鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(2012典藏版)

1、課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱： 鋼 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計題目： 鋼屋架設(shè)計 院 系： 土木與建筑工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 2012年12月16日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目三角形鋼屋架課程設(shè)計學(xué)生姓名所在院系土建學(xué)院專業(yè)、年級、班設(shè)計要求：1、計算書內(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、荷載計算及內(nèi)力組合、桿件截面設(shè)計、屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計。2.施工圖（用CAD繪圖或手繪）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：1：150屋架正面圖（畫對稱的半榀）比例：1：20或1：30或自定上、下弦桿俯視圖 比例：1：

2、10或1：15必要的剖面圖（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、日期）學(xué)生應(yīng)完成的工作：1、 設(shè)計計算書一份；2、 繪制與屋蓋支撐相關(guān)聯(lián)的鋼屋架施工圖（1號圖紙）一張。3、 圖紙應(yīng)疊成計算書一般大小，與計算書裝訂后上交。參考文獻(xiàn)閱讀：1、戴國欣主編.鋼結(jié)構(gòu)（第3版）M.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.1.2、張耀春主編.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理M.北京：高等教育出版社，2004.8.3、唐岱新，孫偉民主編.高等學(xué)校建筑工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)M. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.6.4、陳志華編著.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計M. 天津

3、：天津大學(xué)出版社，2004.3.5、周俐俐，姚勇等編著.土木工程專業(yè) 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計指南M. 北京：中國水利水電出版社，知識產(chǎn)權(quán)出版社，2007.5. 工作計劃：1、 截面及節(jié)點(diǎn)計算 3天(12月10日至12日)2、 繪制施工圖 3天(12月13日至15日)3、 計算書整理與施工圖修正 1天(12月16日)任務(wù)下達(dá)日期： 2012年12月7日任務(wù)完成日期： 2012年12月16日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 三角形鋼屋架課程設(shè)計摘 要：為了讓同學(xué)們更好的學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)這門課程，加深對知識的理解和掌握，提高同學(xué)們的動手能力，學(xué)校組織了這次針對鋼結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計。本次課程設(shè)計的主要內(nèi)容是鋼屋架的設(shè)

4、計，鋼屋架分三角形鋼屋架和梯形鋼屋架，本例課程設(shè)計題目為。通過對桿件內(nèi)力的計算、桿件截面的設(shè)計、節(jié)點(diǎn)設(shè)計以及施工圖的繪制，從而設(shè)計出滿足工程需要的鋼屋架。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 三角形 屋架 桿件 節(jié)點(diǎn) 內(nèi)力目錄1.設(shè)計背景11.1 設(shè)計資料11.2 屋架形式11.3 荷載情況22.設(shè)計方案32.1 屋架尺寸32.2 檁條和支撐布置33.方案實(shí)施53.1 檁條的設(shè)計53.2 屋架節(jié)點(diǎn)荷載計算63.3 屋架桿件內(nèi)力計算73.4 桿件截面設(shè)計83.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計124.結(jié)果與結(jié)論205.收獲與致謝215.1 收獲215.2 致謝216.參考文獻(xiàn)227.附件231.設(shè)計背景1.1 設(shè)計資料某廠房長66m，檐口

5、高度15m。廠房為單層單跨結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有兩臺中級工作制橋式吊車。擬設(shè)計三角形鋼屋架，屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，柱的混凝土強(qiáng)度等級為C20，柱頂截面尺寸為400mm400mm；鋼屋架設(shè)計可不考慮抗震設(shè)防；廠房柱距選擇為6m，跨度為24m。廠房建筑平面示意圖見圖1。圖1 建筑平面示意圖1.2 屋架形式屋架形式見圖2。圖2 屋架形式1.3 荷載情況1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。2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 0.20kN/m2 保溫木絲板自重 0.25kN/m2 鋼屋架及支撐重 （0.12+0.11跨度）kN/m2 可變荷載：雪荷載

