電大本科鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計.pdf

一、設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計任務(wù)書 （一）題目（一）題目 單層廠房鋼屋蓋 （二）設(shè)計要求（二）設(shè)計要求 1、屋蓋支撐布置說明布置原則、依據(jù)。 2、設(shè)計一個普通鋼屋架：節(jié)點荷載計算、桿件內(nèi)力計算、桿件內(nèi)力組 合、桿件截面 、截面設(shè)計四個點型節(jié)點，附全部計算書。 3、繪制施工圖：內(nèi)容包括支撐布置圖，屋架結(jié)構(gòu)圖圖中注明計算內(nèi)力 和選定的截面，支座節(jié)點、上弦一般節(jié)點、下弦拼接接點、屋脊節(jié)點。 （三）設(shè)計資料（三）設(shè)計資料 1、鋼屋架跨度為 24m，屋架間距 b=6m，屋架支座高度 H0=2m，屋架坡 度 i=1/12，屋架上弦節(jié)間長度 d=3m。 2、屋面采用 1.5m*6.0m，預應力鋼筋混凝土屋面板和卷材屋面（由二 氈三油防水層， 2cm 厚水泥砂漿找平層及 8cm 厚的泡沫混凝土保溫層組成） 。 屋架坡度 i=1/12，屋架選用梯形鋼屋架，跨中高度 H=3.25m，屋架簡支在 鋼筋混凝土柱頂上，上柱截面取為 400mm*400mm，混凝土標號為 C20，當?shù)?基本雪壓為 0.7KN/m2,鋼材采用 Q235，B 級，焊條采用 E43 型，手工焊。 屋架上弦平面利用屋面板，用埋固的小鋼板和上弦桿焊住，代替水平 支撐，在屋架下弦平面的端部及兩側(cè)面端面布置水平及豎直支撐。 3、屋架計算跨度：l0=24m-2*0.15m=23.7m。 4、跨中及端部高度，此設(shè)計為無檀屋蓋方案，采用平板梯形屋架，取 屋架在 24m 軸線處的端部高度 h0=2.0m，屋架的中間高度 h=3m，則屋架在 23.7m 處， 兩端的高度 h0=2.0125m， 屋架跨中起拱按 l0/500 考慮， 取 48mm。 （四）設(shè)計依據(jù)（四）設(shè)計依據(jù) 1、 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2010 2、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2010 3、 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準GB50068-2001 4、 建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB5011-2010 5、 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018-2002 二、設(shè)計計算書二、設(shè)計計算書 （一）結(jié)構(gòu)形式與布置（一）結(jié)構(gòu)形式與布置 屋架形式及幾何尺寸見附圖1 根據(jù)廠房長度取 84m60m，跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水 平支撐，因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間， 設(shè)水平支撐的規(guī)格與中間柱網(wǎng)的支撐的規(guī)格有所不同，在所有柱間的上弦 平面布置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦 平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風荷載，在設(shè)置橫向水平 支撐的柱間，于是屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支梯，梯形鋼屋架支撐布 置附圖1 所示。 （二）荷載計算（二）荷載計算 1 1、恒載標準值：、恒載標準值： 防水層（二氈三油上鋪小石子）0.35 KN/m 2，沿屋面坡向分布。 找平層（20mm 厚水泥砂漿）0.4 KN/m 2，沿屋面坡向分布。 保溫屋（8cm 泡沫混凝土）0.45 KN/m 2，沿屋面坡向分布。 預應力混凝土屋面板（包括灌縫）1.4 KN/m 2，沿屋面坡向分布。 