18M鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

一、課程設(shè)計(jì)（論文）的容通過某工業(yè)廠房鋼屋架的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識和專業(yè)技能，解決鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際問題的能力。要求在老師的指導(dǎo)下，參考已學(xué)過的課本及有關(guān)資料，遵照國家設(shè)計(jì)規(guī)要求和規(guī)定，按進(jìn)度獨(dú)立完成設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制鋼屋架施工圖。具體容包括：進(jìn)行屋架支撐布置，并畫出屋架結(jié)構(gòu)及支撐的布置圖；進(jìn)行荷載計(jì)算、力計(jì)算及力組合，設(shè)計(jì)各桿件截面；對鋼屋架的各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)算一個下弦節(jié)點(diǎn)、一個上弦節(jié)點(diǎn)、支座節(jié)點(diǎn)、屋脊節(jié)點(diǎn)及下弦中央節(jié)點(diǎn)；繪制鋼屋架運(yùn)送單元的施工圖，包括桁架簡圖及材料表等。二、課程設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、課程設(shè)計(jì)（論文）的要求學(xué)生的課程設(shè)計(jì)資料包括封面（按學(xué)校統(tǒng)一規(guī)定格式打印）、課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書、正文及按規(guī)定要求折疊的工程圖紙，應(yīng)按以上排序裝訂后提交。學(xué)生應(yīng)掌握課程的基本理論，基本知識扎實(shí)，概念清楚，設(shè)計(jì)計(jì)算正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，設(shè)計(jì)說明書撰寫規(guī)，繪圖符合標(biāo)準(zhǔn)，工程圖紙應(yīng)符合《房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50001—2001）》和《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50105—2001）》的要求。2、課程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(1)結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為18m，總長72m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面450×450，混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制）。(2)屋架形式及選材屋架形式、幾何尺寸及力系數(shù)如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：學(xué)號尾數(shù)為單號的同學(xué)用鋼，焊條為型；學(xué)號尾數(shù)為雙號的同學(xué)用鋼，焊條為型。(3)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)）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0.7KN/m2(按附表取)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(yàn)公式計(jì)算：0.318KN/m2懸掛管道：0.25KN/m2可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.5KN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.75KN/m2(按附表取)保溫層及積灰荷載取值與設(shè)計(jì)方案編號有關(guān)，詳見附表一。每位同學(xué)須對照附表一中的設(shè)計(jì)方案編號將相應(yīng)的荷載取值填入課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中。附表一設(shè)計(jì)方案安排表設(shè)計(jì)方案學(xué)號保溫層積灰荷載10027,0018,0001～00060.70.7520007～00210.60.930022～00300.51.040033～006200240.451.2三、課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作1、計(jì)算書部分進(jìn)行屋架支撐布置，畫出屋架結(jié)構(gòu)及支撐的布置圖；選擇鋼材及焊接材料，并明確提出對保證項(xiàng)目的要求；進(jìn)行荷載計(jì)算、力計(jì)算及力組合，設(shè)計(jì)各桿件截面；設(shè)計(jì)一個下弦節(jié)點(diǎn)、一個上弦節(jié)點(diǎn)、支座節(jié)點(diǎn)、屋脊節(jié)點(diǎn)及下弦中央節(jié)點(diǎn)。