土木工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、土木工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)土木工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)XX大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：三角形鋼屋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院 系 土木建筑學(xué)院專業(yè)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期2222年2月31日目錄 1設(shè)計(jì)背景1 1.1設(shè)計(jì)資料1 1.2屋架形式2 2設(shè)計(jì)方案2 2.1楝條布置3 2.2支撐布置3 3方案實(shí)施5 3.1屋架節(jié)點(diǎn)荷 載計(jì)算5 3.2屋架桿件內(nèi)力計(jì)算5 3.3截面設(shè)計(jì)6 3.4節(jié)點(diǎn)設(shè) 計(jì)13 4施工圖18 1設(shè)計(jì)背景1.1設(shè)計(jì)資料 廠房位于江門 市，為單層單跨結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度 120m,檐口高度15m,屋面 材料采用壓型鋼板。屋架簡(jiǎn)支于混泥土柱上，柱的混泥土等級(jí)為C30 ,柱頂截面尺寸為。其中略去楝條設(shè)計(jì)，不考慮

2、抗震設(shè)防。廠房柱距：6m三角形鋼屋架，半跨如圖(1b),總跨度為24mo 弦桿截面形式：(2a)雙角鋼T形截面 (1b)荷載取值：*永久荷載：水平 投影標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)壓型鋼板(含保溫)0.35楝條0.05屋架 及支撐(0.12+0.011 24) *可變荷載：屋面活荷載 0.30+ (46-43) >43/2000根據(jù)該地區(qū)的溫度及荷載性質(zhì)，鋼材采用Q235-B其設(shè)計(jì)強(qiáng)度，焊條采用E43型,手工焊接。構(gòu)件采用鋼板及熱軋型鋼， 構(gòu)件與支撐的連接用 M16普通 螺栓。1.2屋架形式三角形鋼屋架：全跨如圖 圖1屋架形式2設(shè)計(jì)方案2.1屋架尺寸、楝條間 距屋架計(jì)算跨度：=300=24000

3、 300=23700mm 屋面傾角：屋架跨中的高度為：上弦長(zhǎng)度：節(jié)間長(zhǎng)度：楝條間距：節(jié)間水平投影長(zhǎng)度：a=2553 >0.9285=2370mm屋架幾何尺寸見(jiàn)圖 2。圖2屋架幾何尺寸（單位：mm） 2.2楝條布置 楝條布置：楝條采用槽鋼楝條，跨度為 6m,直接支承于鋼屋架上，除 節(jié)點(diǎn)上各放一根外，在每節(jié)間放兩根，楝距為2553/ 3=851mm,楝條間跨中設(shè)一根拉條（|）10棕條跨度大于4m）。2.3支撐布置 根據(jù)廠房總長(zhǎng)度120m60m,跨度為24m, 為了使屋蓋結(jié)構(gòu)成為具有足夠空間剛度和穩(wěn)定性的受力體系可在廠房?jī)啥说牡诙_(kāi)間（因第一開(kāi)間尺寸為 5.5m）和廠房中部（兩橫向支撐間距超過(guò)

4、60m）設(shè)置三道上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐及垂直支撐（沿廠房的縱向：屋架的垂直支撐應(yīng)與上、下弦橫向水平支撐設(shè)置在同一柱間；沿廠房的橫向當(dāng)跨度18m時(shí)，在同一開(kāi)間兩根相鄰 屋架的腹桿間宜設(shè)置兩道（在跨度1/3左右處各一道）；并在下弦跨中央設(shè)置一道通長(zhǎng)的柔性系桿。此外，在廠房?jī)啥说牡谝婚_(kāi)間下弦各設(shè)置三道剛性系桿（上弦因有楝條可不設(shè)系桿）。由于該廠房處在非采暖地區(qū)，縱向溫度區(qū)（垂直于屋架或構(gòu)架跨度方向）120m 圖3屋架支撐布置（單位；mm） （a） 上弦橫向水平支撐；（b）下弦橫向水平支撐；（c）垂直支撐3 方案實(shí)施3.1屋架節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算 1,永久荷載計(jì)算（對(duì)輕屋 面，可只考慮可變荷載效應(yīng)