屋架自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算 I=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.38 KN/m 2，沿水平投影面分布。 2 2、活荷載標準值：、活荷載標準值： 屋面均部活荷載（不上人的屋面）0.7 KN/m 2，沿水平投影面分布。 雪載 S=S0（因屋面與水平面的傾角=arctan1/12=4.7615，故屋面 積雪分布系數(shù)=1.0） 。 風載：因=4.7615，風載體型系數(shù)=對屋面為吸力，故可不考慮風 載影響。 屋面荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時取較大荷載標準值進行計算， 因二者均為 0.7 KN/m 2，故可取其一，如屋面活荷載 0.7 KN/m2進行計算。 荷載計算如表1 表1荷載計算表 荷載名稱計算式 標準值 KN/m 2 設(shè)計值 KN/m 2 備注 防水層（二氈三油上 鋪小石子） 0.350.42沿屋面坡向分布 水 泥 砂 漿 找 平 層 （20mm 厚） 0.02*200.40.48沿屋面坡向分布 泡沫混凝土保溫層 （80mm 厚） 0.450.48沿屋面坡向分布 預應力混凝土屋面板 （含灌縫） 1.41.68沿屋面坡向分布 屋架和支撐自重0.12+0.011*240.380.46沿水平分布 恒載總和2.983.58 屋面均布活荷載0.70.98沿水平面分布， 計 算中取二者中的 較大值 雪荷載0.70.98 可變荷載總和0.70.98 注：由于屋面坡度不大，對荷載的影響較小，未予考慮。風荷載為吸 力，重屋蓋可不考慮。 3、荷載計算及匯總表？ 設(shè)計屋架時，應考慮以下三種荷載組合： （1）全跨永久荷載+全跨可變荷載 F=（3.56+0.98）*3*6=82.08KN （2）全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載：F1=3.58*3*6=64.44KN 半跨節(jié)點可變荷載：F2=0.98*3*6=17.64KN （3）全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載： 全跨節(jié)點屋架自重：F3=0.46*3*6=8.24KN 半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：F4=（1.68+0.46+0.98）*3*6=56.16KN （1） 、 （2）為使用節(jié)點荷載情況。 （3）為施工階段荷載情況。 （三）內(nèi)力計算（三）內(nèi)力計算 屋架上三種荷載作用下的計算簡圖如圖1 所示： （a）全跨永久荷載+全跨可變荷載 （b）全跨永久荷載+半跨可變荷載 （c）全跨屋架及支撐自重+半跨屋面板自重及活載 圖圖-1-1 屋架計算簡圖屋架計算簡圖 1、 用圖解法或數(shù)個解法解得 F=1 的屋架的內(nèi)力系數(shù)分別求出 （a） 、（b） 、 （c）三種情況屋架桿件的內(nèi)力。 2、 然后將求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合， 計算結(jié)果如表-2 所示。 屋頂上弦桿除了承受軸心壓力外，尚承受節(jié)點間集中荷載而產(chǎn)生的彎 矩。其值為： 第一節(jié)點：M=0.8M0=0.841.043/4=24.62KNM 中間節(jié)點：M=0.6M0=0.641.043/4=18.47KNM 中間節(jié)點：M=-0.6M0=-18.47KNM 在全跨恒載和全跨活載作用下，屋頂弦桿、豎桿和靠近支座斜桿的內(nèi) 力均比較大，在屋架及支撐自重和半跨屋面板與活載作用下，靠近跨中的 斜桿的內(nèi)力可能發(fā)生變號。 （四）桿件設(shè)計（四）桿件設(shè)計 1、上弦桿 按受力最大的弦桿設(shè)計，沿跨度全長載面保持不變。 上弦桿 DE 為壓彎桿件：N=972.65KN M=18.47 KNM lox=3000mm，loy=1500mm（由于上弦桿和屋面板埋設(shè)小鋼板并牢固焊 接，可代替水平支撐，故上弦桿平面外的計算長度 loy=1500mm） 腹桿最大內(nèi)力 N=574.56KN，查表得，中間節(jié)點板厚度選用 12mm，支座 節(jié)點板厚度選用 14mm。 設(shè)=90 查 Q235 鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得=0.621，b 類載面則所需載 面面積為：7285 215621. 