鋼結(jié)構(gòu)_課程設(shè)計(jì)

1、淮北廣播電視大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)專業(yè)：2013土木工程春 學(xué)號： 姓名：唐旭 一、設(shè)計(jì)題目：焊接梯形鋼屋架設(shè)計(jì)二、目的：通過課程設(shè)計(jì)掌握屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置方法。運(yùn)用有關(guān)力學(xué)和本課程所學(xué)的知識，對鋼屋架進(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. 某單層單跨工業(yè)廠房，跨度L(18 m，21 m，24 m)，長度102 m。2. 廠房柱距6 m，鋼筋混凝土柱，混凝土強(qiáng)度等級C20，上柱截面尺寸400400，鋼屋架支承在柱頂。3. 吊車一臺150 T，一臺30 T，吊車平臺標(biāo)高+12.000 m。4. 荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)）5. 屋架計(jì)算跨度，幾何尺寸及屋面坡

2、度見附圖1。6. 鋼材3號鋼、角鋼、鋼板各種規(guī)格齊全；有各種類型的焊條荷C級螺栓可供選用。7. 鋼屋架的制造、運(yùn)輸荷安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運(yùn)往工地安裝，最大運(yùn)輸長度16 m，運(yùn)輸高度3.85 m，工地有足夠的起重安裝條件。結(jié)構(gòu)形式與布置屋架幾何尺寸及屋架全跨上弦節(jié)點(diǎn)單位荷載作用下構(gòu)件內(nèi)力系數(shù)見圖1圖1(a) 18米跨屋架幾何尺寸圖1(b) 18米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖1(c) 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值屋蓋支撐布置根據(jù)支撐布置原則，有橋式吊車且吊車平臺較高時(shí)應(yīng)布置上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐以及垂直支撐。具體支撐位置如下頁圖2所

3、示。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 LG1 柔性系桿 LG2四、荷載和內(nèi)力計(jì)算1、荷載計(jì)算按屋面做法，以知各荷載標(biāo)準(zhǔn)值算出永久荷載設(shè)計(jì)值：對于永久性荷載，按公式 設(shè)計(jì)值=1.2X荷載標(biāo)準(zhǔn)值；對于可變荷載，按公式 設(shè)計(jì)值=1.4X荷載標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)按屋面活載及雪荷載兩者中取大值的原則，算出可變荷載的設(shè)計(jì)值。計(jì)算可列表1進(jìn)行。 序號荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（KN/）設(shè)計(jì)值（KN/）備 注1防水層（三氈四油，上鋪綠豆沙）0.50.62找平層（2厚水泥砂漿）0.80.963預(yù)應(yīng)力鋼筋砼大型屋面板（1.5×6.0 m）1.

4、31.564屋架自重（包括支撐重）0.3180.3816q=0.12+0.011L（L=21m）5保溫層0.40.486一氈二油隔氣層0.050.06永久荷載總重g3.4184.10167屋面活載0.70.988雪荷載0.350.499積灰荷載1.31.82可變荷載總重p2.352.80取7、8中大值+9值表1 荷載匯集表2、荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)應(yīng)考慮三種組合： (1) 全跨永久荷載+全跨可變荷載； P=(4.1016+2.8)×1.5×6=62.29KN(2) 全跨永久荷載+半跨可變荷載；P =4.1016×1.5×6=36.9144KNP=2.8

5、15;1.5×6=25.2KN(3) 全跨屋架支撐自重+半跨屋面板重+半跨可變荷載重；P=0.3816×1.5×6=3.4344KNP=（1.56+2.8）×1.5×6=39.24KN3、內(nèi)力計(jì)算 本實(shí)際采用程序計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表2。由表內(nèi)三種組合可見：組合一，對桿件計(jì)算主要起控制作用；組合二和組合三，可能引起跨中幾根斜腹桿發(fā)生內(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均與鋪設(shè)面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。桿件名稱編號內(nèi)力系數(shù)（F=1）第一種組合第二種組合第三種組合選定內(nèi)力(KN)左半跨（1）右半跨（2）全跨（3

6、）P×（3）P×（3）+ P×（2）P×（3）+ P×（1）P×（3）+ P×(1)P×（3）+ P×（2）上弦桿AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.00BD-4.371-1.850-6.221-386.414-386.414DF-5.636-3.357-8.993-558.595-558.595FG-6.861-5.319-12.180-758.692-565.365下弦桿ac2.5370.9333.470215.537215.537ce5.3252.

