梯形鋼屋架課程設(shè)計任務(wù)書

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計任 務(wù) 書 與 指 導(dǎo) 書華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院建工系鋼結(jié)構(gòu)教研室二0一四年元月 任 務(wù) 書一、 題目：廠房××m鋼屋架設(shè)計二、 目的通過鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，進一步了解鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)布置和受力特點，掌握鋼結(jié)構(gòu)的計算簡圖、荷載組合和內(nèi)力分析，掌握鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求等。綜合應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的材料、連接和基本構(gòu)件的基本理論、基本知識，進行整體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，并繪制鋼結(jié)構(gòu)施工圖。三、 設(shè)計資料某車間跨度為24（21，27，30）m，廠房總長度102m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺50/10t中級工作制軟鉤橋式吊車，地區(qū)計算溫度高于-20，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防

2、烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為18m；采用1.5×6 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，級防水，卷材屋面，桁架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為450×450mm，混凝土強度等級為C25，屋架采用的鋼材及焊條為：學(xué)號（編號）為單號的同學(xué)用Q235B鋼，焊條為E43型；學(xué)號（編號）為雙號的同學(xué)用Q345鋼，焊條為E50型。屋架形式四、 設(shè)計任務(wù)及要求1. 完成設(shè)計計算書一份內(nèi)容：（1） 設(shè)計資料、設(shè)計依據(jù)（2） 選擇鋼屋架的材料，并明確提出對保證項目的要求；（3） 確定屋架形式及幾何尺寸，屋蓋及支撐布置；（4） 進行荷載匯集、桿件內(nèi)力計算、內(nèi)力組合，選擇各桿件截

3、面；（5） 節(jié)點設(shè)計：設(shè)計下弦節(jié)點、上弦節(jié)點、再分式腹桿節(jié)點、支座節(jié)點、屋脊節(jié)點及下弦中央節(jié)點等。（6） 填板設(shè)計（7） 材料統(tǒng)計要求：（1）書寫工整（不能用圓珠筆或鉛筆），表示要清楚，計算步驟明確，計算公式和數(shù)據(jù)來源應(yīng)有依據(jù)；（2）圖表應(yīng)用得當(dāng)（應(yīng)附有與設(shè)計有關(guān)的插圖和說明），各種圖形應(yīng)按比例并用儀器繪制。2. 繪制鋼屋架施工圖（A1一張）（1） 屋架幾何尺寸和內(nèi)力簡圖（1:100）；（2） 構(gòu)件詳圖：屋架正立面圖（軸線圖比例1:20，節(jié)點及桿件比例1:10）,上、下弦平面圖，端部側(cè)面圖、跨中及中間部位剖面圖；（3） 零件或節(jié)點大樣圖（1:5）；（4） 材料表；（5） 設(shè)計說明。要求：圖紙應(yīng)

4、符合房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 500012001）和建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 501052001）的要求；五、 設(shè)計題目排列1. 每人單獨設(shè)計一榀屋架。屋架的跨度L（m）、端部高度H0（m）、屋面坡度i及荷載形式按下面列表的序號選擇（按班級、學(xué)號依次選題）。荷載一屋面坡度i=1/10屋面坡度i=1/11屋面坡度i=1/12 跨度高度2124273021242730212427301.701975989991.741310017211.7825229633101.803714411845221.8426330734111.883815421946231.9027431835121.943

5、916432047241.982832362.0404448荷載二屋面坡度i=1/10屋面坡度i=1/11屋面坡度i=1/12 跨度高度2124273021242730212427301.704953571.746165691.787350775481581.808562896693701.847451785582591.888663906794711.907552795683601.948764916895721.987680842.0889296序號姓名序號姓名序號姓名1尹國旗11李佳輝21周能源2趙祥12嚴(yán)君22馬泉3肖悅13欒曉23彭智文4金如雪14屈永昌24戴勁松5周曉蒙15蔣偉光2

6、5許科峰6盧曼思16茹幸26李旭7曾偉17龐龍旭27張輝8茹意18張浩笛28王世東9翟強19呂思祺29阿不來提·司提10薛鵬鵬20李春來30程威威序號姓名序號姓名序號姓名31周丹峰41陶佳音51黃聰32盧鳳華42唐良兵52李翀33嚴(yán)杰43張繼元53謝致遠(yuǎn)34張指銘44王康54李文龍35楊康45周康55石清泉36易山山46李奕然56李達(dá)37張奧47常劍文57郭建38朱鵬48張立寶58鐘安華39龍歡49郭思言59陽嘶锜40楊潤芳50曾凱60李伯維序號姓名序號姓名序號姓名序號姓名61王春海71胡欣昕81石凱91黃萬里62段天龍72胡梅82唐康政92付帥華63帕合迪尼·艾買提73羅