0 1065.972 3 f N A 需要的回轉(zhuǎn)半徑：ix= lox/=3000/90=33.3mm iy= loy/=1500/90=16.67mm 根據(jù)需要 A， ix， iy 查角鋼規(guī)格表， 選用 216014， 肢背間距 a=12mm， 則：A=43.32=86.6cm 2 W1x=234.42=468.8cm 2 W2x=90.952=181.9cm 2 ix=4.92cmiy=7.07cm x= lox/ ix=3000/49.2=61.0y= loy/ iy=1500/70.7=21.2 =（x，y）max=61.0 滿足長細=150 的要求，查得=0.801，則 =MPa A N 52.143 106 .86801. 0 1056.995 2 3 215Mpa （1）按公式驗算彎距作用內(nèi)的穩(wěn)定性 查表得載面塑性發(fā)展系數(shù) y1x=1.05y2x=1.2 NEX=KN EA 6 .4105 0 .61 1014.751006. 2 2 252 2 2 此處節(jié)點間弦桿相當于兩端支撐有端彎距和橫向荷載同時作用，使構(gòu) 件產(chǎn)生反向曲率的情況，根據(jù)規(guī)范等效彎距系數(shù)m =0.85 將以上數(shù)據(jù)代入下式驗算作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性： )56.410/65.9728 . 01 (108 .46805. 1 1047.1785. 0 106 .86801. 0 1065.972 /8 . 01 ( 3 6 2 3 E m NNWy M A N =179.6N/mm2f=215N/ mm2 對于這種 T 形載面壓彎桿件，還應驗算載面另一側(cè)，即 )/25. 11 2 E m NNW M A N （ = )6 .4105/65.97225. 11 (109 .18105. 1 1047.1885. 0 106 .86 1065.972 3 6 2 3 =4.5N/ mm 2 =06.12096.114=5.1N/ mm 2f=215N/ mm2 所以可保證弦桿彎距作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性。 （2）按下式驗算彎距作用平面外的穩(wěn)定性： y=loy/ iy=1500/70.7=21.2mm=150，查表得=0.966 對于雙角鋼 T 形載面的整體性系數(shù)： 96. 0 235 235 2 .210017. 01 235 0017. 01 f b 將以上數(shù)據(jù)代入下式驗算作整體穩(wěn)定性 3 6 2 3 1 108 .46896. 0 1047.1885. 0 106 .86966. 0 1065.972 W M A N b m =116.27+34.9=151.2N/mm 2 f=215 N/mm 2 所以可保證彎距作用平面外的穩(wěn)定性。 （3）強度驗算： 由于上弦桿兩端得彎距比較大，同時 W 2 較小，因此，需按下式驗算節(jié) 點負彎距載面無翼緣一邊的強度： 3 6 2 3 2 109 .1812 . 1 1047.18 106 .86 1065.972 z W M A N =112.3+84.6=196.9N/mm 2 f=215 N/mm 2 因 BC，CD，DE 的彎距值和 Efd 相同，而軸心力均小于 EF，為了簡化制 造工作，故用 EF 相同的載面尺寸而不必驗算。 上弦桿 AB，N=0，M=24.62KNm 3 6 2 109 .1812 . 1 1062.24 z W M =112.8 N/mm 2f=215 N/mm2 2、下弦桿 按軸心拉桿設(shè)計，沿全長截面不變，截面采用等肢角鋼拼合，最大設(shè) 計拉力： Nma=927.5KN lox=600cmloy=1200cmA= 2 3 10215 105 .927 f N =43.14cm 2 選用 210012，A=22.82=45.6cm2 可滿足要求。 ix=3.03cmx= lox/ ix=600/3.03=198.02=350 由于此屋頂不受動力作用，故可反驗算在豎直平面內(nèi)的長細比。 3、斜腹桿 （1）端斜腹桿 Ab N=-574.56KNlox=loy=3631cm 因為 Lox=Loy，故采用不等肢角鋼，長肢相并使 LoxLoy，選用 216010010，則 A=225.3=50.6 cm2ix=5.14cmiy=4.05cm 65.895 .401 .36364.7014. 