鋼結(jié)構(gòu)屋架課程設(shè)計

陜 西 廣 播 電 視 大 學(xué)課程設(shè)計課程名稱：鋼結(jié)構(gòu)分 校 ( 工 作站)：專 業(yè)：指導(dǎo)老師：學(xué) 號：-0-學(xué)生姓名：-1-目 錄1 、 設(shè) 計 資料··············································12、結(jié)構(gòu)形式及布置··········································13、荷載計算·············································33.1永久荷載設(shè)計值·········································33.2可變荷載設(shè)計值·········································33.3荷載組合·············································34、 內(nèi) 力 計算·············································35、 截 面 選擇·············································-0-45.1上弦桿截面選擇·········································45.2下弦桿截面選擇·········································45.3腹桿截面選擇···········································56、節(jié)點設(shè)計·············································96.1下弦節(jié)點設(shè)計···········································96.2上弦節(jié)點設(shè)計··········································147、附圖·············································16-1-1、設(shè)計資料2.1某車間，長240m，跨度27m，柱距6m，車間內(nèi)無吊車、無天窗、無振動設(shè)備。采用梯形鋼屋架，1.5×6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（1.4kN/m2），二氈三油加綠豆沙防水層（0.4kN/m2），20mm厚水泥砂漿找平層（0.4kN/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(biāo)準(zhǔn)值0.70kN/m2。2.2屋架計算跨度l0 27 0.3 26m.7( )2.3跨中及端部高度：設(shè)計為無檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，端部高度h0 1990mm中部高度h 3325mm（為l0/8.0）。、結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸如圖所示：圖2-1 梯形鋼屋架形式和幾何尺寸圖根據(jù)廠房長度（240m>60m）、跨度及荷載情況，設(shè)置五道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)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(shè)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(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖下圖所示：-0-圖2-2 屋架上弦支撐布置圖圖2-2 屋架下弦支撐布置圖圖2-3 屋架垂直支撐布置圖-1-3、荷載計算3.1永久荷載設(shè)計值預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板：1.21.41.68kN/m2二氈三油防水層及找平層（20mm）：1.20.41.20.40.96kN/m2支撐重量：1.20.070.084kN/m23.2可變荷載設(shè)計值屋面活荷載： 1.4 0.7 0.98kN/m23.3荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點荷載為：F(1.680.960.084)0.981.5633.336kN、內(nèi)力計算考慮全跨靜荷載和半跨活荷載的組合，在單位力作用下各屋架桿件的內(nèi)力圖如下：圖4-1單位力作用下各屋架桿件的內(nèi)力圖當(dāng)F=33.336kN時，各屋架桿件的內(nèi)力圖如下：圖4-2F 作用下各屋架桿件的內(nèi)力圖-2-、截面選擇腹桿最大內(nèi)力為 251.4kN，選用節(jié)點板厚度為 t 8mm。5.1上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，按最大內(nèi)力計算：Nmax387.4kN，l0x150.8cm，l0y300.0cm（l1取兩塊屋面板寬度）。選用兩個等肢角鋼21008，A31.28cm2，ix3.08cm,iy4.41cmlox150.8=150xix50.03.08loy300=150yiy68.04.41

xy

0.8660.780（b類）雙角鋼T型截面繞對稱軸（y軸）應(yīng)按彎扭屈曲計算長細(xì)比yzb100.58l0y0.58300t0.812.517.4，b10yz=y10.475b468.010.47510473.6yl02yt230020.82故由maxyz73.6，按b類查表得y0.729截面驗算：N387.4103102169.89N/mm2f215N/mm2A0.72931.28大型屋面板與上弦焊牢，起縱橫向水平支撐作用，上弦桿其他節(jié)間的長細(xì)比和穩(wěn)定驗算均未超過上述值。填板每個節(jié)間放一塊（滿足 l1范圍內(nèi)不少于兩塊），la 75.4cm 40i 40 3.08 123.2cm5.2下弦桿截面選擇下弦桿也采用相同截面，按最大內(nèi)力計算：Nmax383.4kN，l0x300cm，l0y450cm選擇兩個不等肢角鋼2908，A27.88cm2，ix2.76cm，iy4.02cm-3-lox300=350x108.7ix2.76yloy450111.9=350iy4.02N383.4103137.5N/mm2215N/mm2A27.881025.3腹桿截面選擇①桿件A-a：N 16.67kN，lox loy 199cm選用兩個等肢角鋼 2 63 5，組成T型截面截面幾何特性： A 12.29cm2，ix 1.94cm，iy 2.89cmxy