5、控制的組合）：永久荷載：水平投影標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）壓型鋼板（含保溫）：0. 35楝條和拉條：0. 05屋架及支撐：0.12+0.011 24=0.384 =0.784 2,可變荷載計(jì)算（屋面坡度較小，風(fēng)荷載為吸力，可不考慮風(fēng)荷載和積灰荷載影響）：可變荷載：水平投影標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）屋面活荷載：0.30+ （46-43）必3/2000=0.3645 =0.3645 3 .屋架上弦在節(jié)點(diǎn) 處的集中荷載 屋架上弦在節(jié)點(diǎn)處的集中荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制的組合為 F= ( 1.2 >0.784+1.4私3645 ) >X2.37=20,63 3.2屋架桿件內(nèi)力計(jì)算由于屋面坡度較小，風(fēng)

6、荷載為吸力，且遠(yuǎn)小于屋面永久荷載，故其與永久荷載組 合時(shí)不會(huì)增大桿件的內(nèi)力，因此不予考慮。芬克式屋架在半跨活荷載作用下，腹桿內(nèi)力不會(huì)變號(hào)，故 只需按全跨永久荷載與全跨可變荷載組合計(jì)算屋架桿件的 內(nèi)力。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)，十節(jié)間芬克式屋架，n=L /h=5 ,N=5.385165 ,F=11.18034,全跨恒載0.784 6X2.37=11.15,全跨活載 0.3645 6X2.37=5.18,先查得 桿件內(nèi)力系數(shù)，再乘以節(jié)點(diǎn)荷載，即可得由桿件內(nèi)力，分別 如下表1和下圖所示。表1注：負(fù)為受壓，正為受拉。圖4各桿的內(nèi)力圖(單位：KN) 3.3截面設(shè)計(jì) 一、 上弦桿彎矩 屋架上弦桿在節(jié)間荷

7、載作用下的彎矩，按下列近似公式計(jì)算：上弦桿端節(jié)的最大正彎矩其他節(jié)間的最大正彎矩和最大負(fù)彎矩 是視上弦節(jié)間桿端為簡(jiǎn)支梁的最大彎矩。計(jì)算時(shí)屋架及支撐自重僅考慮上弦桿重量，假設(shè)沿上弦桿為 0.25 o上弦桿節(jié)間集中荷載 =節(jié)間簡(jiǎn)支梁最大彎矩=端節(jié)間最大正彎矩 其他節(jié)間最大正彎矩和最大負(fù)彎矩彎矩圖如圖所示。圖5彎矩圖 二、 桿件截面選擇 先將各桿件內(nèi)力設(shè)計(jì) 值、幾何長(zhǎng)度、計(jì)算長(zhǎng)度入表 2內(nèi)，分別計(jì)算各桿件需要的 截面及填板，然后，填入表中。按弦桿最大內(nèi)力-282.73kN,由表2選由中間節(jié)點(diǎn)板厚度為10mm ,支座節(jié)點(diǎn)板厚度為 12mm。（1）上弦桿（壓彎構(gòu)件）上弦桿內(nèi)力計(jì)有：，一；故該桿應(yīng)按壓彎桿計(jì)

8、算。整個(gè)上弦桿不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。圖6上弦截面（單位：mm） =-282.73, =255.3cm , =2=2 X255.3=510.6cm。選用2L100X1（fi成的T形截面，節(jié)點(diǎn)板厚為 10mm,查 型鋼表得：A=2 X 19.26=38.52 , W1x=Wxmax=2 63.29=126.58cm3 W2x=Wxmin=2< 25.06=50.12cm3 =3.05cm , =4.52cm 1）強(qiáng)度驗(yàn) 算（截面無(wú)削弱），截面強(qiáng)度驗(yàn)算由負(fù)彎矩控制：2）彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗(yàn)算：在節(jié)間，正彎矩使角鋼水平肢受壓， W1x=Wxmax ;在節(jié)點(diǎn) 處，負(fù)彎矩使角鋼水平肢受拉，