51 .363iyloxixlox， 65.89max y， 滿足長細比 則的要求，查得623. 0150 2 3 106 .50623. 0 1056.574 A N =182.3Mpa215Mpa 所選截面合適。 （2）其它斜腹桿 Bb：N=357.87KN，lox=0.8loy=300cmloy=3750cm 選用 2806，則 A=29.4=18.8cm 2， ix=2.47cm， iy=3.73cm ，54.10073. 337546.12147. 2300 iy lox y ix lox 46.121max y， 滿足長細 2 3 108 .18 1087.375 150 A N 的要求，則 =190.4Mpa215Mpa bD：N=-205.2KN，lox=0.8loy=325.6cmloy=407cm 選用 2907，則 A=212.3=24.6cm 2， ix=2.78cm， iy=4.14cm 31.9814. 440712.11778. 26 .325 iy loy y ix lox ， 12.117max y， 滿足長細比， 則的要求，查得453. 0150 2 3 106 .24453. 0 102 .205 A N =184.14 Mpa215Mpa 所選截面合適。 Dc：N=85.52KN，lox=0.8loy=325.6cmloy=407cm 選用 2805，則 A=27.91=15.58cm 2， ix=2.48cm， iy=3.71cm 31.9871. 340712.11748. 26 .325 iy loy y ix lox ， 12.117max y， 滿足長細比， =150 的要求，則 2 3 1058.15 1052.85 A N =54.89Mpa215Mpa 所選截面合適。 4、豎桿 （1）端豎桿 Aa N=-41.04KN，lox=201.25cmloy=201.25cm 由于桿件內(nèi)力較小，按 =150 選擇 ix= lox/=201.25/150=1.34cm，iy= loy/ iy =201.25/150=1.34cm 查表，選截面的 ix，iy 較上述計算值略大， 選用 2634，則 A=24.98=9.96cm 2， ix=1.96cm， iy=3.02cm 64.6602. 325.20168.10296. 125.201 iy loy y ix lox ， 68.102max y， 滿足長細比， 則的要求，查得538. 0150 2 3 1096. 9538. 0 1004.41 A N =76.6Mpa215Mpa所選截面合適。 表表-2-2 屋架構(gòu)件內(nèi)力計算及內(nèi)力組合表屋架構(gòu)件內(nèi)力計算及內(nèi)力組合表 桿件名稱 內(nèi)力系數(shù)（Fi=1) 第一種組合 F 第二種組合 全跨 左半跨 右半跨 F1+ F2 F1+ F2 F3+ F4 上弦 AB000000 BC9.3773.4769.32727.28663.78470.33 CD9.427.053.5773.19731.39668.76473.55 DE11.857.95.85972.65902.97866.81541.31 下弦 ab5.94.61.97484.27461.34414.95306.95 bc11.38.54.78927.5870.17812.49545.2 斜腹桿 aB75.672.41574.56551.1493.59376.11 Bb4.363.051.9357.87334.76314.47207.21 bD2.51.321.75205.2184.38191.9794.73 Dc0.70.251.4257.449.5270.1619.81 豎桿 Aa0.50.501.0241.0432.2232.2 Cb1.01.0082.0282.0864.4464.4 Ec0.02001.641.291.290.16 表表-3-3 各桿件內(nèi)力及截面選擇表各桿件內(nèi)力及截面選擇表 構(gòu)件設(shè)計內(nèi)力計算長度（cm) 截面形式 和規(guī)格 截面面 積 （cm 2) 截面抵 抗矩 （cm 3) 回轉(zhuǎn)半徑長細比 編號N(KN)M(KNm)loxloyix(cm)iy(cm)x 上 弦AB024.62300150 2 160 1486.6468.84.927.0761 桿 BC 769.3218.47300150 2 160 1486.6468.84.927.0761 CD 773.1918.47300150 2 160 1486.6468.84.927.0761 DE 972.6518