6、0.55kN/m2 屋面活荷載 0.40kN/m2 積灰荷載 0.30kN/m2注：以上數(shù)值均為水平投影值。2.設(shè)計方案2.1 屋架尺寸屋架計算跨度： 屋面傾角： 屋架跨中高度：上弦長度： 節(jié)間長度： 節(jié)間水平投影長度： 屋架幾何尺寸見圖3。圖3 屋架幾何尺寸（單位/mm）2.2 檁條和支撐布置根據(jù)屋面材料的最大容許檁距，可將檁條布置于上弦節(jié)點(diǎn)上，檁距為節(jié)間長度。在檁條的跨中設(shè)置一根拉條。根據(jù)廠房總長度66m，跨度24m，有中級工作制吊車及第一開間尺寸5.5m等因素，可在廠房兩端第二開間設(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1/3左

7、右處各一道，見圖4）。上弦檁條可兼作系桿，故不另設(shè)系桿，在下弦跨中央設(shè)置一道通長的柔性系桿。此外，在廠房兩端的第一開間下弦各設(shè)置三道剛性系桿（見圖4）。圖4 屋架支撐布置3.方案實(shí)施3.1 檁條的設(shè)計選用18a槽鋼截面，由型鋼表查得，自重20.17kg/m0.20kN/m，Wx=141.4cm3，Wy=20.0cm3，Ix=1272.7cm4。（1）、荷載計算 永久荷載：波形石棉瓦自重 0.202.553=0.51kN/m 保溫木絲板自重 0.252.553=0.64kN/m 檁條自重 0.20kN/m =1.35kN/m 可變荷載: 雪荷載 0.552.5530.9285=1.30kN/m積

8、灰荷載 0.302.5530.9285=0.71kN/m =2.01kN/m（由于雪荷載和屋面活荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知雪荷載大于屋面活荷載，故僅取雪荷載計算。） 檁條均布荷載:q=+=1.21.35+1.42.01=4.43kN/m =q=4.430.9285=4.11kN/m =q=4.430.3714=1.65kN/m（2）、強(qiáng)度驗(yàn)算彎矩設(shè)計值：（見圖5）=4.11=18.50 =-1.65=-1.86（因?yàn)樵跈_條跨中設(shè)置了一道拉條） 檁條的最大應(yīng)力（拉應(yīng)力）位于槽鋼下翼緣的肢尖處。+=+=202.1f=215圖5 彎矩圖（3）、剛度驗(yàn)算 只驗(yàn)算垂直于屋面方向的撓度。荷載標(biāo)準(zhǔn)值+=1

9、.35+2.01=3.36kN/m=3.360.9285=3.12kN/m=An， =2.46cm，=3.67cm= = = =350=168.4=215故所選截面合適。（3）。腹桿1）CH、DH桿N=-50.5，=285.4cm，=0.8=0.8285.4=228.3cm，=285.4cm選用2505雙角鋼截面，A=2x4.8=9.6，=1.53cm，=2.45cm= = = = =150根據(jù)=149，查表得=0.311，則=164=215故所選擇的截面合適。 2）BG、EI桿 =31.7,=0.9=0.9140.0=126.0cm，選用單角鋼565，A=4.8， =0.982cm。=128

10、=150根據(jù)=128，查表得=0.397，則單角鋼單面連接計算構(gòu)件穩(wěn)定性時強(qiáng)度設(shè)計值折減系數(shù)為=0.6+0.0015=0.6+0.0015128=0.79=166.4=0.79215=170所選截面合適。3）CG、DI桿N=+27.2，=230.1cm選用454單角鋼截面，A=3.49，=0.89cm，則=0.9=0.9230.1=207.1cm=233=150單角鋼單面連接計算構(gòu)件穩(wěn)定性時強(qiáng)度設(shè)計值折減系數(shù)為=0.85=77.9=0.85215=182.8故所選截面滿足要求。4）HI、IF桿兩根桿件采用相同的截面，用按最大內(nèi)力=162.5計算，=343.7cm，=2=2343.7=687.4

