鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-某車間28米跨三角形鋼屋架設(shè)計(jì)

00鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：目錄結(jié)構(gòu)形式及支撐布置荷載計(jì)算內(nèi)力計(jì)算截面設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：某車間28米跨三角形鋼屋架設(shè)計(jì)專業(yè)：浙江樹人大學(xué)土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)131、結(jié)構(gòu)132日期：2016年09月至2016年11月設(shè)計(jì)資料1.房屋平面：102m×28m，跨度L=28m，柱距S=6m，建于杭州市近郊。2.屋面材料：波形石棉瓦（尺寸為1820×725×8），普通槽鋼檁條；屋面坡度i=1/2.5。3.屋架支承在鋼筋混凝土柱頂，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，柱頂標(biāo)高10.000m；房屋內(nèi)設(shè)有中級(jí)工作制橋式吊車。4.鋼材標(biāo)號(hào)：Q235B。5.焊條型號(hào)：E43型。6.屋架形式：腹桿體系為扇形的三角形屋架如下圖所示，屋架上弦等分為6個(gè)節(jié)間，桿件間幾何關(guān)系為AB=BC=CD，A1=12=A’2,C1⊥AA’，C3∥A2，C1∥E2。BBCD12A’A1501502770028000i=1/2.57.屋架承受的荷載（1）屋面均布活荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）0.40kN/m2（2）基本雪壓s0=0.45kN/m2（3）基本風(fēng)壓w0=0.45kN/m2（4）石棉瓦自重0.20kN/m2（5）槽鋼檁條自重（假定值）0.20kN/m2（6）屋架及支撐自重0.12＋0.011LkN/m28.運(yùn)輸時(shí)允許最大尺寸長(zhǎng)度≤19m，高度≤3.85m。9.主要參考資料（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）.（2）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）.（3）姚諫，趙滇生。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.（4）夏志斌、姚諫編著.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-方法與例題.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.（5）姚諫、夏志斌編著.鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計(jì).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.（6）姚諫主編.建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算實(shí)用手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.要求完成內(nèi)容：1.屋蓋支撐布置（1）計(jì)算屋架桿件幾何尺寸，結(jié)果用圖表示（畫半榀屋架，建議畫圖比例尺取1:100）；（2）支撐布置圖，比例尺取1:300。2.屋面檁條及支撐布置畫圖比例尺取1:150。3.屋架桿件截面設(shè)計(jì)（1）荷載計(jì)算；（2）桿件內(nèi)力計(jì)算，結(jié)果用圖表示；（3）桿件截面設(shè)計(jì)，結(jié)果匯總用表或圖表示。4.屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)并繪制節(jié)點(diǎn)施工詳圖用鉛筆繪制支座節(jié)點(diǎn)A、下弦一般節(jié)點(diǎn)1、下弦拼接節(jié)點(diǎn)2、上弦一般節(jié)點(diǎn)B和屋脊拼接節(jié)點(diǎn)G的施工詳圖，比例尺取1:10。二、結(jié)構(gòu)形式及支撐布置上弦平面橫向支撐圖、屋脊處垂直支撐圖三、荷載計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)值按屋面水平投影計(jì)算的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值石棉瓦自重0.20/0.9285=0.215（KN/m2）檁條自重（假設(shè)）0.2（KN/m2）屋架及支撐自重0.12+0.011L=0.12+0.011×28=0.428（KN/m2）永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值=0.843（KN/m2）取=0.84（KN/m2）上述材料自重值除檁條為假設(shè)外均查自《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009。雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（屋面水平投影）==1.0×0.45=0.45（KN/m2）屋面傾角a=21.8°＜25°，故=1.0。又雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于荷載規(guī)范規(guī)定的不上人屋面的均布可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5KN/m2，故取屋面可變荷載為=0.5KN/m2風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（垂直于受風(fēng)表面）=（KN/m2）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（垂直于受風(fēng)面）Sk=μrs0=0.45×1=0.45（kN/m2）因0.45<0.5，所以取qQk=0.5（kN/m2）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為迎風(fēng)面：ωk=1.0×(-0.33)×1×0.45=-0.1485(kN/m2)背風(fēng)面：ωk=1.0×(-0.5)×1×0.45=-0.225(kN/m2)節(jié)點(diǎn)荷載和節(jié)間荷載的設(shè)計(jì)值求屋架桿件軸心內(nèi)力時(shí)屋架節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值1.2×0.843+1.4×0.5=1.7116（kN/m2）P=（）×l×b=1.7116×6×27.7/6=47.41（kN）求上弦桿彎矩時(shí)的節(jié)間荷載設(shè)計(jì)值假設(shè)上弦桿自重的標(biāo)準(zhǔn)值為×0.428=0.107（kN/m2）求節(jié)間荷載時(shí)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為=0.843-0.428+0.107=0.522（kN/m2）設(shè)計(jì)值：檁距水平投影a=0.658m節(jié)間荷載設(shè)計(jì)值：四、內(nèi)力計(jì)算桿件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值.如圖①由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的屋面坡度為1/2.5的扇式三角形屋架桿件內(nèi)力系數(shù)如下圖所示，乘以節(jié)點(diǎn)荷載P=23.51KN，得桿件的軸心內(nèi)力下圖所示。上弦節(jié)間彎矩節(jié)間為簡(jiǎn)支跨時(shí)的簡(jiǎn)支梁最大彎矩為：邊跨：×8.056=6.45(kN/m2)中跨：5.1桿件尺寸圖5.2內(nèi)力系數(shù)圖5.3桿件軸力圖5.4上弦彎矩圖五截面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)三角形屋架的下弦桿截面。屋架在下弦節(jié)點(diǎn)2和屋脊節(jié)點(diǎn)G需設(shè)工地拼接，使屋架的A2G為一運(yùn)送單元，因而整個(gè)下弦桿可選用兩種截面規(guī)格而不會(huì)特地增設(shè)拼接。屋架高度h==5540(mm)屋面傾角=tan-1()=弦桿2-3的幾何長(zhǎng)度l=h(mm)弦桿A-1和1-2的幾何長(zhǎng)度L=(mm)①下弦桿A-2的截面設(shè)計(jì)由圖知N=295.69kNL0x=4016.2(mm)l0y=24016.2=8032.4(mm)考慮與屋架下弦平面支撐連接（螺栓d=20mm、d0=21.5mm）的需求，下弦桿角鋼外伸邊邊長(zhǎng)至少為70mm。因屋架只承受靜力荷載，對(duì)拉桿可只計(jì)算其在豎向平面內(nèi)的長(zhǎng)細(xì)比（見附表1.17注1，[]=350）。需要的截面回轉(zhuǎn)半徑為需要的凈截面積為設(shè)所選用的角鋼厚t=5mm，需要的毛截面積為（每一角鋼外伸邊有一個(gè)d0=21.5mm的孔）A=An+2d0t=13.75+22.150.5=15.9(cm2)由需要的ix和A，從附表2.1和附表2.2可選用下列兩種截面（⊥）2805：A=2()，；或2（長(zhǎng)邊外伸）：A=，考慮等邊角鋼易于備料，決定選用。驗(yàn)算：An=，可，可②下弦桿的截面設(shè)計(jì)N=177.41kN需要凈截面積需要毛截面積（設(shè)角鋼厚t=6mm）需要由需要的A和,并考慮構(gòu)造要求角鋼外伸邊邊長(zhǎng)bmm、厚度t=6mm,從附表2.2選用下列截面：（⊥，長(zhǎng)邊外伸），如考慮不等邊角鋼不易備料，就只能選用下列截面（⊥）：今按截面進(jìn)行驗(yàn)算：,可，可③受壓主腹桿D-2N=92.25KN=0.8×6169.8=4935.84mm,=6169.8mm首先暫不考錄繞y軸彎曲扭屈曲，按彎曲屈曲初選截面，設(shè)λ=λx=λy=130,由Q235鋼b類截面查附表1.20，得ψ=0.387,需要（cm2）由附表2.1得可供選用┐┌截面的最小尺寸為2∠110×14，A=29.056×2=58.112=3.32，=4.96(節(jié)點(diǎn)板厚10mm)截面驗(yàn)算：,可繞截面對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)考慮彎扭屈曲影響，用換算長(zhǎng)細(xì)比代替。對(duì)于由等邊雙角鋼組成的T形截面，當(dāng)時(shí)，取今0.58Loy/b=0.58×6169.8/110=32.5>b/t=110/14=7.9故由λx=148.67和b類截面查附表1.20，得ψ=0.312如選用更小的截面，經(jīng)驗(yàn)算，不能滿足要求。