TOC o 1-5 h z N /mm f 215N /mm ,An878x ox .199350,xix1.73loy687.4 257350。yi y2.67因此所選的2 56 4 的角鋼滿足要求。4，腹桿 Cj,Dj因兩桿受力較小，故選用單角鋼截面，采用單面連接。按最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)N49.45KN,l 287cm,lo 0.9l 0.9 287 258.3cm.設(shè)100，查附表4.2，0.555，單角鋼單面連接時(shí)強(qiáng) 度折減系數(shù)為r 0.6 0.00150.6 0.0015 100 0.75.由此可得i yolo

17、258.3100N2.58cm, A fr494500.555 215 0.7525.53cm8.1，可選用 1006等角角鋼，由此可知A 11.932cm2,iyo 2.004cm.lo258.3 128.89150,滿足要求，i yo 2.004r 0.6 0.0015 128.89 0.79,查表可知0.393整體穩(wěn)定性：N 49450105N /mm2R f 0.79 215 170N / mm2A 0.393 1193.2R滿足要求，故所選截面滿足要求。4，豎桿Fm對(duì)不連接垂直支撐的屋架WJ 1，選用 564 單角鋼，并按受拉支撐驗(yàn)算其長(zhǎng)細(xì)比，i yo 1.11cm,lo 0.9l0

18、.9 474 426.6cm.故滿足要求。其余截面桿件選擇見下表lo 426.6iyo 1.11384.3400 7 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 型長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比min計(jì)算應(yīng)力（N/mm 2）loxloyxy上 弦AB 、 BC、 CD、 DE、 EF、-381.8255376592 140 90 1044.52壓 桿100113.11500.475181下 弦Ah 、 hj、 jm354.44976118502 9056617.11拉 桿315263350207腹 桿Dk, 、 Ch26.8一一 4543

19、.49拉 桿yo=235.1350一76.8Fk,、 Bk157.534376874256 48.78拉 桿1992571350一179Cj、 Dj-49.5一一 100 611.93壓 桿yo=128.91500.393105Bh、 Ek-32.4一一 5644.39壓 桿yo=113.11500.475156Fm0一一 56 44.39零 桿yo =384.34003.3 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)算過程從略，可 參見屋架施工圖。1，屋脊節(jié)點(diǎn)腹桿 Fk與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，查表得ffw 160N /mm2(以下同)，取肢背和肢尖的焊腳尺寸均為4mm,

20、則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背l1 lw1 8k1 N Fk2 0.7 hf 1 ffw0.75 157.5 10388 140mm,2 0.7 4 160肢尖k2NFk0.25 157.5 103l2 lw2 82 Fk w 88 52mm, 取 60mm2 0.7 hf ffw2 0.7 4 160拼接角鋼采用與上弦桿等截面，肢背處削棱，取 h f 8mm， 豎肢切去V=t+hf+5=23mm，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lw= N = 334.8 103 93mm,4 0.7 hf ffw 4 0.7 8 160 拼接角鋼的總長(zhǎng)度l=2 lw

21、16 +d=2 93+16 +90=308mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的塞焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載F 2， 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=94.2mm) 。設(shè)肢尖焊縫焊腳尺寸hf=8mm，節(jié)點(diǎn)板總長(zhǎng)度為660mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為lw=( 660 2)cos -20-16 (660/2) /0.9285 20 16=319mm，取320mm,焊縫應(yīng)力應(yīng)為0.15N30.15 334.8 103f=2 0.7hflw2 0.7 5 320=14N mm2 ，3f=0.15Ne 6=0.15 334.8 103 94.2 6

22、=24.8 N mm22 0.7hf lw22 0.7 8 3252( f )2 ( f )2 = ( . )2 (14)2 =24.7 N mm2 ffw =160N mm2( f )( f )1.22f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，下弦拼接點(diǎn)屋架跨度24m超過運(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)G和下弦節(jié)點(diǎn) I 處設(shè)置工地拼接。腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按Bh 和 Ch 中最大內(nèi)力N IK 32.13kN 計(jì)算。 設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取hf 4mm， 則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：l1 lw1 8k

23、1 N1 Kr 0.7 hf1 f fw0.7 32.13 103867mm0.85 0.7 4 160故 l1取 70mm。肢尖：l2lw28k2N1K0.7 hf2 r ffw0.33 61.5 103833mm0.85 0.7 4 160故 l2按構(gòu)造取40mm。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按弦桿內(nèi)力N IH 與 N IJ 的內(nèi)力差計(jì)算，因?yàn)閮?nèi)力差較小， 按構(gòu)造滿焊即可滿足要求，不必計(jì)算。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+hf +5=17mm。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2Af 17.11 102 215lw = lw137mmw w 4 0

24、.7 hf ffw4 0.7 6 160拼接角鋼所需總長(zhǎng)度為l =2（ lw+10） +10=2（ 140+10） +10=310mm 3，上弦節(jié)點(diǎn)圖9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。上弦肢背塞焊縫承受檁條傳來的集中荷載（節(jié)點(diǎn)荷載）F，取節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)肢背8mm，h f =t 2=5mm，則Ff 2 0.7hflw31.5 1031.22 2 0.7 4（ 800-10）5.8N / mm2 0.8f 128N mm2肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫承受弦桿的內(nèi)力差為N =NCD- NDE=31.8kN偏心距e=95mm，且節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度較大，故可不作計(jì)算，按構(gòu)造要求布置焊縫進(jìn)行滿焊即可滿足條件。4, 支座節(jié)點(diǎn)屋架支撐與鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度為C20， fce=10N mm2為便于施焊，取下弦軸線至支座底板上表面的距離為160mm，并設(shè)置圖12 所示加勁肋。下弦桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫取肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為hf1=6mm和 hf2=4mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背： l1=lw1+12=k1NAhw2 0.7 hf ff075 3544 103+12=0.75 354.4 10 +12=210mm2 0.7 6 160故 l1取 210mm。肢