9、 W1x=Wxmin ,按b類截面 查附錄（軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表），按有端彎矩和橫向荷載同 時(shí)作用使弦桿產(chǎn)生反向曲率，故取等效彎矩系數(shù)采用最大正彎矩驗(yàn)算:=96.87+26.833=123.703N/mm2 N/mm2 用最大負(fù)彎矩驗(yàn)算:=96.87+44.517=141.387N/mm2 N/mm2 補(bǔ)充驗(yàn)算：平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定性均滿足要求。3）彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗(yàn)算。由負(fù)彎矩控制：,查附錄（軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表），（彎矩使翼緣受拉）。 在計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi)彎矩和曲率多次改變向號(hào)，為偏于安全，取。平面外長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定性均滿足要求。局部穩(wěn)定驗(yàn)算：對(duì)由2L 100*10組成的T形截面壓彎構(gòu)件：翼緣：滿

10、足局部穩(wěn)定要求。腹板：亦滿足要求。所選上弦桿截面完全滿足各項(xiàng)要求，截面適用。4）上弦填板的設(shè)置。一個(gè)角鋼對(duì)于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑，。上弦為壓桿，節(jié)間長(zhǎng)度為255.3cm,每節(jié)間設(shè)兩塊填板，則間距為：填板尺寸為。（2）下弦桿。下弦桿均為拉桿，整個(gè)下弦采用等截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。屋架平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度按最大節(jié)間，即；屋架平面外計(jì)算長(zhǎng) 度因跨中有一道系桿，故。下弦桿所需截面積為 選用2L ,采用短肢相并，。強(qiáng)度驗(yàn)算：下弦桿強(qiáng)度滿足要求。長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算：下弦桿長(zhǎng)細(xì)比滿足要求。所選下弦桿截面適用。下弦填板設(shè)置：一個(gè)角鋼對(duì)于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑，拉桿按節(jié)間設(shè)兩塊填板：填板尺寸為（3）中間豎

11、腹桿。中間豎腹桿，cm。對(duì)連接垂直支撐的屋架，采用2L 564組成的十字形截面,cm,單個(gè)角鋼 L 56 ,。按支撐壓桿驗(yàn)算容許長(zhǎng)細(xì)比。填板設(shè)置按壓桿考慮：，設(shè)置4塊，填板尺寸為（4）主斜腹桿、。主斜腹桿、兩桿采用相同截面，一內(nèi)力設(shè)計(jì)值為。所需凈截面面積 ，選用2L 454, 一 考慮桁架分為兩 小板運(yùn)輸時(shí)，主斜腹桿需用螺栓在工地拼接，安裝螺栓直徑 取16mm,螺孔直徑17.5mm,則實(shí)際。強(qiáng)度驗(yàn)算：容許長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算：填板設(shè)置按，、各設(shè)置兩塊，343.7/3=114.57cm110.4cm。填板尺寸為。(5)腹桿、。一 所需凈截面面積 ，選用2L 504,容許長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn) 算：按b類截面查附錄(軸心

12、受壓穩(wěn)定系數(shù)表)故腹桿、截面選用2L 504 o填板按，應(yīng)設(shè) 4塊墊板，因腹桿受力不大，且兩端焊于 節(jié)點(diǎn)板上，為減小焊縫起見(jiàn)，采用 4塊腹板，填板尺寸為。(6)腹桿、。2根桿均為壓桿、受力及長(zhǎng)度均小于桿，故可均按桿選用2L 454,只采用1塊填板，填板尺寸為。(7)腹桿、。兩者均為拉桿。一仍選用2L 504,驗(yàn)算如下：填板設(shè)置：按，設(shè)一塊，則，滿足條件只采用1塊填板，填板尺寸為桁架桿件計(jì)算列表，見(jiàn)表 2。桿件名稱 桿件 編號(hào) 內(nèi)力設(shè)計(jì)值（kN）計(jì)算長(zhǎng)度（mm） 選用截面 截面面積 A （cm2）桿件受力類型 長(zhǎng)細(xì)比 容許 長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算應(yīng)力（N/mm2）桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊 縫（mm） 填板