7、迪83羅晨昊93龍?zhí)?4尤詠梅74吳南方84肖自鋼94何思成65宋玉鵬75寧莎麗85徐金誠95阿布都如蘇力·依米提66劉鵬76趙一鳴86黃亮96陳俊波67井小龍77翟宇軒87吳雙97陸仲恒68趙宇78張誠誠88陳國鵬98鄧剛69帕多諾79駱江成89方尚武99楊堯70楊威80朱家昆90汪洋100梁賽荷載一（標(biāo)準(zhǔn)值）永久荷載：改性瀝青防水層0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂漿找平層 0.40kN/m280厚泡沫混凝土保溫層0.6kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.5kN/m2懸掛管道0.15N/m2屋架和支撐自重為（0.120+0.011L）kN/m2可變荷載基本風(fēng)壓：0

8、.35 kN/m2基本雪壓：（不與活荷載同時考慮）0.5kN/m2積灰荷載0.5kN/m2不上人屋面活荷載0.7kN/m2（可變荷載可按水平投影面積計算）荷載二（標(biāo)準(zhǔn)值）永久荷載：改性瀝青防水層0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂漿找平層0.4kN/m2150厚加氣混凝土保溫層0.9kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（包括灌縫）1.4kN/m2懸掛管道0.10N/m2屋架和支撐自重為（0.120+0.011L）kN/m2可變荷載基本風(fēng)壓：0.40 kN/m2基本雪壓：（不與活荷載同時考慮）0.5kN/m2積灰荷載0.7kN/m2不上人屋面活荷載0.7kN/m2（可變荷載可按水平投影面積計算）注

9、意事項1.節(jié)點設(shè)計的基本要求（1）各桿件的形心線位置盡量與屋架幾何軸線重合，并交于節(jié)點中心，以避免由于偏心所產(chǎn)生的附加彎距。（焊接桁架中應(yīng)調(diào)整為5mm的倍數(shù)）（2）節(jié)點強度一般應(yīng)高于相連接的桿件的承載力。（3）節(jié)點的傳力路線明確，構(gòu)造形式便于制作和安裝。（4）角鋼的切斷面一般與其軸線垂直，需要斜切時只能切肢尖。2.節(jié)點板設(shè)計節(jié)點板的形狀和尺寸在繪制施工圖時決定，節(jié)點板的形狀應(yīng)簡單，如矩形、梯形等，必要時也可以繪制成其它形狀，但至少應(yīng)有2條平行邊；節(jié)點板厚度按表9.6.4選定，同一榀屋架中除支座節(jié)點板比其它節(jié)點板厚2mm外，其余厚度均一致。按比例畫出各桿件尺寸，考慮構(gòu)造要求后（各桿件之間應(yīng)留有空

10、隙a，在承受靜力荷載時a20mm，在承受動力荷載時a50mm）；畫出各桿件在節(jié)點處角鋼切斷位置。3.施工圖繪制施工圖需明確屋架幾何尺寸，各部分詳圖，相關(guān)尺寸，構(gòu)件所用鋼材的鋼號、材料規(guī)格，連接材料的強度指標(biāo)、規(guī)格，焊條型號，焊縫長度、厚度，防腐處理等。 起拱：跨度較大的屋架，特別是荷載較大時，中間撓度較大，因此為確保安全使用和外部美觀，一般跨度24m的梯形屋架中間起拱約為跨度的1/500。1）通常在圖紙的左上角用合適的比例畫以屋架簡圖。一半標(biāo)出幾何長度，另一半標(biāo)出桿件的計算內(nèi)力值。 2）屋架的正面圖。其軸線圖與節(jié)點圖可取不同比例，如軸線可用1:20，桿件截面和節(jié)點尺寸可用1:10，以使節(jié)點畫清

11、楚些。 3）屋架上下弦桿的平面圖、屋架端部和跨中的側(cè)面圖及必要的剖面圖，零件詳圖。 4）標(biāo)注尺寸，要全部注明各桿件和板件的定位尺寸和孔洞位置等，零件詳圖的定形尺寸。 5）編制材料表，對所有零件應(yīng)進行詳細(xì)編號，編號應(yīng)按零件的主次、上下，左右一定的順序逐一進行。 6）文字說明包括所用鋼材的鋼號及保證項目；焊條型號，焊接方法和質(zhì)量要求；圖紙上未注明的焊縫和栓孔尺寸要求；油漆、加工和運輸要求等。指 導(dǎo) 書一、教學(xué)要求1. 了解普通鋼屋架設(shè)計的全過程；2. 學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)施工圖的繪制和結(jié)構(gòu)計算書的編制方法3. 了解鋼屋蓋支撐體系的作用并能正確布置支撐；4. 掌握鋼屋架的內(nèi)力計算、桿件截面選擇，節(jié)點設(shè)計的方法；

