《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》課程設(shè)計

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鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

專業(yè)名稱：道路與橋梁年級班級：1*級*班

同學(xué)姓名：***

指導(dǎo)老師：***河南理工高校土木工程學(xué)院

鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計說明書

（一）設(shè)計資料

武漢某廠機(jī)器加工車間單跨廠房的鋼屋蓋，跨度30m，長度180m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有一臺30t中級工作制橋式吊車。采納1.5m?6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，泡沫混凝土保溫層，屋面坡度i=l/10，屋架支承在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400mm?400mm，混凝土等級為C20。

（二）鋼材和焊條的選用

按照武漢地區(qū)的計算溫度和荷載性質(zhì)（靜荷載），按設(shè)計規(guī)范要求，屋架鋼材選用Q235B，要求保證屈服點(diǎn)和含碳量。焊條選用E43型，手工焊。（三）屋架形式、尺寸能支撐布置

因?yàn)?.5m?6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，故選用梯形屋架。

屋架計算跨度：030029700LLmm=-=屋架端部高度：02000Hmm=跨中高度：002970020000.134********

LHHimm=+=+?=≈屋架高跨比：

034901297008.5

HL==為了使屋架節(jié)點(diǎn)受荷，協(xié)作屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采納下弦節(jié)間為3m的人字形式，僅在跨中，考慮到腹桿的相宜傾角，采納再分式桿系，屋架跨中起拱按0/500L計算為60mm，幾何尺寸如圖所示。

屋架桿件的幾何長度

按照車間長度、跨度及荷載隋況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐，因車間兩端為山墻，故橫向水平支撐在其次柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝時上弦的穩(wěn)定，下弦平面內(nèi)的第一柱間也設(shè)置剛性系傳遞山墻的風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的同一柱間，設(shè)置豎向支撐三道，分離設(shè)在屋架的兩端和跨中。屋脊節(jié)點(diǎn)用屋架支座處沿廠房設(shè)置通長剛性系桿，屋架下弦跨中設(shè)一道通長柔性系桿（詳見下圖），凡與橫向支撐銜接的屋架編號為GW.J-2，不與橫向支撐銜接的屋架編號為GWJ-1。（四）荷載和內(nèi)力計算

ABCDEF

GH

JIKab

c

d

e

f

g

13572535

2290

2850

260

8150815071508150715081507150815071

5083000

3000

3000

3000

2869

3129

3395

285

9311

9338

52590

2890

3190

3490

2079

1595

2305

2306

2000

150

1350

9×1500＝13500

60

屋蓋支撐布置圖

1.荷載計算（1）永遠(yuǎn)荷載

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土在型屋面板（包括灌縫）21.21.41.68/KNm?=

防水層（三氈四油，上鋪小石子）21.20.40.48/KNm?=20mm厚水泥砂漿找平層21.20.40.48/KNm?=80mm泡沫混凝土庇護(hù)層21.20.40.48/KNm?=屋架和支撐自重2

1.20.450.54/KNm?=永遠(yuǎn)荷載總設(shè)計值23.66/KNm=∑

（2）可變荷載

屋面活荷載2

1.40.70.98/KNm?=

屋架下弦橫向水平支撐布置

屋架上弦橫向水平支撐布置柔性桿系

剛性桿系

剛性桿系

柔性桿系

GWJ2

GWJ2

GWJ1

GWJ1

GWJ1

GWJ2

GWJ2

Ⅰ－Ⅰ

Ⅱ－Ⅱ

Ⅰ－

Ⅱ－

－Ⅱ

可變荷載總設(shè)計值20.98/KNm=∑

計算屋架時應(yīng)考慮下列三種狀況：

永遠(yuǎn)荷載13.661.5632.94PKN=??=可變荷載20.981.568.82PKN=??=○1全跨永遠(yuǎn)荷載+全跨可變荷載

節(jié)點(diǎn)荷載1241.76PPPKN=+=○2全跨永遠(yuǎn)荷載+（左）半跨可變荷載

1241.76PP

PKN=+=左節(jié)點(diǎn)荷載232.94PP

KN==右○3全跨屋架和支撐自重+（左）半跨屋面板+（左）半跨施工荷載（取等于屋面使用荷載）31.680.981.5628.8PP

KN=+??=左

節(jié)點(diǎn)荷載30.541.564.86PKN=??=

4(1.680.98)1.5623.94PKN=+??=

2.內(nèi)力計算

用圖解法分離先求出左半跨和右半跨單位節(jié)點(diǎn)荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)Lμ和Bμ，二者相加得到全跨單位節(jié)點(diǎn)荷載作用下內(nèi)力系數(shù)μ，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載，得到相應(yīng)的內(nèi)力。屋架在上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和逼近兩端的斜腹桿，內(nèi)力均達(dá)到最大，在其次種和第三種荷載組合作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號。因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計算，而在半跨荷載作用下僅需計算近跨中的斜腹桿內(nèi)力。計算結(jié)果列于下表1-1。

表1-1屋架桿件計算內(nèi)力

3.桿件截面挑選

（1）上弦桿。囫圇上弦不轉(zhuǎn)變截面，按最大內(nèi)力計算，1947.5kNKN=-，

0150.8xlcm=

，0301.6yl=，截面宜選用兩個不等肢

角鋼，短肢相并按照腹桿的最大內(nèi)力469.8aBNKN=，查表取節(jié)點(diǎn)12tmm=，支座節(jié)點(diǎn)板厚14tmm=。

假定60,0.807λ?==

2

/947500/0.872155065.5ANfmm?==?=0/150.8/602.51xxilcmλ===0/301.6/605.02yyilcmλ===選用2∟16010012??短肢相并，如圖2

60.2Acm=

2.82,7.82xyicmicm==

驗(yàn)算：[]150.8/2.8253.5150xλλ===，2.56,6.84xyicmicm==,

[]300/2.56117350xλλ==。其余各桿件的截面挑選計算過程不一一列出，其計算過程見表1-2.