2、圖紙部分繪制鋼屋架運(yùn)送單元的施工圖，包括桁架簡圖及材料表。附圖一圖1.118米跨屋架幾何尺寸圖1.218米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的力值圖1.318米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的力值18m鋼屋架課程設(shè)計(jì)（方案）計(jì)算書1荷載計(jì)算鋼材選擇用Q235-D，E50焊條。荷載計(jì)算說明：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計(jì)算。1.1永久荷載永久荷載：標(biāo)準(zhǔn)值單位1/cos（α）單位三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4KN/m20.402KN/m2水泥砂漿找平層0.4KN/m20.402KN/m2保溫層0.7KN/m20.704KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m20.050KN/m2水泥砂漿找平層0.3KN/m20.302KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.4KN/m21.407KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算0.318KN/m20.320KN/m2懸掛管道：0.25KN/m20.251KN/m2共3.837KN/m21.2可變荷載可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值單位1/cos（α）單位屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.7KN/m20.704KN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.75KN/m20.754KN/m2共1.457KN/m21.3設(shè)計(jì)桁架時，考慮以下三種荷載組合1.3.1全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載控制）根據(jù)公式（書本第9頁：1.3.13）及查規(guī)得屋面均布活荷載組合值系數(shù)0.7，積灰荷載組合值系數(shù)0.9F=（1.35*3.837+1.4*0.7*0.7+1.4*0.9*0.75）*1.5*6=61.342KN/m21.3.2全跨永久荷載+半跨可變荷載1.3.2.1全跨永久荷載F1.1=（1.35*3.837）*1.5*6=46.621KN/m2（按永久荷載為主的組合）F1.2=（1.2*3.837）*1.5*6=41.441KN/m2F1.3=（1.0*3.837）*1.5*6=34.534KN/m2（對結(jié)構(gòu)有利）1.3.2.2半跨可變荷載F2.1=1.4*（0.7*0.7+0.9*0.75）*1.5*6=14.679KN/m2（按永久荷載為主的組合）F2.2=1.4*（0.7+0.9*0.75）*1.5*6=17.368KN/m21.3.3全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載的組合為主）1.3.3.1全跨桁架包括支撐F3.1=（1.2*0.318）*1.5*6=3.434KN/m2F3.2=（1.0*0.318）*1.5*6=2.862KN/m21.3.3.2半跨屋面板自重及半跨屋面活荷載F4=（1.2*1.4+1.4*0.7）*1.5*6=23.94KN/m21.3.1與1.3.2為使用階段荷載情況1.3.3為施工階段荷載情況2桁架計(jì)算簡圖圖1.118米跨屋架幾何尺寸圖1.218米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的力值圖1.318米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的力值3桁架桿件力計(jì)算3.1桁架桿件力組合表?xiàng)U件名稱力系數(shù)第一種組合第二種組合第三種組合計(jì)算桿件力/KN全跨①左半跨②右半跨③Fx①F1.ix①+F2.ix②F1.ix①+F2.ix③F3.ix①+F4x②F3.ix①+F4x③上弦AB000.0000.000.00BC-6.221-4.371-1.850-381.61-381.61CD000.0000.000.00DE-8.993-5.636-3.357-551.65-551.65EF000.0000.000.00FG-9.102-4.551-4.551-558.33-558.33下弦ac3.472.5370.933212.86212.86ce7.9625.3252.637488.41488.41eg9.2795.3123.967569.19569.19斜腹桿aB-6.502-4.754-1.748-398.85-398.85Bc4.7393.1581.581290.70290.70cD-3.382-1.862-1.520-207.46-207.46De1.8840.541.344115.57115.57eF-0.6900.615-1.305-42.33-23.14-51.3212.75-33.61-51.3212.75Fg-0.462-1.6321.170-28.34-55.7510.29-40.6626.69-55.7526.69豎桿Aa-0.500-0.50.000-30