鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計七

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計任務(wù)書班級：學號：姓名：設(shè)計題目焊接梯形鋼屋架設(shè)計目的通過鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，掌握屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置和進行構(gòu)件編號的方法。運用有關(guān)力學和鋼結(jié)構(gòu)課程所學知識對鋼屋架進行內(nèi)力分析、桿件截面設(shè)計和節(jié)點設(shè)計。培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。設(shè)計資料1.廣東某廠房總長度90m，跨度根據(jù)不同的學號從附表中取21m，縱向柱距6m。2.鋼筋混凝土柱，柱的混凝土強度等級為C30，上柱截面尺寸400×400，梯形鋼屋架支撐在柱頂。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度。3.屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。4.屋架形式、幾何尺寸、屋架內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載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：用Q235鋼，焊條為E43型。均為手工焊。6.屋面做法及荷載標準值：無檁體系：采用1.5×6.0m預應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：①屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式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；②屋面各構(gòu)造層的荷載標準值：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KN/m2(按附表取)預應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫）1.40KN/m2③可變荷載：施工活荷載標準值為0.7KN/m2，雪荷載的基本雪壓標準值為S0=0.35KN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載根據(jù)不同學號按附表取KN/m2。7.鋼屋架的制造、運輸和安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運往工地安裝，最大運輸長度16m，運輸高度為3.85m，工地有足夠的起重安裝條件。四、設(shè)計內(nèi)容1.布置屋架和支撐。計算書上用小比例尺作屋架支撐的布置圖，并進行編號。鋼屋架代號GWJ。支撐代號：屋架上弦橫向水平支撐SC；屋架下弦橫向水平支撐XC；屋架下弦縱向水平支撐ZC；垂直支撐CC；剛性系桿GG；柔性系桿LG。2.對鋼屋架進行內(nèi)力、桿件截面尺寸的計算；設(shè)計一個下弦節(jié)點、一個上弦節(jié)點、屋脊節(jié)點、下弦中央節(jié)點及支座節(jié)點。3.繪制運輸單元的施工圖，其中包括屋架簡圖、屋架運輸單元正面圖、上下弦平面圖、必要的側(cè)面圖、剖面圖和零件大樣圖、材料表和設(shè)計說明等。設(shè)計的節(jié)點應(yīng)尺寸齊備，滿足構(gòu)造要求。五、設(shè)計要求1.計算書須書寫認真，插圖應(yīng)用鉛筆按一定比例繪制，做到眉目清晰，文圖配合。2.施工圖圖面布置合理，圖面整潔，線條清楚，圖紙應(yīng)符合《房屋建筑制圖統(tǒng)一標準（GB/T50001—2001）》和《建筑結(jié)構(gòu)制圖標準（GB/T50105—2001）》，達到施工圖的要求。3.屋架跨度、保溫層及積灰荷載取值見附表所示。請將自己的取值填入設(shè)計任務(wù)書中。六、參考資料1．中華人民共和國國家標準.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017--2002）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，20022．中華人民共和國國家標準.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009--2001）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，20013．中華人民共和國國家標準.房屋建筑制圖統(tǒng)一標準（GB/T50001—2001）.北京：中國計劃出版社，20014．中華人民共和國國家標準.建筑結(jié)構(gòu)制圖標準（GB/T50105—2001）.北京：中國計劃出版社，20014．