12、5. 掌握焊接連接的構(gòu)造要求。二、屋架形式及主要尺寸的確定在確定鋼屋架外形時，應(yīng)滿足適用、經(jīng)濟和制造安裝方便的原則。腹桿和節(jié)點數(shù)盡量少，應(yīng)使短桿受壓，長桿受拉，桿件夾角宜在30°60°之間。屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、高度、節(jié)間寬度。跨度一般以3m為模數(shù)。計算跨度：L0=L-2×150mm卷材防水屋面上弦坡度為：1/81/12 時，跨中高度一般為：（1/61/10）L；端部高度常用：H01.82.2m；上弦節(jié)間長度應(yīng)等于大型屋面板的寬度。三、支撐布置根據(jù)車間長度，屋架跨度，荷載情況，以及吊車設(shè)置情況，宜布置三道上、下弦橫向水平支撐，垂直支撐和系桿，屋脊節(jié)點及屋架

13、支座處沿廠房通長設(shè)置剛性系桿，屋架下弦沿跨中通長設(shè)一道柔性系桿。凡與支撐連接的屋架可編號為GWJA，其它編號均為GWJB。四、屋架的內(nèi)力計算1.計算的基本假定節(jié)點均為鉸接；所有桿件的軸線均位于同一平面內(nèi)，且同心交匯于節(jié)點；荷載均作用于節(jié)點。2.荷載計算屋面活荷載與雪載一般不會同時出現(xiàn)，可取其中較大者進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）可按經(jīng)驗公式計算。荷載計算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對屋面為吸力，起卸載作用，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。3.荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載（3）

14、 全跨屋架與支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載4.內(nèi)力計算按圖解法、解釋法、電算法均可計算屋架各桿內(nèi)力。先求出單位荷載作用于各節(jié)點時的內(nèi)力，即內(nèi)力系數(shù)，然后可求出當(dāng)荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點時的桿件內(nèi)力，并求出三種荷載組合下的杯件內(nèi)力取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為設(shè)計屋架的依據(jù)?？闪斜碛嬎恪？缰懈浇备辜膬?nèi)力發(fā)生變號，由于考慮了施工階段荷載的不利分布。如果按照正確的施工方法，屋面板采用對稱吊裝，就不會出現(xiàn)桿件內(nèi)力的變號。五、桿件的計算長度和長細(xì)比1. 桿件的計算長度表1桁架弦桿和單系腹桿的計算長度l0項次彎曲方向弦桿腹桿支座斜桿和支座豎桿其它腹桿1在桁架平面內(nèi)ll0.8l2在桁架平

15、面外l1ll3斜平面-l0.9 l注：1. l為構(gòu)件的幾何長度(節(jié)點中心間距離)；l1為桁架弦桿側(cè)向支承點之間的距離。 2. 斜平面系指與桁架平面斜交的平面，適用于構(gòu)件截面兩個主軸均不在桁架平面內(nèi)的單角鋼腹桿和十字形截面的腹桿。當(dāng)桁架弦桿側(cè)向支承點之間的距離為節(jié)間長度的2倍（見教材P291），且兩節(jié)間的弦桿軸心壓力不相同時，弦桿（包括再分式腹桿體系中的受壓腹桿）在平面外的計算長度應(yīng)按下式計算：2. 長細(xì)比壓桿：ll=150拉桿：ll=350有重級工作制吊車時ll=250六、桿件截面形式和截面選擇屋架跨度不大于30m時，上弦、下弦可不改變截面，按最大內(nèi)力設(shè)計。上弦桿計算長度，在屋梁平面內(nèi)，為節(jié)間

16、軸線長度。在屋梁平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況（按大型屋面板與屋梁保證三點焊，故取兩塊屋面板寬度），其計算長度大于屋架平面內(nèi)計算長度，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。原則：lxly節(jié)點板厚度需按腹桿的最大內(nèi)力選用。軸心拉桿，可按強度要求選擇截面。對軸心壓桿，可先假定長細(xì)比（弦桿=80100，腹桿100120）選擇截面再進行驗算。屋架所有的桿件還應(yīng)滿足長細(xì)比限值的要求。1. 上下弦桿上、下弦桿l0x=l，loy=l1，一般loy l0x（2倍以上）故通常采用短肢相并的不等邊角鋼T形截面(iy/ix2.8)。2. 支座腹桿支座腹桿l0x loy =l，故通常采用長肢相并的不等邊角鋼T形截