199102 150，1.9419968.9 150，2.89

0.5420.758截面驗算：N16.6710325.03N/mm2f215N/mm2minA0.54212.29102②桿件B-a：N251.4kN，loxloy251.8cm選用兩個不等肢角鋼 2100 63 7，長肢相并。截面幾何特性：A22.22cm2，ix3.20cm，iy2.58cmx251.879.1150，x0.693，3.2y251.898.1150，y0.5672.58截面驗算：N251.4103199.5N/mm2215N/mm2minA0.56722.22102③桿件B-b：N182.3kN，lox0.8l0.8260.1208.1cm，loy260.1cm所需截面:AN182.38.48cm2nf215選用兩個等肢角鋼2505，組成T形截面-4-截面特性：An9.61cm28.48cm2，ix1.53cm，iy2.38cm208.1，y260.1350x136.6350109.81.532.38④桿件C-b：N33.3kN，lox0.8l0.8227.5182cm，loy227.5cm.選用兩個等肢角鋼2505，組成T形截面。截面幾何特性：A9.61cm2，ix1.53cm，iy2.38cmxy

=119.7150，1.53227.596.2 150，2.38

0.4380.580截面驗算：N33.310379.1N/mm2215N/mm2minA0.4389.61102⑤桿件D-b：N139.0kN，lox0.8l0.8285.1228.1cm，loy285.1cm選用兩個等肢角鋼 2 70 5，組成T形型截面截面幾何特性：A14.82cm2，ix2.32cm，iy3.36cmx228.198.3150，x0.5662.32y285.185.2150，y0.6523.36截面驗算：N139.0103165.7N/mm2f215N/mm2minA0.56614.82102⑥桿件D-c：N86.0kN，lox0.8l0.8285.1228.1cm，loy285.1cm所需截面：AnN86.0400mm2f215選用兩個等肢角鋼 2 50 5，組成T型截面截面幾何特性： A 9.6cm2 4cm2，ix 1.94cm，iy 2.89cm228.1117.6350，y285.198.73501.942.89⑦桿件E-c：N 50kN，lox 0.8l 0.8 257.5 206cm，loy 257.5cm-5-采用兩個等肢角鋼 2 50 5，組成T形截面截面幾何特性： A 9.61cm2，ix 1.53cm，iy 2.38cmxy

206134.6 150，1.53257.5108.8 150，2.38

0.3640.501截面驗算：N50.0103142.9N/mm2f215N/mm2minA0.3649.61102⑧桿件E-f及H-g：內(nèi)力N小于桿件D-c，桿長l同樣小于桿件D-c，故采用兩個等肢角鋼2505，組成T形截面時，可滿足受力要求。桿件F-f及I-g：內(nèi)力N小于桿件E-c，桿長l同樣小于桿件E-c，故采用兩個等肢角鋼2505，組成T形截面時，可滿足受力要求。⑨桿件G-f及f-c：Nmax33.3kN，lox207.8cm，loy207.8cm選用兩個等肢角鋼 2 50 5，組成T形截面截面特性：A 9.61cm2，ix 1.53cm，iy 2.38cmxy