夏志斌.鋼結(jié)構(gòu)—原理與設(shè)計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004．5．周綏平.鋼結(jié)構(gòu).武漢：武漢理工大學出版社，20036．陳紹蕃.房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004七、設(shè)計步驟及注意事項1．合理布置支撐體系，主要考慮：（1）上弦橫向水平支撐（2）下弦橫向水平支撐（3）下弦縱向水平支撐（4）垂直支撐（5）系桿（剛性或柔性）并在計算書上畫出屋架支撐布置圖，并對各榀屋架進行編號。2．荷載及內(nèi)力計算（1）屋面活荷載與屋面雪荷載不同時考慮，取較大值。（3）屋面積灰荷載按指定值計算，積灰荷載屬于可變荷載。（4）利用結(jié)構(gòu)的對稱性，可僅計算屋架左半跨桿件內(nèi)力。（5）計算屋架桿內(nèi)力時，應(yīng)考慮至少兩種荷載組合。（6）將屋面分布荷載轉(zhuǎn)化為屋架節(jié)點荷載，利用左半跨及全跨單位節(jié)點荷載內(nèi)力圖計算桿力。（7）確定各桿最不利內(nèi)力（最大拉力或最大壓力）3．桿件截面選擇（1）先按腹桿最大內(nèi)力查表確定中間節(jié)點板和支座節(jié)點板的厚度。（2）屋架桿件常采用雙角鋼組合組成的T形截面或十字形截面，要根據(jù)λx=λy的等穩(wěn)條件選擇合理的截面形式。（3）正確確定桿件的長細比，由軸心受力桿確定桿件截面及填板數(shù)量。（4）上弦桿，下弦桿，端斜桿，豎桿及其它腹桿（至少一根）截面選擇過程要在計算書內(nèi)詳細說明，其余桿件截面選擇可列表進行。（5）桿件截面規(guī)格不宜過多，與垂直支撐相連的豎桿截面則不宜小于2L63×5。4．節(jié)點設(shè)計（1）熟知節(jié)點設(shè)計的基本要求及一般步驟。（2）節(jié)點設(shè)計與施工圖繪制往往是同步進行的。（3）要在計算書內(nèi)寫出一般上下弦節(jié)點，下弦跨中節(jié)點，下弦支座節(jié)點及屋脊節(jié)點設(shè)計過程。5．屋架施工圖（1）以較小比例繪出屋架簡圖，左半跨標明桿件長度，右半跨注明桿件最不利內(nèi)力，以及起拱度（起拱度為跨度的1/500）。（2）屋架正面圖，上、下弦平面圖。（1：20）（3）側(cè)面圖，剖面圖（1：20）及某些節(jié)點或零件詳圖。（1：10）（4）標注尺寸，包括定位尺寸、加工尺寸等。定位尺寸應(yīng)包括桿件軸線至角鋼肢背的距離為5mm的倍數(shù)；節(jié)點中心至腹桿等桿件近端的距離；節(jié)點中心至節(jié)點板上下和左右邊緣的距離等。加工尺寸應(yīng)包括焊縫尺寸、孔洞尺寸等。拼接焊縫要注明工廠焊縫或工地焊縫。（5）對桿件和零件進行詳細編號并列入材料表，編號由主到次，從上到下，從左到右編寫。材料表為一榀屋架的材料用量表。（6）文字說明，包括鋼材標號，焊條型號、焊接方法和質(zhì)量要求；圖中未注明的焊縫和螺栓孔直徑尺寸；防腐做法以及圖中沒有表達或表達不夠清晰的內(nèi)容。6．按時完成設(shè)計任務(wù)，設(shè)計成果包括計算書和施工圖二部分，注意要將設(shè)計任務(wù)書裝訂在計算書前面。附表鋼屋架跨度、保溫層及積灰荷載的取值學號跨度保溫層積灰荷載219210.451.1附圖d.21米跨屋架幾何尺寸e．21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值f.21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值鋼結(jié)構(gòu)屋架計算書1.支撐布置上弦桿在屋架平面外的計算長度為與支撐節(jié)點相連的系桿間距，即端部為4.5225m，其余為3.015m。2.荷載（1）永久荷載（恒荷載）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0.45kN/m2預應(yīng)力混凝土屋面板（包括灌縫）1.4kN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L＝0.12+0.011*21＝0.35kN/m2總計3.0kN/m2（2）可變荷載：施工活荷載標準值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標準值為S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載按附表取1.1kN/m2。因活荷載大于雪荷載，故可變荷載取0.7+1.1＝1.8kN/m2恒荷載分項系數(shù)取1.2,則有,當恒荷載分項系數(shù)取1.35時則為4.05kN/m2?；詈奢d分項系數(shù)取1.4,則有。由于組合值3.6+2.52＝6.12kN/m2>4.05+0.7*0.7+0.95*1.1＝5.59kN/m2故可知道恒荷載不起控制作用。（3）荷載計算節(jié)點豎向荷載的計算面積取1.5m*6m,故恒載作用下的豎向荷載為：3.6*1.5*6＝32.4kN故活載作用下的豎向荷載為：2.52*1.5*6＝22.68kN(4)荷載組合合此例由于活荷載載大于雪荷荷載，故只只需考慮恒恒載與活載載的組合。