.67-30.67Cc-1.000-10.000-61.34-61.34Ee-1.000-10.000-61.34-61.34Gg0.8120.4060.40649.8149.813.2斜腹桿eF和Fg力計(jì)算組合表?xiàng)U件名稱全跨①左半跨②右半跨③F1.iF2.iF1.ix①+F2.ix②F1.ix①+F2.ix③斜腹桿eF-0.6900.615-1.30546.62114.679-23.14-51.32-0.6900.615-1.30541.44117.368-17.91-51.26-0.6900.615-1.30534.53414.679-14.80-42.98-0.6900.615-1.30534.53417.368-13.15-46.49Fg-0.462-1.6321.17046.62119.782-53.821.61-0.462-1.6321.17041.44122.428-55.757.10-0.462-1.6321.17034.53419.782-48.247.19-0.462-1.6321.17034.53422.428-52.5610.29全跨①左半跨②右半跨③F3.iF4F3.ix①+F4x②F3.ix①+F4x③eF-0.6900.615-1.3053.43423.94012.35-33.61-0.6900.615-1.3052.86223.94012.75-33.22Fg-0.462-1.6321.1703.43423.940-40.6626.42-0.462-1.6321.1702.86223.940-40.3926.694支撐4.1上弦橫向水平支撐選用節(jié)間距的2倍4.2下弦水平橫向支撐同上弦支撐4.3下弦縱向水平支撐不設(shè)置4.4垂直支撐5桿件計(jì)算5.1上弦桿按受力最大值取桿截面統(tǒng)一選擇用一種規(guī)格整個上弦桿采用單截面按FG最大截面力計(jì)算N=-558.33*1000=-558330N上弦桿計(jì)算長度LOX=150.8cmLOy=2x150.8cm=311.6cm截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并由于是梯形桁架，則節(jié)點(diǎn)板由腹桿力確定查表9.6.4，得398.65KN選用節(jié)點(diǎn)板厚度10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度12mm設(shè)λ=80，查表附錄4得φ=0.688A=N/（φf）=558330N/（0.688x215N/mm2）=3774.54mm2需要求回轉(zhuǎn)半徑ix=LOX/λ=150.8/80=1.89iy=LOY/λ=311.6/80=3.9由iy/ix=3.9/1.89=2.07查附錄8選用2└125x80x10A=3942mm2，ix=2.26cm，iy=6.11cm，b1/t=125/10=12.5驗(yàn)算：λX=LOX/ix=150.8/2.26=66.73因?yàn)閎1/t=125/10=12.5﹤0.56xLOY/t=0.56*311.8/12.5=13.96λyz=λy=LOY/ix=311.6/6.11=51查表b類截面λX=66.73得φY=0.771558330N/（0.771x3942mm2）=183.7N/mm2﹤215N/mm2所選截面合適5.2下弦桿整個下弦桿采用同一截面按eg最大截面力計(jì)算N=569.19*1000N=569190NLOX=300cmLOy=900-15cm=885cmA=N/（f）=569190N/（215N/mm2）=2647.40mm2Loy》LOX，截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并查附錄8選用2└100x63x10A=3093mm2，ix=1.745cm，iy=5.02cm驗(yàn)算：λX=LOX/iX=300/1.745=172﹤350λY=LOY/iY=885/5.02=176.29﹤350所選截面合適5.3端斜桿aBN=-398.85*1000=-398850NLOX=253cmLOy=253cm根據(jù)書本319頁表9.6.3截面選用兩個不等肢角鋼，長肢相并設(shè)λ=80，查表附錄4得φ=0.688A=N/（φf）=398850N/（0.688x215N/mm2）=2696mm2需要求回轉(zhuǎn)半徑ix=LOX/λ=253/80=3.16iy=LOY/λ=253/80=3.16查附錄8選用2└100x80x10A=3433mm2，ix=3.12cm，iy=3.53cm，b2/t=80/10=8驗(yàn)算：λX=LOX/ix=253/3.12=81.09因?yàn)閎2/t=8﹤0.48xLOY/b2=0.48*253/10=12.14λy=253/3.53=71.67λyz=λyx（1+（1.09xb24）/（LOY2xt2））=76.67﹤150查表b類截面λy=76.67插入法得φY=0.712398850N/（0.712x3433mm2）=163.18N/mm2﹤215N/mm2所選截面合適5.4斜腹桿cD按力計(jì)算N=-207.46*1000=-207460N計(jì)算長度LOX=0.8*286.4cm=229.12cmLOy=286.4cm截面選用兩個等肢角鋼設(shè)λ=80，查表附錄4得φ=0.688A=N/（φf）=207460N/（0.688x215N/mm2）=1402mm2需要求回轉(zhuǎn)半徑ix=LOX/λ=229.12/80=2.86iy=LOY/λ=286.4/80=3.58查附錄8選用2└80