207.8135.8 150，207.887.3 150，2.38

xy

0.3880.665截面驗算：N33.310389.3N/mm2f215N/mm2minA0.3889.61102⑩桿件J-g及g-d：Nmax129.7kN，lox223.9cm，loy223.9cm所需截面:AnN129.76.03cm2f215選用兩個等肢角鋼2635，組成T形截面截面特性：An12.29cm260.32cm2，ix1.94cm，iy2.89cmx223.9115.4350，y223.977.53501.942.89桿件J-e：選用2635，中央豎桿采用十字形截面，其斜截面計算長度l00.9332.5=299.3cm-6-各桿件截面選擇結(jié)果列表如下表5-1：表5-1屋架桿件截面選擇表桿件桿件內(nèi)力設(shè)計計算長度（cm）所選截面截面面長細(xì)比容許長細(xì)計算應(yīng)力名稱號值N（kN）l0xl0y2）λxλy比[λ]2積（cm（N/mm）上弦H-I-387.4150.83002∠100×31.285073.6150169.9桿8下弦c-d383.43004502∠90×827.88108.7111.9350137.5桿A-a-16.671991992∠63×512.291026915025B-a-251.4251.8251.82∠100×22.2279.198.1150199.563×7B-b182.3208.1260.12∠50×59.61136.6109.8350189.7C-b-33.3182227.52∠50×59.61119.796.215079.1D-b-139228.1285.12∠75×514.8298.385.2150165.7D-c86228.1285.12∠50×59.61117.698.735089.5E-c-50206257.52∠50×59.61134.6108.8150142.9腹桿E-f24.3150.6188.32∠50×59.6198.479.135025.3H-g23162.1202.62∠50×59.61105.985.135023.9F-f-33.3103128.82∠50×59.6167.351.115054.7I-g-33.3121151.32∠50×59.6179.154.115069.4G-f-33.3207.8207.82∠50×59.61135.887.315080.36f-c-6.3207.8207.82∠50×59.61135.887.315016.07J-g129.7223.9223.92∠63×512.29115.477.5350105.5g-d105223.9223.92∠63×512.2996.948.635085.4J-e0299.32∠63×512.29171.4115.13500-7-、節(jié)點設(shè)計各節(jié)點的節(jié)點板厚一律取 8mm，各桿內(nèi)力如圖 4-2所示。6.1下弦節(jié)點設(shè)計（圖 6-1）6.1.1 下弦節(jié)點b設(shè)計首先，計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點板形狀和尺寸，最后驗算下弦與節(jié)點板的連接焊縫。已知焊縫的抗拉、抗壓和抗剪的強度設(shè)計值：fwf 160N/mm2設(shè)桿B-b的肢背和肢尖焊縫分別是 hf 6mm和hf 5mm，則所需焊縫長度為：2/3182.31036102.4mm，取110mm肢背：lw10.76221601/3182.3103554.3mm，取80mm肢尖：lw20.7522160設(shè)桿D-b和肢尖焊縫分別是hf6mm和hf5mm，則所需焊縫長度為2/31391032681mm取100mm肢背：lw10.7616021/31391032551.4mm取80mm肢尖：lw20.751602C-b桿內(nèi)力較小，焊縫按構(gòu)造采用。根據(jù)上述腹桿焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)留有間隙，按比例繪出節(jié)點大樣圖。圖6-1下弦節(jié)點圖-8-從而確定節(jié)點板尺寸為 315 275 8mm。其次驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫，內(nèi)力差N Nbc Nab 314.3 139.7 174.6kN。實際節(jié)點板長度是 31.5cm，下弦與節(jié)點板連接的角焊縫計算長度lw 31.5 2 0.5 30.5cm采用hf 5mm，肢背焊縫應(yīng)力為：2/3174.6103w160N/mm220.7554.8N/mmff305焊縫強度滿足要求。6.1.2 下弦節(jié)點c的設(shè)計設(shè)節(jié)點所有焊縫為 hf 5mm，所需焊縫長度如下：桿D-c內(nèi)力N86.0kN2/386103肢背：lw10.752559.4mm21601/386103肢尖：lw20.752534.7mm2160桿E-c內(nèi)力N50kN2/350103肢背：lw10.752539.9mm21601/386103525.0mm肢尖：lw20.7522160桿f-c內(nèi)力N33.3kN2/333.3103529.9mm肢背：lw10.75221601/386103520.0mm肢尖：lw20.7522160所有焊縫均按構(gòu)造（節(jié)點板尺寸）確定，焊縫長度均需大于60mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為32cm，焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差383.4314.369.1kN下弦與節(jié)點板連接的角焊縫計算長度lw 32 2 0.5 31cm采用hf 5mm，所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：-9-2/369.110321.3N/mmffw160N/mm220.75310焊縫強度滿足要求。6.1.3 下弦節(jié)點d的設(shè)計設(shè)節(jié)點所有焊縫為 hf 5mm，所需焊縫長度如下：桿g-d內(nèi)力N86.0kN2/3105103572.8mm肢背：lw10.75221601/3105103541.4mm肢尖：lw20.7522160桿H-d內(nèi)力N50kN2/350103肢背：lw10.752539.9mm21601/386103525.0mm肢尖：lw20.7522160桿G-d內(nèi)力N28kN2/328103526.8mm肢背：lw10.75221601/328103518.3mm肢尖：lw20.7522160除g-d桿肢背外，所有焊縫均按構(gòu)造（節(jié)點板尺寸）確定，焊縫長度均需大于 60mm。