13、數(shù)（每節(jié)間）上弦AB、BC、CD、DE、EF、 -250.06 2553 5106 2L100X 1038.52 壓桿 83.7 112.1 150 0.480 117.02 6 90 560 2 下弦 AH、HJ、JM +232.11 4976 11850 2 75X 50X 5 1224 346 315 350 590550 2 腹桿 BH、EK - 19.19 245X4 6.98S*=F 350 550 550 1 CH、DK +25.79 1841 2L50X4 7.8 拉桿 =119.53 350 33.06 5 50 550 1 CJ、DJ -32.19 2283 2854 2L

14、50X 4 7.8壓桿 148.3 117.45 150 0.311 150 5 60 530 4 JK、 KF +103.16 3437 6874 245X6 6.98桿 249 306 350184.87 575 5 45 2 FM 0 4266 4266 2 L 56 X 4 10s4 桿=196 200 4 0 4266 4266 2L56X4 10.84 零桿=196 200 4表2屋架桿件截面 3.4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 本例只選擇幾個(gè)有代表性的、重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其余節(jié)點(diǎn)的 計(jì)算過(guò)程從略，可參見(jiàn)屋架施工圖。1 .屋脊節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖7）腹桿KF與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫， 查表得=160 （以下同），取

15、肢背和肢尖的焊腳尺寸分別為 =5mm和=5mm,則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：=+10=+10= + 10=71.7mm 故取=75mm。圖7屋脊節(jié)點(diǎn)(單位：mm) 故肢尖：=+10=+10= + 10=40.4mm 取=45mm。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=16mm ,取V=20mm ,并將豎肢切口后經(jīng)熱彎成型用 對(duì)接焊縫焊接。拼接接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為 =126.2mm取=130mm 拼接角鋼的總長(zhǎng)度為=2 (+10) +d=2 (130+10) +50=330mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的塞焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載 F /2,驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連

16、接按弦桿內(nèi)力的 15%計(jì)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(zhǎng)度為 660mm,則 節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為=(660/2) /-20-10 =(660/2 ) /0.9285 - 20- 10=325mm 焊縫應(yīng)力為 =18.6=24.8 =27.6 <=160由以上計(jì)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(zhǎng)度較大，故可按照構(gòu)造進(jìn)行滿焊，不必計(jì)算。2 .下弦拼接節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖 8)圖8下弦拼節(jié)點(diǎn)(單位：mm)屋架跨度24m超過(guò)運(yùn)輸界限，故將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸 單元，在屋脊節(jié)點(diǎn) F和下弦節(jié)點(diǎn)J處設(shè)置工地拼接。腹桿桿端與節(jié)

17、點(diǎn)板的焊縫連接按JK、JC和JD中最大內(nèi)力=77.37 計(jì)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(zhǎng)度分別為肢背：=+10=+10=56.3mm 故取 60mm。肢尖：=+10=+10=22.8mm 故按構(gòu)造取 30mm。拼接角鋼采用與下弦桿相同截面，肢背處削棱，豎肢切V=t+5=15mm。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(jì)算 長(zhǎng)度為 =117.5mm 故取 120mm。節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度=2 (+10) +10=2 (120+10) +10=270mm 下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為270mm。hf=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(jì)算，N=206.32-128.95=77.37kN。受力較大的肢背處所受的焊縫應(yīng)力為：=26.57N/mm2mm )各腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算從略，節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸如圖10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(zhǎng)度分別為肢背：=+10=+10=28.68mm 故取 30