④受壓主腹桿B-2N=63.87KNLox=0.8L=0.8×7900×0.3714=2347mm,Loy=1.0L=2933.8mm首先暫不考錄繞y軸彎曲扭屈曲，按彎曲屈曲初選截面，設(shè)λ=λx=λy=130,由Q235鋼b類截面查附表1.20，得ψ=0.387,需要ix≧Lox/λx=234.7/130=1.81(cm）iy≧Loy/λy=293.38/130=2.26(cm)由附表2.1得可供選用┐┌截面的最小尺寸為2∠56×8，A=8.367×2=16.734Ix=1.68，iy=2.75(節(jié)點(diǎn)板厚10)截面驗(yàn)算：λx=Lox/ix=234.7/1.68=139.7<[λ]=150,可λy=Loy/iy=293.38/2.75=106.7繞截面對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)考慮彎扭屈曲影響，用換算長(zhǎng)細(xì)比λyz代替λy。對(duì)于由等邊雙角鋼組成的T形截面，當(dāng)時(shí)，取今0.58Loy/b=0.58×293.38/56=30.4>b/t=56/8=7故由λx=139.7和b類截面查附表1.20，得ψ=0.346如選用更小的截面，經(jīng)驗(yàn)算，不能滿足要求。設(shè)計(jì)三角形屋架中上弦桿的截面。已知在節(jié)點(diǎn)A、B、C、D等處有側(cè)向支撐（見圖5.1）整個(gè)上弦桿擬采用同一截面。截面按受力最大的端部節(jié)間A-B選用。N=-318.4KN試選。（對(duì)角鋼背）（對(duì)角鋼趾尖）彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定驗(yàn)算AB桿為兩端支撐構(gòu)件，同時(shí)有端彎矩和橫向荷載作用，節(jié)間產(chǎn)生反向曲率，故，可按Q235鋼、b類截面查附表1.20，得。歐拉臨界力：按公式驗(yàn)算按公式驗(yàn)算彎矩作用平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算查得按公式截面的強(qiáng)度驗(yàn)算設(shè)每個(gè)角鋼水平邊上有一個(gè)的螺栓孔，供連接橫向支撐系統(tǒng)用，則角鋼水平邊上有2個(gè)孔處截面的形心軸位置和慣性矩。按公式驗(yàn)算（4）板件的局部穩(wěn)定性驗(yàn)算上述計(jì)算中取9.屋架支撐系統(tǒng)中的系桿截面尺寸常根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比要求確定。（1）剛性系桿按軸心受壓構(gòu)件考慮單節(jié)點(diǎn)板雙面角鋼截面以十字截面為最大,因而采用雙角鋼組成的十字截面如圖9.24(a)所示.其主軸與水平方向傾斜,取計(jì)算長(zhǎng)度=0.9×600=540（cm）軸心受壓支撐構(gòu)件的最大長(zhǎng)細(xì)比為［λ］=200需要截面回轉(zhuǎn)半徑為：選用2∠70×5;A=13.75㎝2，,可。（2）柔性系桿按軸心受拉構(gòu)件考慮采用單角鋼截面如圖9.24（b）所示。（斜平面）當(dāng)?。郐耍?400時(shí)，需要選用1∠70×5；A=6.875cm2，,可。當(dāng)取［λ］=350時(shí)，需要選用1∠80×5；A=7.912，,可。剛性系桿的截面面積約為柔性系桿的2倍，故正確設(shè)置剛性系桿或柔性系桿，極為重要。節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載的計(jì)算假設(shè)屋架下弦橫向支撐桁架承受風(fēng)荷載的受風(fēng)面積如下圖虛線所為部分，并以抗風(fēng)柱間的中線劃分各柱的受風(fēng)范圍。當(dāng)風(fēng)沿房屋縱向吹時(shí)，山墻面的房屋體形系數(shù)為最大。（《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2001第32頁）風(fēng)荷載的設(shè)計(jì)值為屋頂頂部分虛線直線的斜率為2.5/12，節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載為內(nèi)力分析支撐桁架中的斜腹桿長(zhǎng)度如上圖所示假設(shè)屋架交叉斜桿只受拉力，圖中的虛線斜桿因受壓而退出工作支撐桁架兩端反力NDF=(41.43.14.35)×7.2115/6=32.55(KN)NFB=（41.43-14.35-22.937）×4.9723/6=3.433（KN）NBb=-(41.43-14.35)=-27.08(KN)NBA=-P3=-8.275(KN)截面設(shè)計(jì)斜桿DF選用單角鋼接截面容許長(zhǎng)細(xì)比【λ】=400支撐平面內(nèi)lox=05l=0.5×721.15=360.575cm需要Imin=iv≥360.575/400=0.901cm支撐平面外，loy=l=721.51cm需要Imin=ix≥721.51/400=1.803cmA≥NDF/085f=23.55×10∧3/(0.85×215×10∧-2)=1.78cm2式中0.85為單面連接單角鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)選用角鋼1∠63x5，供給A=4.978cm2，ix=1.9671cm>1.803cm,iv=1.26cm>0.901cm,可。