普通鋼屋架設(shè)計27M

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 學(xué)生姓名：* 學(xué) 號：* 所在學(xué)院：* 專業(yè)班級：* 指導(dǎo)教師：* 西 南 交 通 大 學(xué) *年*月*日 *月*日 目 錄1、 設(shè)計資料 -32、 鋼材和焊條選擇 -33、 屋架形式及尺寸 -34、 屋蓋支撐布置 -45、 荷載和內(nèi)力計算 -4 5.1荷載計算 -5-6 5.2內(nèi)力計算 -6-7 六桿件截面選擇 -7 6.1上弦 -7-8 6.2下弦 -8-9 6.3端斜桿 -9 6.4斜腹桿 -9-10 6.5豎桿 -10-12 七 節(jié)點設(shè)計 - -12 7.1.下選節(jié)點 -12-14 7.2上弦節(jié)點“b” -14-15 7.3屋脊節(jié)點“j” -15-16 7.4下弦跨中節(jié)點

2、“e” -16-17 7.5端部支座節(jié)點“a” -17-19 7.6節(jié)點板計算 -19 八、施工圖詳圖 19-22普通鋼屋架設(shè)計 1 設(shè)計資料某北方地區(qū)一金工車間。長102m，跨度27m，柱距6m。采用無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系，梯型鋼屋架，1.5m*6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，膨脹珍珠巖制品保溫層（容重4kn/m3，所需保溫層厚度由當(dāng)?shù)赜嬎銣囟却_定），卷材屋面，屋面坡度i=1/10。2 鋼材和焊條選擇根據(jù)北方以往冬季的計算溫度（-22）和荷載性質(zhì)（靜荷載）及連接方法（焊接），按設(shè)計規(guī)范要求，鋼材選用q235b，其設(shè)計強度f=215kn/,焊條采用e43型，手工焊接。構(gòu)件采用鋼板及熱軋鋼勁，構(gòu)件與支

3、撐的連接用m20普通螺栓。三屋架形式及尺寸 由于屋面采用預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板和卷材防水層（i=1/10),故采用緩坡梯形屋架。屋架的計算跨度為屋架端部高度?。海ㄝS線處），h=2015mm（計算跨度處）跨中高度：屋架高跨比：。屋架跨中起拱取50 mm。為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸如圖 1 所示圖1. 1：27米跨屋架幾何尺寸四屋蓋支撐布置 根據(jù)車間長度（102m>60m)、跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房兩邊的橫向水平支撐設(shè)

4、在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝是上弦的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設(shè)置剛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。在屋脊節(jié)點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設(shè)置通長的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點處設(shè)置一道縱向通長的柔性系桿，支撐布置見圖2。圖中與橫向水平支撐連接的屋架編號為gwj-2，山墻的端屋架編號為gmj-3，其他屋架編號均為gwj-1。符號說明：gwj-（鋼屋架）；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）五荷載和內(nèi)力計算(1)荷載計算 荷載計算及匯總見表2屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)

5、，計算時，取較大的荷載標(biāo)準值進行計算。故取屋面活荷載0.4kn/進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度l單位為m,荷載計算結(jié)果見表2。表1防水層找平層保溫層找平層混凝土屋面板0.40.40.10.51.4荷載名稱標(biāo)準值（kn/）設(shè)計值（kn/） 備注預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4×1.21.68延屋面坡向分布三氈四油上鋪小石子防水層0.40.4×1.20.48延屋面坡向分布水泥砂漿找平層0.40.4×1.20.48延屋面坡向分布保溫層厚泡沫混凝土120mm）0.10.1×1.20.12延屋面坡向分布找平層（20mm厚水

6、泥砂漿）0.50.5×1.20.6延屋面坡向分布屋架和支撐自重0.12+0.011×27=0.4170.417×1.20.50延屋面坡向分布永久荷載總和3.2173.86延水平分布取二者中的較大值屋面活荷載0.40.4×1.40.56取屋面均布活荷載積灰荷載0.40.4×1.40.56可變荷載總和0.81.12 設(shè)計荷載標(biāo)準值 （單位：kn/）。表 2 荷載計算表注：非輕型屋蓋不考慮風(fēng)荷載作用計算屋架桿力是應(yīng)考慮如下三種荷載組合使用階段“全跨恒荷載+全跨屋面均布荷載”和“全跨恒荷載+半跨屋面均布荷載”。應(yīng)注意半跨屋面活荷載可能作用于左半跨，也可