表1-2屋架桿件截面挑選(節(jié)點(diǎn)板厚t=12）

桿Ec-41.76207.2259∟50?509.61.532.531351021500.365119Le-62.64255.2319∟635?12.31.943.041321051500.378135Jg-41.76127.3159.5∟505?9.61.53

2.53

83631500.66765Kf

314.1

314.1

∟635?

12.3

minλ=24.5

max

λ=128

4.節(jié)點(diǎn)設(shè)計

（1）下弦節(jié)點(diǎn)“b”（如下圖）

各桿內(nèi)力見表1-1。這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計是先計算腹桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫尺寸，然后按比例繪出節(jié)點(diǎn)板的外形，量出尺寸，然后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫。

下弦節(jié)點(diǎn)

Bb桿的肢背和肢尖焊縫采納8fhmm=和6mm，則所需焊縫長度為：

肢背'10.7373300

14620.720.78160

w

wffkNlmmhf?===????，取150mm

肢尖''20.3373300

8320.720.76160

w

wffkNlmmhf?===????，取90mm

Db桿的肢背和肢尖分離采納8mm和6mm，

肢背'10.7312800

12220.720.78160

w

w

ffkNlmmhf?===?????，取140mm肢尖''20.3312800

7020.720.76160

w

wffkNlmmhf?===?????，取70mm

Cb桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，5fhmm=。按照上面求得的焊縫長度，并按構(gòu)造要求留出間隙及裝配誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)繪出節(jié)點(diǎn)大樣圖，確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為310380mmmm?。

下弦桿與節(jié)點(diǎn)板銜接的焊縫長度為380mm，6fhmm=。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差631.8251.4380.4NKN?=-=，則肢背的應(yīng)力為：

2210.7538040

123/160/

20.720.76(38010)

ffwkNNmmNmmhlτ???=

==<????-

滿足強(qiáng)度要求。

（2）上弦節(jié)點(diǎn)“B”（如圖）

上弦節(jié)點(diǎn)

Bb桿與節(jié)點(diǎn)桿的銜接焊縫尺寸和B節(jié)點(diǎn)相同。Ba桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫尺寸按同樣的辦法計算，469.8NaKN=B，肢背和肢尖焊縫分離采納10fhmm=和

6mm。

肢背

'10.7469800

14720.720.710160

w

wffkNlmmhf?===????，取150mm

肢尖

"20.3469800

10520.720.76160

w

wffkNlmmhf?===????，取110mm

為了便于在上弦擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)肢背8mm，用塞縫銜接，這是62

fthmm==，'"

,36010350w

wllmm=-=。承受集中力41.76PKN=，則

2241760

142/160/20.76350

wffNmmfNmmτ=

=<=???

肢尖焊縫擔(dān)當(dāng)弦桿內(nèi)力差4698000469800NN?=-=，偏心距102.57.5ecm=-=

偏心力矩4698007535235000MNeNmm=??=?=?，10fhmm=，則

2469800

85/20.710350DNNmmτ=

=???

2

2

635235000123/20.710350

M

Nmmσ?==???22

2212385()132/160/1.22

wfNmmfNmm+=<=

滿足強(qiáng)度要求。

（3）屋脊節(jié)點(diǎn)“K”（圖）弦桿的拼接，普通都采納同號角鋼作為拼接角鋼，為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被銜接的弦桿和便于施焊，需將拼接角鋼削棱和切去肢的一部分，

(5)fthmm?=++。設(shè)焊縫8fhmm=，拼接角鋼與弦桿的銜接焊縫按銜接弦桿的最大內(nèi)力計算，1947.5kNKN=，

每條焊縫長度為：屋脊節(jié)點(diǎn)

947500

26440.78160

wlmm==???，取270mm

拼接角鋼總長227020560Lmm=?+=，取560mm，

豎肢需切去108523mm?=++=，取25mm?=，并按上弦坡度熱彎。

計算屋脊處弦桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接焊縫，取5fhmm=，需要焊縫長度：

12sin2947500sin5.741760232.71042.780.780.75160wfwffNPlhmmhfα-??-=+==+=????o

故按構(gòu)造打算節(jié)點(diǎn)板長度。（4）支座節(jié)點(diǎn)“a”(如圖）

⑧支座底板的計算

支座反力：101041.76417.6RPKN==?=

支座底板按構(gòu)造要求取用2839cmcm?。若僅考慮有加勁肋部分的底板作為有效面積，則底板承受的均布反力為：

支座節(jié)點(diǎn)

224176003.82/10/280390

ccnRqNmmfNmmA=

==<=?底板的厚度按兩鄰板自由的板計算：

1172amm==，

1134

10078172

bmm=?

=，11/78/1720.454ba==

查表得0.051β=，則板的單位寬度的最大彎矩為：

2210.0516.251729430MqaNmmβ==??=?

底板厚度：16.2tmm=