斜桿FB選用單角鋼接截面容許長(zhǎng)細(xì)比【λ】=400支撐平面內(nèi)lox=05l=0.5×497.23=248.15cm需要Imin=iv≥248.615/400=0.622cm支撐平面外，loy=l=497.23cm需要Imin=ix≥497.23/400=1243cm式中0.85為單面連接單角鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)選用角鋼1∠45x5，供給A=2.659cm2，ix=1.40cm>1.243cm,iv=0.89m>0.622cm,可。斜桿CF選用雙角鋼十字截面容許長(zhǎng)細(xì)比【λ】=200，lo=0.9l=0.9×3.69332=3.323988=332.4cmImin=iv≥lo/【λ】=1.662cm選用2∠45x5，供給A=2.659，iu=1.78cm驗(yàn)算：λ=lo/iu=332.4/1.76=188.8<【λ】=200,可ψ=0.190（b類截面，查附表1.20）截面由最大長(zhǎng)細(xì)比控制，縱向構(gòu)件CF也可選用2∠45x5組成的十字界面。六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)桿件名稱桿件截面軸線距離角鋼背面焊縫角鋼趾部焊縫備注短壓桿B-1、C-1└56×415560450單面連接長(zhǎng)壓桿D-2┰56×415560450短拉桿D-1└45×4155100460單面連接長(zhǎng)拉桿G-4-2G端┰45×41551104602端7050中央吊桿G-3└90×56×615550550短邊單面連接下弦桿A-1╩90×56×6156200585短邊相連、長(zhǎng)邊外伸上弦桿┰110×830————（1）雙角鋼T形截面桿件角鋼背面角焊縫角鋼趾部角焊縫式中角鋼背面和趾部側(cè)面角焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)和為（見表2,3-3）：對(duì)等邊角鋼，和；對(duì)短邊相連、長(zhǎng)邊外伸的不等邊角鋼（下弦桿和中央吊桿），。（2）單面連接的單角鋼桿件角鋼背面角焊縫角鋼趾部角焊縫式中0.85為單面連接單角鋼的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)（見附表1.5）下弦一般節(jié)點(diǎn)1（1）繪制節(jié)點(diǎn)詳圖按節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)“五部曲”，畫出匯交于節(jié)點(diǎn)1的各桿件軸線、輪廓線，確定節(jié)點(diǎn)板形狀與尺寸如下圖所示（軸線至桿件角鋼背面的距離和腹桿與節(jié)點(diǎn)板間的連接焊縫尺寸按表8.6-1取值）。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算由節(jié)點(diǎn)詳圖中按比例量得（以下簡(jiǎn)稱“量得”）實(shí)際焊縫長(zhǎng)度，其計(jì)算長(zhǎng)度（暫?。┬枰獦?gòu)造要求采用，滿足要求。上弦一般節(jié)點(diǎn)B繪制節(jié)點(diǎn)詳圖節(jié)點(diǎn)板上部縮進(jìn)上弦桿角鋼背面8mm（以方便安放檁條），取上弦桿與短桿壓桿輪廓間距為20mm，軸線至桿件角鋼背面的距離和腹桿與節(jié)點(diǎn)板間的連接焊縫尺寸按表8.6-1取值。按節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)“五部曲”繪制的節(jié)點(diǎn)詳圖如圖8.6-14所示。上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算節(jié)點(diǎn)荷載P=23.46KN假定全部由上弦桿角鋼背部槽焊縫承受，焊縫尺寸hf1=t2=10/2=5mm（t為節(jié)點(diǎn)板厚度），其連接焊縫強(qiáng)度按公式（8.6-1）計(jì)算。本題因P值很小，焊縫強(qiáng)度不必計(jì)算。上弦桿角鋼趾部的角焊縫承受節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿內(nèi)力差△N=N1－N2及其偏心彎矩△M的共同作用，其中（見圖8.6-12a）△N=N1－N2=347.44－320.47=26.97KN由圖8.6-14中量得實(shí)際焊縫長(zhǎng)度l2=170mm，計(jì)算長(zhǎng)度≈170－10=160mm按角焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式（8.6-3），需要屋脊拼接點(diǎn)弦桿壓力265.0kN,節(jié)點(diǎn)荷載43.31kN.1.拼接角鋼的構(gòu)造和計(jì)算拼接處左.右弦桿端部空襲取40mm需要拼接的角鋼長(zhǎng)度=2為保證拼接處的剛度，實(shí)際采用拼接角鋼長(zhǎng)度此外，因屋面坡度較大，應(yīng)該將拼接角鋼的豎直邊切口△3取70mm先鉆孔在切割，然后冷彎對(duì)其焊接2.繪制節(jié)點(diǎn)詳圖3.拼接接頭每側(cè)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算近似按照同時(shí)承受公式確定豎向力V和坡向力△N=0.15N計(jì)算豎向力V==265*0.3714-坡向力△N=0.15N=0.15*2