7、能作用于右半跨，恒活載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值，p恒及p活分別為 p恒=3.86x1.5x6=34.74（kn）p活=1.12x1.5x6=10.08（kn）施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載”。這是只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒活載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數(shù)值）即可能出現(xiàn)在左半跨，也可能出現(xiàn)在右半跨，取決于屋面板的安裝順序。當(dāng)從屋面兩端對稱安裝屋面板時，則不必考慮此種荷載組合。施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值p'恒和p'活分別為p'恒=0.5x1.5x6=4.5（kn）p'活=1.68+0.56x1.5x6

8、=10.5（kn）（2） 內(nèi)力計算本設(shè)計采用圖解法計算了屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)。根據(jù)算得的節(jié)點荷載和桿力系數(shù)，求得各桿的最不利內(nèi)力。計算結(jié)果如表3所示桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（f=1）內(nèi)力組合值計算桿內(nèi)力(kn)全跨左半跨右半跨第一種組合（p恒+p活）×第二種組合第三種組合p恒×+ p活×p恒×+ p活×p'恒×+ p'活×p'恒×+ ×p'活上弦ab000000000.0 bc-9.97-7.19-2.79-446.9 -418.8 -374.5 -120.4

9、-74.2 -446.9 cd-9.97-7.19-2.79-446.9 -418.8 -374.5 -120.4 -74.2 -446.9 de-15.8-10.75-5.06-708.2 -657.3 -599.9 -184.0 -124.2 -708.2 ef-16.38-11.33-5.06-734.2 -683.2 -620.0 -192.7 -126.8 -734.2 fg-16.38-11.33-5.06-734.2 -683.2 -620.0 -192.7 -126.8 -734.2 gh-18.67-11.05-7.62-836.8 -760.0 -725.4 -200.0

10、-164.0 -836.8 hi-19.17-11.05-7.62-859.2 -777.3 -742.8 -202.3 -166.3 -859.2 ij-19.17-11.54-7.62-859.2 -782.3 -742.8 -207.4 -166.3 -859.2 下弦ab5.363.961.41240.2 226.1 200.4 65.7 38.9 240.2 bc13.319.343.97596.6 556.5 502.4 158.0 101.6 596.6 cd18.2411.426.82817.5 748.8 702.4 202.0 153.7 817.5de17.818.98.

11、9798.2 708.4 708.4 173.6 173.6 798.2斜腹桿ab-10.05-7.42-2.63-450.4 -423.9 -375.6 -123.1 -72.8 -450.4bb7.955.572.38356.3 332.3 300.2 94.3 60.8 356.3bd-6.47-4.18-2.29-290.0 -266.9 -247.9 -73.0 -53.2 -290dc4.612.592.02206.6 186.3 180.5 47.9 42.0 206.6cf-3.5-1.01-2.49-156.9 -131.8 -146.7 -26.4 -41.9 -156.9

12、fg-2.69-0.21-2.49-120.6 -95.6 -118.5 -14.3 -38.3 -120.6ef0.730.73032.7 32.7 25.4 11.0 3.3 32.7gd0.72-0.931.6632.3 15.6 41.7 -6.5 20.7 -6.541.7dg1.153.13-1.9751.5 71.5 20.1 38.0 -15.5 -15.571.5gj1.893.87-1.9784.7 104.7 45.8 49.1 -12.2 -12.2104.7hg0.670.67030.0 30.0 23.3 10.1 3.0 30豎桿aa-0.5-0.50-22.4

13、-22.4 -17.4 -7.5 -2.3 -22.4cb-1-10-44.8 -44.8 -34.7 -15.0 -4.5 -44.8ec-1.5-1.50-67.2 -67.2 -52.1 -22.5 -6.8 -67.2ff-1-10-44.8 -44.8 -34.7 -15.0 -4.5 -44.8hd-1.5-1.50-67.2 -67.2 -52.1 -22.5 -6.8 -67.2ig-1-10-44.8 -44.8 -34.7 -15.0 -4.5 -44.8je000000000 屋 架 桿 件 內(nèi) 力 組 合 表六桿件截面選擇（1） 上弦桿整個上弦不改變截面，取上弦最大設(shè)計