11、cm 選用2505，A=23.49=9.61，=1.53cm，=2.45cm。=225=350=281=350=169.1=215故所選截面合適。5）FJ桿N=0, =474.0cm對有連接垂直支撐的屋架WJ2，采用2565組成十字形截面，并按受壓支撐驗(yàn)算其長細(xì)比。=0.9=0.9474=426.6cm，=2.17cm= =197=200故滿足要求。 對不連接垂直支撐的屋架WJ1，選用565單角鋼，并按受拉支撐驗(yàn)算其長細(xì)比，=1.10cm。= =387=400故滿足要求。屋架各桿件截面選擇情況見表2。表2 屋架桿件截面選擇桿件名稱桿件編號內(nèi)力設(shè)計值（kN）計算長度（mm）選用截面截面面積A（c

12、m2）桿件受力類型長細(xì)比容許長細(xì)比計算應(yīng)力(N/mm2)桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫（mm）填板數(shù)(每節(jié)間)上弦ABBCCDDEEF-393.22553510621001038.52壓桿841131500.475191.72下弦AGGHHJ365.749771185280721.72拉桿202.3323350168.359055025 腹桿BGEI-31.7140012605054.8壓桿=1281500.397101.6550550-CGDI27.2207120714543.49拉桿=34735077.9550530-CHDH-50.62042255325059.6壓桿1341041500.

13、37142.55905502HIIF162.53437687425059.6拉桿225281350169.251105602FJ0（壓）42664266256510.84壓桿=195.720059059040（拉）426642665645.42拉桿=384.3400590590-3.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計本例只選則幾個有代表性的、重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計算，其余的節(jié)點(diǎn)的計算過程從略，可參見屋架施工圖。（見附件）1）屋脊節(jié)點(diǎn)（見圖8）圖8 屋脊節(jié)點(diǎn)（單位/mm）腹桿FI與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫,查表得=160（以下同），取肢被和肢肩尺寸分別為=5mm和=5mm，則桿端所需的焊縫長度分別為：肢背：=+10=+10= 10

14、=107.2mm故取=110mm。肢尖：=+10=+10=10=57.8mm取=60mm。拼接角鋼采用與上弦桿等截面，肢背處削棱，豎肢切去V=t+5=20mm，取V=20mm，并將豎肢切口后經(jīng)熱彎成型用對接焊縫焊接。拼接接頭一側(cè)所需的焊縫計算長度為： =154.2mm取=160mm。拼接角鋼的總長度為： =2（+10）+d=2（160+10）50=390mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的塞焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載F2，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%計算，且考慮由此產(chǎn)生的偏心彎矩作用（偏心距e=72mm）。設(shè)肢尖焊縫焊腳尺寸=5mm，節(jié)點(diǎn)板總長度660mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為

15、：=（6602）-20-10（660/2）/0.92852010=325mm焊縫應(yīng)力為 =27.8=30.3=37.3=160由以上計算結(jié)果可知，因弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫受力不大，且連接長度較大，故可按照構(gòu)造進(jìn)行滿焊，不必計算。2）上弦節(jié)點(diǎn)（見圖9）圖9 上弦節(jié)點(diǎn)(單位/mm)各腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計算從略，節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸如圖9所示。設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取=5mm，則桿端所需的焊縫長度分別為：肢背：=+10=+10=40.3mm故取50mm。肢尖：=+10=+10=24.9mm因?yàn)樽钚『改_尺寸不能小于8倍的最小板厚且不小于40mm，故按構(gòu)造取40mm。上弦肢背塞焊縫承受檁條傳來的集中

16、荷載（節(jié)點(diǎn)荷載）F，取節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)肢背5mm，=t2=5mm，則=9.80.8=128肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫承受弦桿的內(nèi)力差為：=-=-366.7+342.5=-24.2偏心距e=72mm，且節(jié)點(diǎn)板長度較大，故可不作計算，按構(gòu)造要求布置焊縫進(jìn)行滿焊即可滿足條件。3）下弦拼接點(diǎn)H（見圖10）圖10 下弦拼接節(jié)點(diǎn)（單位/mm）屋架跨度24m超過運(yùn)輸界限，故將屋架分為兩個運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)G和下弦節(jié)點(diǎn)H處設(shè)置工地拼接。腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按DH、CH和HI中最大內(nèi)力=121.9計算。設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取=5mm，則桿端所需的焊縫長度分別為肢背：=+10=+10=82.9mm故取90mm。肢尖