17、面(iy/ix0.9)。3. 一般腹桿一般腹桿 loy =l，l0x0.8 l，loy/ l0x1.25，故通常采用等邊角鋼T形截面(iy/ix1.5)。4. 再分式腹桿再分式主斜桿一般是loy/ l0x2，因桿件通常較短故通常采用等邊角鋼T形截面(iy/ix1.5)，必要時可用短肢相并的不等邊角鋼T形截面(iy/ix2.8)；再分式腹桿l0x loy =l，但一般是桿件短內(nèi)力小，故常較小規(guī)格的等邊角鋼T形截面(iy/ix0.9)。5. 跨中腹桿桁架正中豎桿，為保證屋架在運輸和安裝的方便，以及與正中垂直支撐和系桿連接不偏心，并獲得較大的剛度，通常采用等邊角鋼組成十形截面。6填板的設(shè)置雙角鋼T形

18、或十形截面是組合截面，應(yīng)每隔一定間距在兩角鋼間放置填板，以保證兩個角鋼能整體共同受力。填板間距對壓桿用ld40i1，對拉桿用ld80i1， i1一個角鋼對11形心軸的回轉(zhuǎn)半徑，一般桿件，每個節(jié)間的填板數(shù)2個（T形截面）和3個（十形截面）；在側(cè)向支承點間距2個節(jié)間的連續(xù)直通弦桿或腹桿中，每節(jié)間的填板數(shù)一般不得少于1個。7.截面選擇普通鋼屋架中所采用的角鋼規(guī)格不宜小于L45×5或L56×36×4。為了便于鋼材備料，在同一榀屋架中，角鋼規(guī)格不宜過多，一般為56種。（1） 軸心受拉：（2）軸心受壓：對于壓桿可先假定長細(xì)比l60100（弦桿）或l80120（腹桿）,查表得j

19、值，即可計算所需面積A。七、節(jié)點設(shè)計1.節(jié)點設(shè)計的基本要求（1）各桿件的形心線位置盡量與屋架幾何軸線重合，并交于節(jié)點中心，以避免由于偏心所產(chǎn)生的附加彎距。（焊接桁架中應(yīng)調(diào)整稱5mm的倍數(shù)）（2）節(jié)點強度一般應(yīng)高于相連接的桿件的承載力。（3）節(jié)點的傳力路線明確，構(gòu)造形式便于制作和安裝。（4）角鋼的切斷面一般與其軸線垂直，需要斜切時只能切肢尖。2.節(jié)點板設(shè)計節(jié)點的設(shè)計一般步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點板連接焊縫的焊腳尺寸和焊縫長度，然后根據(jù)此焊縫長度的大小按比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。用作圖法求節(jié)點板的形狀和大小時，應(yīng)按角度準(zhǔn)確畫出各桿件的軸線和輪廓線，各桿

20、件的形心線應(yīng)盡量與桿件軸線重合并取5mm的整數(shù)，再考慮桿件之間應(yīng)有的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例繪出各桿件端部及腹桿焊縫的位置，在此基礎(chǔ)上作出節(jié)點詳圖。節(jié)點板的形狀和尺寸在繪制施工圖時決定，形狀應(yīng)盡可能簡單、規(guī)則，至少有兩邊平行。如矩形、梯形、直角梯形等。節(jié)點板厚度按表91選定，同一榀屋架中除支座節(jié)點板比其它節(jié)點板厚2mm外，其余厚度均一致。按比例畫出各桿件尺寸，考慮構(gòu)造要求后（各桿件之間應(yīng)留有空隙a，在承受靜力荷載時a1020mm，在承受動力荷載時a50mm）；畫出各桿件在節(jié)點處角鋼切斷位置。桁架節(jié)點板在斜腹桿壓力作用下的穩(wěn)定應(yīng)符合： 對有豎腹桿的節(jié)點板，當(dāng)時，可不計算穩(wěn)定，否則應(yīng)進行穩(wěn)