14、桿力（ik桿）計算。n=-859.2kn，l0=l0x=150.8cm，l0y=150.7*2+150.8=452.2cm（按大型屋面板與架保證三點焊接考慮，取l1為兩塊屋面板寬）。根據(jù)腹桿最大設(shè)計桿力nab=-450.4kn查表得中間節(jié)點板厚t=12mm，支座節(jié)點板厚t=14mm。先由非對稱軸選擇截面，假設(shè)=60由附表2.2查q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的t形和十字形截面均屬于b類）需要的截面面積as=n/f=859.2*103/（0.807*215）=4952.0mm=49.52cm一般角鋼厚度t=15mm，屬第一組，故取f=215n/2。需要的回轉(zhuǎn)半徑為ix=l0x/=15

15、0.8/60=2.51（cm）iy=l0y/=452.2/60=7.54（cm）上弦應(yīng)采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的t形截面，根據(jù)需要的as、ix及iy查附表3.5，選用2l160´100´10:肢背間距a12mm，則as=50.6（cm2），ix=2.85，iy=7.78（節(jié)點板厚為14），=150。驗算角鋼，滿足長細比的要求。由于，只需求，查表0.818，則滿足要求。所選截面合適，上弦截面如圖所示：圖6：上弦截面（2） 下弦桿下弦亦不改變截面,整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計算。n=817.5kn，所需截面積為（因跨中有通長系桿）:選用2l160

16、15;100×10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。a50.6，所以滿足要求。下弦截面如圖：圖7.下弦截面（3) 端斜桿按端斜桿ab最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。桿件軸力：計算長度：因為，故采用等肢角鋼，使。選用2l100×10。則:，由于，只需求。查表0.668，則:，故所選截面合適。端斜桿截面如圖： 圖8.端斜桿截面（4) 斜腹桿腹桿cf-fg在f節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。,再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距，在桁架平面外的計算長度：選用2l110×10，查角鋼規(guī)格表得a45.52，由于，只需求。查表0.458，則:再分腹桿截面如圖：圖9：再分腹桿截

17、面(5) 豎桿hd，由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為，查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大些。選用2l63×5，其幾何特性為：a12.29，由于，只需求。查表0.406，則:豎桿截面如圖：圖10：豎桿截面其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表4。需注意連接垂直的支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計算長度為io=0.9l，其他腹桿除aa和ba外，lox=0.8l表4名稱桿件編號內(nèi)力/kn計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力上弦hi、ij-859.2150.8452.2160×100×1050.62.857.7852.9

18、58.11500.818207.6下弦cd817.54501335160×100×1050.62.857.78157.9171.63500.246161.6腹桿ab-450.4253253100×1038.523.054.6083.055.01500.668175.0bb356.3262.2262.2100×1038.523.054.6085.957.01500.648142.7bd-290287.3287.3100×1038.523.054.6094.262.51500.594126.7dc206.6287.3287.3100×10

19、38.523.054.6094.262.51500.59490.3cf-156.9208.7393.3110×1045.523.385.00115.978.651500.45872.3fg-120.6208.7393.3110×1045.523.385.00115.978.651500.45857.85ef32.718918963×512.291.943.0497.462.21500.57546.3gd-6.541.7326.5326.563×512.291.943.04168.3107.41500.254133.6dg-15.571.5224.9425

20、.963×512.291.943.04115.9140.11500.34185.2gj-12.2104.7224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.34185.2hg30203.5203.563×512.291.943.04104.966.91500.52346.67豎桿aa-22.4161.2201.563×512.291.943.0483.166.31500.66827.3cb-44.818423063×512.291.943.0494.875.71500.58862.0ec-67.22082606

21、3×512.291.943.04107.285.51500.511107.0ff-44.810413063×512.291.943.0453.642.81500.83843.5hd-67.224430563×512.291.943.04125.8100.31500.406134.7ig-44.8122152.563×512.291.943.0462.950.21500.79146.1 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表七節(jié)點設(shè)計 由前述施工圖繪制可見，在確定節(jié)點板得外形和尺寸時，需要斜腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的長度。為簡潔起見，下面先算出個斜腹桿桿端需要的