下弦與節(jié)點板連接的焊縫長度為 32cm，焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差383.4298.584.9kN下弦與節(jié)點板連接的角焊縫計算長度lw 32 2 0.5 31cm采用hf 5mm，所受較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：2/384.9103w220.7526.2N/mmff160N/mm310焊縫強度滿足要求。6.1.4下弦節(jié)點e的設(shè)計下弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為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hf t hf 5mm），拼接角鋼這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫-10-長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)焊縫hf6mm，則所需一條焊縫計算長度為:lw298.510340.76111.0mm160拼接角鋼的長度取400mm 111.0 2 222.1mm屋架分成兩個運輸單元，設(shè)置工地焊縫長度拼接，左半邊的弦桿和腹桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半邊的弦桿與腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫。中間豎桿跟左半邊在工廠焊牢再出廠，為便于工地拼接，在拼接的角鋼與右半邊斜桿上，設(shè)置螺栓孔21.5。作為安裝施焊前的定位之用。下弦桿與節(jié)點板之間用hf5mm焊縫滿焊。豎桿J-e的內(nèi)力均很小，肢背與肢尖焊縫 hf 5mm，施焊長度均可按構(gòu)造采用，至少60mm，采用390×290×8mm，所有焊縫均滿焊，焊縫長度均大于所需長度。6.1.5支座節(jié)點a設(shè)計為了便于施焊，下弦板與支座底板的距離取130mm，在節(jié)點中心設(shè)置加勁肋，加勁肋高度與節(jié)點板高度相等。①支座底板計算支座反力：R 9F 9 33.336 300.0kN混凝土強度C20，fc 9.6N/mm2，所需底板凈面積：3An 300 10 31250mm2錨栓直徑取d 25mm，錨栓直徑取50mm，則所需底板毛面積：AAnA0312.52453.145372.13cm24按構(gòu)造要求采用底板面積為a b 28 28 784cm2 372.13cm2，墊板采用–100 100 20，孔徑26mm.實際底板凈面積為：An=7842453.145724.4cm24底板實際應(yīng)力：q3001034.14N/mm2724.410222a1141.21.418.9cm2142b113.313.49.43cm18.9-11-b19.43，查表得0.056，則a10.518.9Mqa20.0564.1418928282Nmm所需底板厚度：t 6M/f 6 8282/215 15mm取20mm故底板尺寸為–280 280 20②加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算加勁肋與節(jié)點板的鏈接焊縫計算與牛腿焊縫相似，假定一個加勁肋的受力為屋架支座反力的四分之一，即：V130075kN，彎矩：M756.65498.8kNcm。4加勁肋高度、厚度取與中間節(jié)點板相同（即–49514012）。采用hf5mm，驗算焊縫應(yīng)力：對Vf27510312)22.2N/mm20.75(495對Mf26498.810412)218.3N/mm20.75(495f18.32)2222.2226.8N/mm2ffw2(f1.22160N/mmf③節(jié)點板，加勁肋與底板的連接焊縫計算設(shè)焊縫傳遞全部支座反力R=300kN，其中每塊加勁肋各傳1R130075kN，節(jié)點板傳1R144300105.7kN22節(jié)點板與底板的連接焊縫lw2(28010)540mm，所需焊腳尺寸為hR/21501032.48mm采用hf5mmf0.7lwffw0.7540160每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為：lw(1402010)2220mm，所需焊腳尺寸為hR/4751035mm3.04mm取hff0.7lwffw0.7220160④下弦桿與支座斜桿和豎桿焊縫計算下弦桿a-b內(nèi)力N139.7kN，肢背和肢尖焊縫均為hf6mm，則所需焊縫長度為：-12-肢背：2/3139.71032681.6mmlw10.761602肢尖：1/3139.71032646.8mmlw20.761602斜桿B-a內(nèi)力N251.4kN肢背和肢尖焊縫均為hf6mm，則所需焊縫長度為：肢背：2/3251.410326137.3mmlw10.761602肢尖：1/3251.41032671.7mmlw20.761602豎桿A-a內(nèi)力N16.67kN，肢背和肢尖焊縫均為hf5mm，則所需焊縫長度為：肢背：2/316.671032520.0mmlw10.751602肢尖：1/316.671032515.0mmlw20.751602根據(jù)節(jié)點板尺寸所確定的焊縫長度均大于所需焊縫長度，全部焊縫滿焊。6.2上弦節(jié)點設(shè)計（圖6-2）6.2.1上弦節(jié)點B設(shè)計為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm，用塞焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽鋼作為兩條焊縫計算，這時，強度設(shè)計值應(yīng)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，且假定集中荷載F與上弦垂直。圖6-2 上弦節(jié)點圖-13-N242.0kN，上弦肢背槽焊縫的hf4mm，節(jié)點板的長度為