x5A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm驗(yàn)算：λX=LOX/ix=229.12/2.48=92.39因?yàn)閎/t=16﹤0.58xLOY/b=0.58x286.4/8=20.76λy=286.4/3.63=78.9Bc按力計(jì)算N=290.7*1000N=290700NLOX=0.8*261.3cm=209.04cmLOy=261.3cmA=N/（f）=290700N/（215N/mm2）=1352mm2查附錄8為確保所選規(guī)格不用太多,選用2└80x5A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm驗(yàn)算：λX=LOX/iX=209.04/2.48=84.29﹤350λY=LOY/iY=261.3/3.63=71.98﹤350所選截面合適5.5豎桿Ee桿:N=-61.34*1000=-61340NLOX=0.8*259cm=207.2cmLOy=259cm截面選用兩個等肢角鋼設(shè)λ=80，查表附錄4得φ=0.688A=N/（φf）=61340N/（0.688x215N/mm2）=414.68mm2需要求回轉(zhuǎn)半徑ix=LOX/λ=207.2/80=2.59iy=LOY/λ=259/80=3.24查附錄8，豎桿與腹桿選用同一規(guī)格選用2└80x5A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm驗(yàn)算：λX=LOX/ix=207.2/2.48=83.55因?yàn)閎/t=16﹤0.58xLOY/b=0.58x259/8=18.78λy=259/3.63=71.35查表b類截面λy=79.63利用插入法得φY=0.686所選截面合適6桁架桿件截面選擇6.1桁架桿件截面選擇表?xiàng)U件名稱計(jì)算桿件力/KN截面規(guī)格備注與填縫板平行的回轉(zhuǎn)半徑填板10mm位置最大間距設(shè)計(jì)值填板位置間距設(shè)計(jì)形心距離實(shí)際形心距離X0cmY0cmX0cmY0cm上弦AB0.002└125x80x10短肢相并3.98159.2751.922BC-381.612└125x80x10短肢相并3.98159.2751.922CD0.002└125x80x10短肢相并3.98159.2751.922DE-551.652└125x80x10短肢相并3.98159.2751.922EF0.002└125x80x10短肢相并3.98159.2751.922FG-558.332└125x80x10短肢相并3.98159.2751.922下弦ac212.862└100x63x10短肢相并3.152521001.581.5ce488.412└100x63x10短肢相并3.152521001.581.5eg569.192└100x63x10短肢相并3.152521001.581.5斜腹桿aB-398.852└100x80x10長肢相并3.12124.81003.123Bc290.702└80x52.48198.41002.152cD-207.462└80x52.4899.2752.152De115.572└80x52.48198.41002.152eF-51.322└80x52.4899.2752.15212.752└80x52.4899.2752.152Fg-55.752└80x52.4899.2752.15226.692└80x52.4899.2752.152豎桿Aa-30.672└80x52.4899.2752.152Cc-61.342└80x52.4899.2752.152Ee-61.342└80x52.4899.2752.152Gg49.812└80x52.48198.41002.1527節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)7.1上弦節(jié)點(diǎn)F節(jié)點(diǎn)見圖7.1F節(jié)點(diǎn)eF桿選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mmN=-51.32x1000N=51320N肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x51320N/（2x0.7x6x160）=27mm實(shí)際肢背：27+2hf=39mm,取10hf=6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x51320N/（2x0.7x5x160）=14mm實(shí)際肢尖：14+2hf=24mm,取10hf=5cmFg桿選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mmN=-55.75x1000N=55750N肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x55750N/（2x0.7x6x160）=29mm實(shí)際肢背：29+2hf=41mm,取10hf=6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x5750N/（2x0.7x5x160）=15mm實(shí)際肢尖：15+2hf=25mm,取10hf=5cm為便于在上弦桿上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)板連接起來。角焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度乘以0.8的折減系數(shù)計(jì)算時略去桁架上弦坡度的影響，而假定集中荷載與上弦桿垂直。上弦肢背槽焊縫的應(yīng)力計(jì)算如下：h’f=5mm，h”f=9mm上弦肢尖角焊縫的剪應(yīng)力為：滿足要求。7.2下弦節(jié)點(diǎn)e節(jié)點(diǎn)圖7.2e節(jié)點(diǎn)圖De桿：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x115570N/（2x0.7x6x160）=60mm實(shí)際肢背：60+2hf=109+2*6=72mm，取8cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x115570N/（2x0.7x5x160）=31mm實(shí)際肢尖：31+2hf=41mm，取5cmEe桿：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x61340N/（2x0.7x6x160）=32mm實(shí)際肢背：32+2hf=31+2*6=43mm，取6cm肢尖：L”W=0.30N/（2hexffw）=0.30x61340N/（2x0.7x5x160）=16mm實(shí)際肢尖：16+2hf=20+2*5=26mm，取8hf+2hf=5cmFe桿：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x51320N/（2x0.7x6x160）=27mm實(shí)際肢背：27+2hf=39mm，取8hf+2hf=6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x51320N/（2x0.7x5x160）=14mm取8hf+2hf=5cm采用厚度10mm、400x300的節(jié)點(diǎn)板與下弦桿焊接：hf=6mm驗(yàn)算下弦桿：△N=566.19-488.41=77.78KN受力較大的肢背：Tf=0.75x77780N/（2x0.7x6mmx（400mm-12mm））=17.89N/mm2〈160N/mm2焊縫滿足強(qiáng)度要求。7.3下弦中央節(jié)點(diǎn)g圖7.3g節(jié)點(diǎn)圖下弦桿中間不間斷，按普通下弦節(jié)點(diǎn)計(jì)算腹桿Fg：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x55750N/（2x0.7x6x160）=29mm實(shí)際肢背：29+2hf=41mm取最小焊縫10倍的焊腳尺寸6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x55750N/（2x0.7x5x160）=17mm肢尖：17+2hf=27mm取最小焊縫10倍的焊腳尺寸5cm腹桿Gg：采用雙立柱的型式選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x498100N/（2x0.7x6x160）=26mm實(shí)際肢背：26+2hf=38mm，取最小焊縫10倍的焊腳尺寸6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x49810N/（2x0.7x5x160）=14mm肢尖：14+2hf=24mm取最小焊縫10倍的焊腳尺寸5cm由于對稱的關(guān)系：F’g桿與Fg桿相同，不作計(jì)算根據(jù)實(shí)際桿件的位置布置與焊縫的長度初步選用鋼板規(guī)格：500x350x10下弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接因?yàn)橄孪抑虚g不中斷，所以△N=587.84KN-587.84KN=0KN取0.15N=0.15*569.19=85.37KN選用焊縫肢背與肢尖為hf=8mm和8mm，通長滿焊驗(yàn)算：受力較大的肢背：Tf=0.75x85370N/（2x0.7x8mmx（500mm-16mm））=11.81N/mm2〈160N/mm2焊縫滿足要求7.4屋脊G節(jié)點(diǎn)圖7.4G節(jié)點(diǎn)圖弦桿采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能緊密配合，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，拼接角鋼的削除靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償，節(jié)點(diǎn)一邊的焊接長度按弦桿力計(jì)算，設(shè)焊縫hf=10-1=9mmLw=558330N/（4x0.7x9mmx160N/mm2）=138.47mm拼接角鋼的長度取=600mm＞2x138.47+20+4x9=326.94mm上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，鋼板取500mm上弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫，500mm全長-20mm間隙-4x5=460mm驗(yàn)算：（61342N）/（2X0.7X0.5X10X460）=19.05N/mm2〈0.8*1.22*160N/mm2滿足要求設(shè)肢尖焊縫hf=9mm，節(jié)點(diǎn)板長度為500mm計(jì)算長