17、：=+10=+10=45.9mm故按構(gòu)造取50mm。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+5=20mm。按拼接焊縫與桿件等強(qiáng)度原則，接頭一側(cè)所需的焊縫計算長度為： = =208.5mm故取210mm。節(jié)點(diǎn)板長度=2（+10）+10=2（210+10）+10=450mm。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為450mm，=5mm。焊縫所受的力為下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按弦桿內(nèi)力與的內(nèi)力差計算，=325.1-203.2=121.9kN受力較大的肢背處所受的焊縫應(yīng)力為：N/mm2160 N/mm2焊縫強(qiáng)度滿足要求。4）支座節(jié)點(diǎn)A（見圖11）圖11 支座節(jié)點(diǎn)（單位/mm） 屋架支撐與鋼筋混凝土

18、柱上，混凝土強(qiáng)度為C20，=10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=6mm和=6mm，則所需焊縫長度為：肢背：=+12= +12=+12=194.3mm故取200mm。肢尖：=+12= +12=+12=101.7mm故按構(gòu)造取110mm。上弦桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫，由于焊縫長度較大，可不必計算，按構(gòu)造要求即可。(1)支座底板計算。支座反力為 R=5F=532.5=162.5支座底板尺寸取ab=250mm250mm,采用M22錨栓，并用圖示U形缺口。柱頂混凝土的壓應(yīng)力為：=2.6N/m2底板的厚度按屋架

19、反力作用下的彎矩計算。支座節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將支座底板分成四塊，每塊板均為兩相鄰邊固定支撐而另兩相鄰邊自由的板。兩支撐邊之間的對角線長度為：=168mm兩支撐邊之間的交點(diǎn)到對角線的垂直距離為：=2=84mm=84168=0.5，查表得=0.058，則M=0.0582.61682=4256.2底板所需厚度（按厚度t在1640范圍取值）：t=10.9mm16mm故取t=20mm(2)加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計算與牛腿焊縫相似，如圖12所示。圖12 加勁肋計算簡圖（單位/mm）假定一塊加勁肋的受力為屋架支座反力的14，即V=R4=40.6M=加勁肋厚度采用10mm，焊腳尺寸取=6

20、mm，焊縫計算長度為：=180-152-12=138mm則焊縫應(yīng)力為：=75.7=160加勁肋、節(jié)點(diǎn)板與支座底板的連接焊縫。圖12所示切口寬度為15mm，兩條節(jié)點(diǎn)板和四條加勁肋焊縫的總長度為:=2（250-12）+4（125-6-15-12）=844mm=37.6=160故滿足要求。其余各節(jié)點(diǎn)的計算過程從略。4.結(jié)果與結(jié)論經(jīng)過一周的課程設(shè)計我順利的完成了老師布置的任務(wù)。 本次課程設(shè)計中我做的是三角形鋼屋架b類，首先確定屋架和支撐的布置情況，并通過設(shè)計計算，確定了各桿件的內(nèi)力大小，選取合適的上下弦桿，腹桿及中豎桿截面尺寸，計算出屋架的各個節(jié)點(diǎn)焊腳尺寸和焊縫長度，根據(jù)焊縫長度和其他方面的考慮確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸。結(jié)合所有計算的數(shù)據(jù)和制圖規(guī)范要求繪制屋架施工詳圖、主要部分節(jié)點(diǎn)詳圖、索引圖等。經(jīng)驗(yàn)算和審核，該計算方案和施工圖滿足要求。5.收獲與致謝5.1 收獲紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。一周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束了，通過這次課程設(shè)計我們不僅拓寬了自己的知識面，而且在實(shí)踐過程中鞏固和加深了自己所學(xué)的知識。使我的技術(shù)