22、焊縫尺寸。其計算公式為：角鋼肢背所需焊縫長度l1 角鋼肢尖所需焊縫長度l2 7.1：下選節(jié)點采用e43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值設(shè) bb 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。設(shè) bd桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。bc桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點詳圖（見圖11），從而確定節(jié)點板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為340mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差nnbc-nab596.6-240.2356.4kn。驗算肢

23、背焊縫的強度：圖11：下弦節(jié)點“b”7.2上弦節(jié)點“b” 斜桿bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中bb桿計算相同。斜桿ba與節(jié)點板連接焊縫計算：n=-450.4kn。設(shè) “ab”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背：肢尖：取，。為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載p與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得到：肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載。上弦與節(jié)點板間焊

24、縫長度為460mm，則節(jié)點如圖: 圖12：上弦節(jié)點“b”7.3屋脊節(jié)點“j”弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算。n=-859.2kn。設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長度為,取拼接角鋼長度取 600>2×260=520mm上弦與節(jié)點板間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫,節(jié)點板長度為500mm，節(jié)點一側(cè)弦桿焊縫的計算長度為。焊縫應(yīng)力為：節(jié)點形式如圖:圖13：屋

25、脊節(jié)點“j”7.4 下弦跨中節(jié)點“e”跨中起拱 50mm，下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2l160×100×10，焊縫長度：，取=300mm。拼接角鋼長度。弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背：，取=90mm肢尖，按構(gòu)造要求，取焊縫長度50mm，取=60mm節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸。焊縫強度滿足要求。節(jié)點形式如圖:圖14：下弦跨中節(jié)點“e”7.5端部支座節(jié)點“a”為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。

26、在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度14mm。（1）支座底板的計算 支座反力： 設(shè)支座底板的平面尺寸采用，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為。驗算柱頂混凝土的抗壓強度：式中：混凝土強度設(shè)計值，對c20混凝土，。支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：式中：底板下的平均應(yīng)力，即=8.49。 兩邊支承之間的對角線長度，即 系數(shù)，由查表確定。為兩邊支承的相交點到對角線的垂直距離。由此得：查表得0.0546。則單位寬度的最大彎矩為：底板厚度：，取t22mm

27、所以底板尺寸為mm。（2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點板高度。由節(jié)點圖得焊縫長度為440mm，計算長度lw440-12-15413（mm）（設(shè)焊腳尺寸hf8mm），每塊加勁肋近似的按承受r/4計算，r/4作用點到焊縫的距離為e（140-8）/266 mm。則焊縫所受剪力v及彎矩m為：焊縫強度驗算 7.99n/mm2滿足要求。（3）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，其中每塊加勁肋各傳，節(jié)點板傳遞。節(jié)點板與底板的連接焊縫長度，所需焊腳尺寸為，取。每塊加勁肋與底板的連接焊縫長度為所需焊縫尺寸所以取。節(jié)點形式如圖:圖15：端部支座節(jié)點“a”7.

28、6節(jié)點板計算（1）節(jié)點板在受壓腹桿的壓力作用下的計算 所有無豎桿相連的節(jié)點板，受壓腹桿桿端中點至弦桿的凈距離c與節(jié)點板厚度t之比，均小于或等于10。所有與豎桿相連的節(jié)點板，c/t均小于或等于15，因而節(jié)點板的穩(wěn)定均能保證。（2） 所有節(jié)點板在拉桿的拉力作用下，也都滿足要求，因而節(jié)點板的強度均能保證。此外，節(jié)點板邊緣與腹桿軸線間的夾角均大于15°，斜腹桿與弦的夾角均在30°60°之間，節(jié)點板的自由邊長度與厚度之比均小于60，都滿足構(gòu)造要求，節(jié)點板均安全可靠。八.本設(shè)計的施工詳圖材料表構(gòu)建編碼零件號截面長度（mm）數(shù)量重量（kg）正反每個共計合計gwj-21l180&

29、#215;110×101507022335.6134239862l160×100×101481022294.311773l50×51830046.9284l140×90×82195431.11245l90×62310419.3776l50×5209047.9327l100×62565424968l70×52590414569l50×53790414.35710l90×62825423.69411l50×52870410.84312l50×52690410.

30、24113l70×53095416.76714l70×53135415.16015l63×52990414.45816l50×5189047.12917l50×5139545.32118l70×54240222.94619l70×542401122.94620l63×53285215.83221l180×110×10700215.63122l160×100×10660213.12623"-180×1025023.5724"-385×12490217.83625"-