這這種組合分分全跨活荷荷載與半跨跨活荷兩種種情形。將將組合的結(jié)結(jié)果列于下下表一（表中內(nèi)內(nèi)力系數(shù)可可參考附表表）屋屋架內(nèi)力組組合表表一桿件內(nèi)力系數(shù)單項荷載內(nèi)力內(nèi)力組合不利組合恒載活載全跨半跨全跨半跨恒+全恒+半上弦桿AB00000000A’B’00000000BC-7.472-5.31-242.0993-169.4665-120.4331-411.5558-362.5224-411.5558B’C’-7.472-2.162-242.0993-169.4665-49.03442-411.5558-291.1227-411.5558CD-7.472-5.31-242.0993-169.4665-120.4331-411.5558-362.5224-411.5558C’D’-7.472-2.162-242.0993-169.4665-49.03442-411.5558-291.1227-411.5558DE-11.2622-7.339-364.8889-255.4222-166.4449-620.3111-531.3337-620.3111D’E’-11.2622-3.923-364.8889-255.4222-88.97336-620.3111-453.8662-620.3111EF-11.2622-7.339-364.8889-255.4222-166.4449-620.3111-531.3337-620.3111E’F’-11.2622-3.923-364.8889-255.4222-88.97336-620.3111-453.8662-620.3111FG-12.18-6.861-394.6332-276.2442-155.6007-670.8774-550.2339-670.8774F’G’-12.18-5.319-394.6332-276.2442-120.6335-670.8774-515.2667-670.8774GH-12.18-6.861-394.6332-276.2442-155.6007-670.8774-550.2339-670.8774G’H’-12.18-5.319-394.6332-276.2442-120.6335-670.8774-515.2667-670.8774下弦桿ac4.13.01132.8492.98868.26688225.8288201.10668225.8288ce9.7446.663315.7066220.9944151.1177536.7000466.8222536.69995eg11.9627.326387.5699271.2988166.1544658.8677553.7222658.8677gg’11.7685.884381.2833266.8988133.4499648.1811514.7322648.18114g’e’11.9624.636387.5699271.2988105.1444658.8677492.7133658.8677e’c’9.7443.081315.7066220.994469.877536.7000385.5833536.69995c’a’4.11.09132.8492.98824.72122225.8288157.56112225.8288斜腹桿Ba-7.684-5.641-248.9662-174.2773-127.9338-423.2335-376.8999-423.2335B’a’-7.684-2.043-248.9662-174.2773-46.33552-423.2335-295.2997-423.2335Bc5.8083.96188.1799131.725589.813319.9055277.9922319.90446B’c’5.8081.848188.1799131.725541.913319.9055230.0922319.90446Dc-4.409-2.663-142.8552-99.99661-60.39668-242.8448-203.2448-242.8448D’c’-4.409-1.776-142.8552-99.99661-40.27997-242.8448-183.1331-242.8448De2.7921.22290.46163.32327.715153.7833118.1766153.78334D’e’2.7921.5790.46163.32335.608153.7833126.0688153.78334Fe-1.572-0.047-50.9333-35.6533-1.066-86.5866-51.9999-86.58558F’e’-1.572-1.525-50.9333-35.6533-34.5877-86.5866-85.5200-86.58558Fg0.328-1.03910.6277.439-23.565518.066-12.937718.066224F’g’0.3281.36710.6277.43931.00418.06641.63141.630776Hg0.7131.91323.10116.17143.38739.27266.48866.488004H’g’0.713-1.20023.10116