鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 某廠房24m×90m鋼屋架設(shè)計(jì)學(xué) 院 建筑工程系 課程名稱 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 專 業(yè) 土木工程 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2016年1月8日任 務(wù) 書一、 設(shè)計(jì)題目 焊接梯形鋼屋架設(shè)計(jì)二、 目的通過鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，掌握屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置和進(jìn)行構(gòu)件編號(hào)的方法。運(yùn)用有關(guān)力學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)課程所學(xué)知識(shí)對(duì)鋼屋架進(jìn)行內(nèi)力分析、桿件截面設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。三、 設(shè)計(jì)資料1.廣東某廠房總長度90m，跨度24m，縱向柱距6m。2.鋼筋混凝土柱，柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，上柱截面尺寸400×400，梯形鋼屋架支撐在柱頂。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)

2、，地震設(shè)防烈度為6度。3.屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/30t（中級(jí)工作制），鍛錘為2臺(tái)5t。4.屋架形式、幾何尺寸、屋架內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。5.屋架采用的鋼材、焊條為：學(xué)號(hào)為單號(hào)的同學(xué)用Q235鋼，焊條為E43型；雙號(hào)的同學(xué)用Q345鋼，焊條為E50型。均為手工焊。6.屋面做法及荷載標(biāo)準(zhǔn)值：無檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以KN/m2為單位；屋面各

3、構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 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 0.5KN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫） 1.40KN/m2 可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7KN/m2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為Sk=0.35KN/m2，屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載取0.9KN/m2。 7.鋼屋架的制造、運(yùn)輸和安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運(yùn)往工地安裝，最大運(yùn)輸長度16m，運(yùn)輸高度為3.85m，工地有足夠的起重安裝條件。屋架的形式和幾何尺寸屋架的計(jì)算跨度l0是指屋架支座反力之間的距離，當(dāng)屋架支撐在鋼筋混凝土柱網(wǎng)上采用封閉結(jié)合時(shí)，可取屋架

4、各桿件的幾何尺寸如下圖所示：屋蓋支撐的布置：1. 上弦橫向水平支撐采用大型屋面板的無檁屋蓋，一般只考慮大型屋面板起系桿作用。通長情況下，在屋架上弦應(yīng)設(shè)置橫向水平支撐。上弦橫向水平支撐布置在房屋兩端的第二開間，沿屋架上弦平面在跨度方向全長布置。考慮到上弦橫向水平支撐的間距大于60m，應(yīng)在中間柱間設(shè)置橫向水平支撐。2. 下弦橫向水平支撐屋架跨度大于18m，應(yīng)在上弦橫向水平支撐同一開間設(shè)置下弦橫向水平支撐，且沿屋架下弦在屋架跨度方向全長布置。3. 下弦縱向水平支撐本案例中設(shè)有2臺(tái)150/30t（中級(jí)工作制）橋式吊車，且未設(shè)置托架，因此，可不設(shè)下弦縱向水平支撐。4. 垂直支撐垂直支撐應(yīng)設(shè)在上、下弦橫向

5、水平支撐同一開間內(nèi)的兩榀屋架之間。梯形屋架跨度L=24m時(shí)，可僅在跨中和兩端各設(shè)置一道，共三道。5. 系桿屋脊節(jié)點(diǎn)以及屋架支座處沿廠房設(shè)置通長的剛性系桿，屋架下弦跨中通長設(shè)置一道柔性系桿。屋架支撐的布置如下圖所示：一、荷載和內(nèi)力計(jì)算1. 荷載計(jì)算：（1）屋面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：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 0.5KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫） 1.40KN/m2 屋架及支撐自重 q=0.12+0.011*24= 0.384 KN/m2(沿水平面分布)小計(jì) (0.4+0,4+0.5+1.4）/cos5.71 +0.384=3.097=

6、3.1KN/m2(沿水平面分布)注：（2）屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.7KN/m2屋面雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值 Sk=0.35KN/m2屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.9KN/m2 本廠房地震設(shè)防烈度為六度，因此可不考慮豎向地震作用。2. 荷載組合屋架強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮一下3種荷載組合：（1）全跨永久荷載設(shè)計(jì)值+全跨可變荷載設(shè)計(jì)值屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載（由永久荷載效應(yīng)控制的組合）屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載（由可變荷載效應(yīng)控制的組合）即 （2）全跨永久荷載設(shè)計(jì)值+半跨可變荷載設(shè)計(jì)值全跨永久荷載作用下節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值半跨可變荷載作用下節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值（3）全跨屋架（包括支撐）+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨屋架