7、6377.962495.555495.555eg5.3123.9679.279576.360576.360斜腹桿aB-4.757-1.748-6.502-403.868-403.868Bc3.1581.5814.739294.360294.360cD-1.862-1.520-3.382-210.071-210.071De0.5401.3441.884117.02483.155103.416117.024eF0.615-1.305-0.690-42.859-9.973-32.88621.763-53.578-53.578Fg-1.6321.170-0.462-28.697-58.18112.43

8、0-65.62644.324-65.626豎桿Aa-0.5000.000-0.500-31.057-31.057Cc-1.0000.000-1.000-62.114-62.114Ee-1.0000.000-1.000-62.114-62.114Gg0.4060.4060.81250.43750.437表2 屋架桿件內(nèi)力組合表五、桿件截面設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)板厚：支座斜桿的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值，N=-403.868KN，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考可知：支座節(jié)點(diǎn)板厚t=12mm;中間節(jié)點(diǎn)板厚t=10mm.1、上弦桿 整個(gè)上弦桿采用相同截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。桿FG內(nèi)力最大：N=-565.365KN計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間

9、軸線長度=150.75.屋架平面外根據(jù)支撐，考慮到大型屋面能起到一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度=301.5 。由于2=，故選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢并聯(lián)。設(shè)=80，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.688需要截面面積A=需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的A、 查角型鋼表，初選2100×80×7（短肢相并），見圖3圖3上弦桿截面A=49.204 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算 由于b/t=140/10=14>0.56=0.56×3015/140=12.06則：由于>>,只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.791所選截面合適2、下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最

10、大內(nèi)力計(jì)算.桿eg內(nèi)力最大，N=576.360 KN計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=300 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=885計(jì)算需要凈截面面積選用2100×80×7(短肢相并），見上圖3A=49.024 按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取=A（若螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣距離大于100mm，則可不計(jì)截面削弱影響） 所選截面滿足要求。3、端斜桿aB 已知N=-403.868KN計(jì)算長度=253cm由于=，故選用兩個(gè)不等肢角鋼，且長肢并聯(lián)。設(shè)=80，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.688需要截面面積A=需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的A、 查角型鋼表，初選2100×80×70（

11、長肢相并），見上圖3A=34.334 按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算 由于b/t=80/10=8<0.48/b=0.48×2530/80=15.2則：由于>>,只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.517所選截面合適4、斜腹桿Bc已知N=294.360KN計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=0.8l=0.8×261.3=209.04cm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=l=261.3計(jì)算需要凈截面面積選用275×7 見圖4圖4 斜腹桿Bc截面A=20.32 截面驗(yàn)算 5、豎桿Gg 已知N=50.437KN計(jì)算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度=0.9l=0.9

12、5;289=260.1cm 屋架平面外根據(jù)支撐布置取=l=289選用263×8 見圖5圖5 豎桿Gg截面A=19.03 所選截面合適其余各桿截面選擇過程不一一列出，計(jì)算結(jié)果見下表2桿件計(jì)算內(nèi)力（KN）截面規(guī)格截面面積（cm）計(jì)算長度（cm）回轉(zhuǎn)半徑（cm）長細(xì)比容許長細(xì)比確定系數(shù)應(yīng)力（N/mm）填板（塊）名稱編號llii上弦桿FG-565.365短肢相并2100×80×749.204150.75301.52.394.7962.90.791145.26下弦桿eg576.360短肢相并2100×80×749.2043008852.394.79184

13、.8117.14斜腹桿aB-478.636長肢相并2100×80×734.3342532532.394.79105.90.517158.76Bc294.360T型275×720.32209.04261.32.303.4890.9144.86cD-210.071T型275×720.32229.12286.42.303.4899.60.558185.27De117.024T型256×816.73229.12286.41.682.75104.269.93eF-53.578T型290×827.888249.92312.42.764.0983.

14、00.66862.82Fg-65.626T型263×819.03249.92312.41.903.02131.50.38090.75豎桿Aa-31.057T型263×819.031991991.903.02104.70.52637.02Cc-62.114T型263×819.03183.22291.903.02196.40.57956.37Ee-62.114T型263×819.03207.22591.903.02109.10.49965.41Gg50.437T型263×8119.03260.1260.11.903.02136.826.50 表3

15、屋架桿件截面選擇表六、桿件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)“a”、“c ”、“E”、“H”四個(gè)典型節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)類同。采用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=160N/mm,最小焊縫長度不應(yīng)小于8和40mm.1、下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖6） 圖6 下弦節(jié)點(diǎn)c（1）斜桿Bc與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算N=294.360KN設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：肢背： 取實(shí)際焊縫長度200mm肢尖： 取實(shí)際焊縫長度100mm （2）斜桿cD與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算N=-210.071KN設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：肢背： 取實(shí)際焊縫長度150mm肢尖： 取實(shí)際焊縫長度80mm （3）豎桿Cc與節(jié)點(diǎn)板的