.171-27.216639.272-4.11539.272004豎桿Aa-0.5-0.5-16.2-11.34-11.34-27.54-27.54-27.54A’a’-0.50-16.2-11.340-27.54-16.2-27.54Cc-1-1-32.4-22.68-22.68-55.08-55.08-55.08C’c’-10-32.4-22.680-55.08-32.4-55.08Ee-1-1-32.4-22.68-22.68-55.08-55.08-55.08E’e’-10-32.4-22.680-55.08-32.4-55.08Gg-1-1-32.4-22.68-22.68-55.08-55.08-55.08G’g’-10-32.4-22.680-55.08-32.4-55.08注:連接板板厚10mm,支座處12mmm。3.屋架桿件截面選選擇（參考考表二）4.節(jié)點連接計算（1）腹桿與節(jié)點板板連接焊縫縫腹桿桿與節(jié)點板板連接焊縫縫表三桿件名稱桿件編號截面規(guī)格（mmm)桿件內(nèi)力（kNN)肢背焊腳尺寸hhf1(mm)肢背焊縫長度ll,w(mm)肢尖焊腳尺寸hhf2(mm)肢尖焊縫長度ll,w(mm)斜腹桿12140×90××10-423.2335101706951380×8319.9055101306751480×8-242.8488101306601580×8155.783310756601663×6-86.5866756601763×641.6316756601863×666.488675660豎桿1963×6-27.546756602063×6-55.086756602163×6-55.086756602263×6-55.08675660注：計算焊縫長長度時，焊焊縫強度設(shè)設(shè)計值ffw取為160NN/mm22,l,w已計入2hf影響；焊焊縫最小構(gòu)構(gòu)造尺寸為為5-600mm。（2）節(jié)點設(shè)計有集中荷載節(jié)點點設(shè)計上弦BB節(jié)點圖上弦B節(jié)點側(cè)面面圖根據(jù)節(jié)點所匯交交腹桿端部部焊縫長度度所確定的的節(jié)點板尺尺寸，然后后驗算弦桿桿焊縫。例如，上弦節(jié)點點B處角鋼肢背背處的槽焊焊縫長度lw=4550-10＝440mmm,其中焊縫縫尺寸取節(jié)節(jié)點板厚度度的一半，即hf=0.5t=0.5*10=5mm。上弦節(jié)點槽焊縫承擔節(jié)點的集中荷載P=55.62kN,得可見槽焊縫一般般可滿足要要求，故只只需驗算肢肢尖焊縫。肢肢尖焊縫主主要傳遞弦弦桿兩端內(nèi)內(nèi)力差，此此時的△N＝-4155.6kNN?！鱉＝△N*e＝415..6*0..075＝31.117kN**m.肢尖焊縫安全。（2）拼接接點下弦拼接接點下弦拼接點圖跨度為21m的的屋架可分分為兩個運運送單元，在在跨中節(jié)點點采用工地地拼接。下下弦桿為125**80*77,拼接角角鋼與下弦弦桿采用相相同的規(guī)格格，豎肢切切去△＝t+hf+5=77+6+55=18mmm,取20mmm,桿件與拼拼接角鋼之之間焊腳尺尺寸采用hf=6mm，偏于安安全地取拼拼接角鋼截截面承載能能力N＝f*Ann=2155*28..2*1000=6006.3kkN。對于下弦桿與節(jié)節(jié)點板的連連接焊縫，由由于內(nèi)力較較大的一側(cè)側(cè)的下弦桿桿與節(jié)點板板之間的焊焊縫傳遞弦弦桿內(nèi)力之之差△N，如果△N過小，則則取弦桿較較大內(nèi)力的的15％。由于于此處的△N較小，故故取弦桿較較大內(nèi)力的的15％計算。肢背，肢尖焊縫縫尺寸均取取6mm,則其長度度分別為：：由計算可知，下下弦角鋼與與節(jié)點板的的連接可按按構(gòu)造要求求在節(jié)點板板范圍內(nèi)進進行滿焊。為便于拼接節(jié)點點定位，拼拼接角鋼兩兩側(cè)和在視視圖方向右右方腹桿上上布置安裝裝螺栓，豎豎肢切割后后尺寸較小小，不設(shè)安安裝螺栓。（3）一般節(jié)點一般拼接點圖如下弦節(jié)點C,,△N=5442.0--228..04=3313.996kN,,肢尖，肢肢背焊縫尺尺寸均取6mm,則其長度度分別為：：均小于節(jié)點圖的的195mmm，故符合合要求。（4）上弦拼接節(jié)點點上弦拼接節(jié)點圖圖拼接角鋼彩采用用與上弦桿桿相同的規(guī)規(guī)格的角鋼鋼，熱彎成成形。角焊焊縫采用hf=8mmm,按軸心等等強度設(shè)計計。拼接角鋼全截面面承載力為為拼接角鋼半長為為245++5＝250mmm?？傞L為2*2550＝500mmm。上弦桿尺寸為1160*1100*110,豎肢切去△＝t+hf+5=110+8++5=233mm,取25mmm,切肢后余余下高度為為160--25＝135mmm,可以安裝裝螺栓?！鱊取弦桿較大內(nèi)力力的15％計算，△N＝0.155*6777.5＝101..6kN,,e=755mm,△M＝△N*e＝101..6*0.075＝7.622kN*m.肢尖安全符合要要求。（5）支座節(jié)點梯形屋架中為了了便于施焊焊，下弦角角鋼的邊緣緣與底板的的距離e一般不小小于下弦伸伸出肢的寬寬度，故此此處取e＝135mmm。底板固固定于