7、（包括支撐）作用下的集中荷載設(shè)計(jì)值：半跨屋面板自重及半跨屋面活荷載作用下節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：由永久荷載控制的組合由可變荷載控制的組合 組合（1）、（2）為使用階段荷載，組合（3）為是施工階段荷載。屋架撓度驗(yàn)算時(shí)，考慮一下荷載組合（4）全跨永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值+全跨可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（由可變荷載效應(yīng)控制的組合）3. 桿件的內(nèi)力計(jì)算在半跨單元節(jié)點(diǎn)力作用下，各桿件內(nèi)力系數(shù)如下圖所示：4. 桿件的內(nèi)力組合內(nèi)力計(jì)算桿件桿件內(nèi)力系數(shù)組合（1） F1=53.64kN組合（2） F2=27.9kN，F(xiàn)3=20.16kN組合（3） F4=3.46kN，F(xiàn)5=23.94kN計(jì)算內(nèi)力kNP=1在左半跨在右半

8、跨全跨可變荷載 在左半跨可變荷載 在右半跨可變荷載 在左半跨可變荷載 在右半跨F1×F2× +F3×F2× +F1×F4× +F5×F4× +F5×上 弦 桿AB000000000BD-6.25-2.47-8.72-467.7408-369.288-293.0832-179.7962-89.303-467.7408DF-9.04-4.49-13.53-725.7492-559.7334-468.0054-263.2314-154.3044-725.7492FH-9.17-6.09-15.26-818.54

9、64-610.6212-548.5284-272.3294-198.5942-818.5464HI-7.38-7.38-14.71-789.0444-559.1898-559.1898-227.5738-227.5738-789.0444下 弦 桿ac3.481.254.73253.7172202.1238157.16799.67746.2908253.7172ce83.5311.53618.4692482.967392.8518231.4138124.402618.4692eg9.345.3114.65785.826597.0294515.7846274.2886177.8104785.82

10、6gi8.446.7315.17813.7188593.3934558.9198254.5418213.6044813.7188斜 腹 桿aB-6.53-2.34-8.87-475.7868-379.1178-294.6474-187.0184-86.7098-475.7868cB4.762.126.88369.0432287.9136234.6912137.759274.5576369.0432cD-3.14-2.03-5.44-291.8016-215.0784-192.7008-93.994-67.4206-291.8016eD1.91.83.7198.468141.534139.518

11、58.28855.894198.468eF0.71-1.75-2.46-131.9544-54.3204-103.9148.4858-50.4066-131.9544gF-0.451.561.1159.540421.89762.4186-6.932441.18762.4186gH1.55-1.530.021.072831.806-30.286837.1762-36.55937.1762iH-2.471.39-1.08-57.9312-79.9272-2.1096-62.868629.5398-79.9272豎 腹 桿aA-0.50-0.5-26.82-24.03-13.95-13.7-1.73

12、-26.82cC-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64eE-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64gG-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64iI0.970.97-1-53.64-8.3448-8.344819.761819.7618-53.64二.桿件的界面選擇1.上弦桿（1）使用階段承載力計(jì)算整個(gè)上弦桿采用等截面，按FG，GH桿件的最大設(shè)計(jì)值進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算計(jì)算長度最大腹桿壓力-475.79kN（aB腹桿），中間節(jié)點(diǎn)板厚度,支座節(jié)點(diǎn)板厚度.設(shè)，采用雙角鋼截面為B類截面（因?yàn)椋式孛嬉诉x

13、用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并。）查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表所需角鋼界面面積為：所需回轉(zhuǎn)半徑為根據(jù)所需的,A查角鋼規(guī)格，選用2140*90*12， （短肢相距10mm）短肢相并的角鋼，可近似地取由，查得，則滿足要求。（2）施工階段上弦穩(wěn)定性驗(yàn)算當(dāng)?shù)跹b右半跨吊裝屋面板時(shí)，左半跨屋架平面外計(jì)算長度這里為半跨上弦的長度查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，則因此，滿足要求允許半跨吊裝2.下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，最大內(nèi)力在gi桿 N=813.72 kN （拉力）計(jì)算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計(jì)算需要凈截面面積選用選用2125×80×10（短肢相并），A =39

14、.4c , ix =2 .26cm , iy =6.11cm （短肢相距10mm），按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取 所選截面滿足要求。eg桿內(nèi)的內(nèi)力接近813.72KN，桿內(nèi)有螺栓孔消弱，應(yīng)使得螺栓孔的位置直接點(diǎn)半邊緣的距離a>100mm3.端斜桿aB N =-475.787kN (壓力)因?yàn)?，故采用不等肢角鋼選用2100×80×10，A = 34.4 c , ix = 3.12cm , iy = 3.53cm 滿足長細(xì)比：的要求。由于長邊相連的不等邊雙角鋼，可以采用以下簡化公式：所以 由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。5. 斜腹桿（1） cB桿N

15、=369.042kN （拉力），L=2608mm， l0x =26080.8=2086.4mm l0y = l =2608mm、選用263×8，A =19.02c , ix =1.90cm , iy =3.02cm 所選截面合適。（2） cD桿N =-291.802kN （壓力），L=259mm， l0x =28590.8=2287.2mm l0y = l =2859mm選用263×8，A =19.02c , ix =1.90cm , iy =3.02cm 由于長邊相連的不等邊雙角鋼，可以采用以下簡化公式：所以 由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表0.56 所選截面合適