16、連接焊縫計(jì)算N=-62.114KN設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：肢背：< 取實(shí)際焊縫長度60mm肢尖： 取實(shí)際焊縫長度60mm(4)節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙和制作配裝等誤差，按比例作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)尺寸410×320 mm。如圖6所示(5)下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算：焊縫受力為左右下弦桿內(nèi)力差 N=495.555-215.337=280.218KN設(shè)焊縫尺寸為=5mm,肢背焊縫驗(yàn)算：滿足要求，故所選節(jié)點(diǎn)板符合。2、 上弦節(jié)點(diǎn)B 圖7 上弦節(jié)點(diǎn)B (1)斜桿Bc與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算與下弦節(jié)點(diǎn)c中Bc桿計(jì)算相同。焊縫尺寸為5mm

17、,肢背實(shí)際焊縫長度150mm,肢尖實(shí)際焊縫長度80mm。(2)斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算N=-403.868KN設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：肢背： 取實(shí)際焊縫長度270mm肢尖： 取實(shí)際焊縫長度150mm(3) 節(jié)點(diǎn)板尺寸：由腹板焊縫長度及構(gòu)造要求暫定尺寸360×260mm(如圖7)(4)上弦桿CDE與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫驗(yàn)算為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm,用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，計(jì)算時(shí)略去屋架上弦坡度的影響，假定集中荷載P=62.1144弦垂直。 肢背焊縫驗(yàn)算：=0.5t=5mm 肢尖焊縫驗(yàn)算：設(shè)

18、=8mm l-2=450-12=438mm N=386.414KN 滿足要求，故所選節(jié)點(diǎn)板符合3、 屋脊節(jié)點(diǎn)G（1）中豎桿Gg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫驗(yàn)算 N=50.437KN設(shè)焊縫尺寸為=5mm,所需焊縫長度為：肢背： 取實(shí)際焊縫長度50mm 肢尖： 取實(shí)際焊縫長度50mm （2）上弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算上弦桿一般用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的棱角削圓并切去垂直肢的一部分寬度=t+5=10+6+5=21mm。角鋼這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。N=-565.365KN設(shè)肢背、肢尖焊縫尺寸=6mm，則所需焊縫長度為

19、 取250mm拼接角鋼長度取2×250+50=550mm（3）上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算肢背焊縫驗(yàn)算：按槽焊縫計(jì)算 =0.5t=5mm P=62.29KN由得 故弦桿一側(cè)角鋼背部取實(shí)際焊縫長度130mm肢尖焊縫驗(yàn)算：設(shè)=6mm N=0.15N=0.15×565365=84.80475KN由及 代入 解得，=180mm故弦桿一側(cè)角鋼趾部取實(shí)際焊縫長度200mm(4) 節(jié)點(diǎn)板尺寸：由腹板及上弦板焊縫長度及構(gòu)造要求定尺寸 (如下圖)圖8 屋脊節(jié)點(diǎn)G 4、端部支座節(jié)點(diǎn)(1)下弦桿、腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=-31.057KN，設(shè)焊縫=6mm肢背：

20、取實(shí)際焊縫長度50mm肢尖：取實(shí)際焊縫長度50mm 斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算，N=478.636KN 設(shè)焊縫=6mm肢背： 取實(shí)際焊縫長度270mm肢尖：取實(shí)際焊縫長度120mm下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算，N=255.389KN 設(shè)焊縫=8mm肢背： 取實(shí)際焊縫長度130mm肢尖： 取實(shí)際焊縫長度60mm。（2）節(jié)點(diǎn)板尺寸： 由腹板及下弦桿焊縫長度及構(gòu)造要求定尺寸。(如圖9)（3）底板尺寸及厚度 支座反力R=（62.1144×13+0.5×62.1144×2）/2=372.6864KN，設(shè)底板上開口錨栓的直徑為40mm，底板承壓面積為A。構(gòu)造要求底板的平面尺寸最小約為240mm×240mm，故先假定底板尺寸為25mm×250mm。底板厚度可按相鄰兩邊支承的矩形板a×b由柱頂?shù)木挤戳=R/A=確定。板中單位寬度的彎矩為M=qa=0.058×6.08× (由=1/2查表確定)其中=2502=177mm ，=2=89mm 板的厚度為t又t最小厚度為20mm故取t