16、。（3） eD桿N =198.468kN （拉力），L=2859mm， l0x =28590.8=2287.2mm l0y = l =2859mm、選用250×5等邊角鋼，A =9.6c , ix =1.92cm , iy =2.45cm 所選截面合適。（4） eF桿N =-131.954kN （拉力），L=3129mm， l0x =31290.8=2503.2mm l0y = l =3129mm選用263×8，A =19.02c , ix =1.9cm , iy =3.02cm 由于長邊相連的不等邊雙角鋼，可以采用以下簡化公式：所以 由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)

17、表， 所選截面合適。（5） gF桿件N =62.42kN （拉力），L=3119mm， l0x =31190.8=2495.2mm l0y = l =3119mm、選用250×5等邊角鋼，A =9.6c , ix =1.92cm , iy =2.45cm 所選截面合適。為了減少桿件類別，對(duì)gH，Hi桿件分別采用，其內(nèi)力遠(yuǎn)小于eF桿件，滿足受力要求！6. 豎桿gG桿件，選用等邊角鋼（肢相距10mm）所以查得，則滿足要求（2） 豎桿aA 便于連接，選用263×8等邊角鋼組成。（3） Cc、Ee、Ii桿其受力情況與Gg想同，為了減少類別，采用想同的尺寸256×5所選截面

18、合適滿足要求?？偵希菁芨鳁U件截面匯總件表二節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)下弦節(jié)點(diǎn)c（圖）斜桿cB與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=369.04kN.設(shè)肢背與肢尖的焊縫尺寸均別為6mm,所需焊縫長度為肢背：肢尖：斜桿c與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=-291.8KN肢背：肢尖：豎桿cC與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=53.64KN因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸hf，焊縫長度>50mm.下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受兩節(jié)間的桿力差假設(shè)焊腳尺寸,滿足構(gòu)造要求。肢背：肢尖：2.上弦節(jié)點(diǎn)B（圖）斜桿Bc與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn)c中Bc桿計(jì)算相同。斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，N=-475

19、.79KN肢背和肢尖焊縫分別采用：hf8mm和 hf6mm肢背：肢尖：為了便于擱置屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣縮進(jìn)上弦肢背80mm，上弦角鋼與節(jié)點(diǎn)板間用槽焊連接.焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，計(jì)算時(shí)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。假定集中荷載P由槽焊縫承受，P53.64KN。上弦肢尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差N467.74-0467.74KN，因采用大型屋面板，一次節(jié)點(diǎn)板可以伸出屋架上弦，按實(shí)際焊縫長度（節(jié)點(diǎn)板滿焊）,按下列公式驗(yàn)算：肢背焊縫：肢背焊縫：滿足要求下弦拼接節(jié)點(diǎn)i下弦拼接桿處最大桿力為813.72kN，設(shè)焊腳尺寸為8mm，接頭一側(cè)需要的焊縫計(jì)算長度：拼接角鋼的總長度為

20、：取400mm下弦與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算，設(shè)焊腳尺寸為6mm，則實(shí)際焊縫尺寸為200mm，滿足設(shè)計(jì)要求。屋脊節(jié)點(diǎn)I上弦拼接處最大桿力,上弦一側(cè)所需焊縫長度,假設(shè)hf8mm，每一側(cè)邊界角鋼與上弦所需的焊縫長度拼接角鋼的長度為上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫較長，且屋脊節(jié)點(diǎn)的桿件內(nèi)力差較小，起焊縫可按構(gòu)造滿焊。支座節(jié)點(diǎn)a1） 支座底板計(jì)算支座處屋架反力：C30混凝土，鉚桿直徑取d=25mm，孔徑，則支座底板需要面積：底板尺寸取250mm350mm=87500鉚栓墊板采用-100mm100mm20mm，孔徑，底板實(shí)際應(yīng)力為：節(jié)點(diǎn)板，加勁肋將底板分成四塊相同的相鄰兩邊支撐板根據(jù)幾何關(guān)系，可得查表可得，底板上的最大

21、彎矩為底板的厚度為根據(jù)構(gòu)造要求，取底板厚度t=2mm材料表構(gòu)件編號(hào)截面尺寸長度數(shù)量重量正反重量kg/m單個(gè)kg小計(jì)kg合計(jì)kgGWJ-22L140X90X10120642217.475210.8184843.27362199.4352L110X70X8120002210.946131.352525.4082L63X8199047.46914.8633159.453242L100X80X102535413.47634.16166136.64662L63X5260844.82212.5757850.30312L56X5229044.2519.7347938.939162L80X8285949.65827.61222110.44892L50X5285943.7710.7784343.113722L56X5259044.25111.0100944.040362L63X531294