21、定計算。且。（t節(jié)點板厚度） 對無豎腹桿的節(jié)點板，當(dāng)時，可不計算穩(wěn)定，否則應(yīng)進行穩(wěn)定計算。且。3.節(jié)點的計算與構(gòu)造（1）上弦節(jié)點（有集中力作用）腹桿與節(jié)點板的連接焊縫按各腹桿的內(nèi)力計算：lw1 、lw2 角鋼肢背和肢尖的焊縫計算長度l-2hfk1、k2角節(jié)點板的連接焊縫鋼肢背和肢尖的焊縫內(nèi)力分配系數(shù)。上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫的計算假定節(jié)點荷載P由塞焊縫來承受，則上弦肢背塞焊縫計算：上弦肢尖角焊縫只傳遞弦桿內(nèi)力差值，則上弦肢尖焊縫考慮偏心距的計算：（2）下弦一般節(jié)點（無節(jié)點集中荷載）腹桿與節(jié)點板的連接與（1）相同。下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫只傳遞弦桿內(nèi)力差值DNN1-N2，則:，由于DN較小，一般

22、所需焊縫可安構(gòu)造要求在節(jié)點板范圍內(nèi)進行滿焊。（3）上弦跨中拼接節(jié)點構(gòu)造 上弦桿在屋脊斷開處應(yīng)采用上弦桿截面相等的角鋼進行拼接，采用冷彎或熱彎成適當(dāng)坡度；拼接角鋼應(yīng)切肢削棱。切肢:D=t+hf+5mm計算弦桿與連接角鋼連接一側(cè)的焊縫長度為：可?。篘=Af拼接角鋼的長度L：L=2l1+b，b為間隙，常取b50mm左右。計算弦桿與節(jié)點板的連接焊縫時，假定節(jié)點荷載P由上弦角鋼肢背處的塞焊縫承受（滿焊可不驗算），肢尖與節(jié)點板的連接計算則按上弦內(nèi)力的15計算，即DN0.15Nmax，且考慮該力所產(chǎn)生的彎距M=0.15Ne（4）下弦拼接節(jié)點構(gòu)造：一般用與下弦桿相同的角鋼來拼接，拼接角鋼要削棱、切肢：D=t+

23、hf+5mm當(dāng)下弦肢寬大于130mm時，應(yīng)將接觸面斜切（為了傳力均勻）。計算弦桿與連接角鋼連接一側(cè)的焊縫長度為：可取：N=Af拼接角鋼的長度L：L=2l1+b，b為間隙，一般取1020mm。內(nèi)力較大一側(cè)的下弦桿與節(jié)點板之間的焊縫傳遞弦桿內(nèi)力之差DN，如DN過小則取弦桿較大內(nèi)力的15。弦桿與節(jié)點連接一側(cè)的焊縫強度按下式計算：肢背焊縫：肢尖焊縫：（5）支座節(jié)點屋架支承于鋼筋混凝土柱上，與柱子的連接一般按鉸接設(shè)計。構(gòu)造支座由底版、節(jié)點板、加勁肋和錨栓組成，加勁肋的高度和厚度與節(jié)點板相同。為了便于節(jié)點焊縫施焊，下弦角鋼水平肢與支座底板間的凈距c應(yīng)不小于下弦水平肢的寬度（同時c 130mm）。錨栓d=2

24、0-24mm，底板上錨栓孔的直徑一般取錨栓直徑的22.5倍，開成半圓帶矩形開口孔。計算底板面積和厚度的確定底板所需面積為：AAn+A0 A0 實際采用的錨栓孔面積。R支座反力fc混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值a底板平行于屋架平面的邊長尺寸，通常取240360b底板垂直于屋架平面的邊長尺寸，通常取240400。不得小于200。底板厚度:底板厚度按均不荷載下板的抗彎計算。其單位寬度的彎距為：M 兩相鄰支承邊支座底板單位寬度上的最大彎矩；b系數(shù)，按下表選用；q底板單位面積的壓力；a1兩相鄰支承邊對角線長度；b1支承邊交點至對角線的垂直距離。b1 /a10.30.40.50.60.70.80.91.0b0.0260.0420.0580.0720.0850.0920.1040.111則底板的厚度為：底板不宜太薄，一般t16mm。加勁肋與支座節(jié)點板連接焊縫可假定按傳遞支座反力的1/4計算，并考慮焊縫為偏心受力則：焊縫所受的剪力：， 焊縫所受的彎距：每塊加勁肋與支座節(jié)點板的連接焊縫計算公式為：節(jié)點板、加勁肋與支座底板的水平連接焊縫的計算公式為：lw節(jié)點板、加勁肋與支座底板的水平焊縫總長度。 八、施工圖繪制屋架施工圖是指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造和安裝的技術(shù)文件，同時也是編制工程預(yù)算的依據(jù)和工程竣工后的存檔資料。因此，務(wù)須做到清晰、明確，準(zhǔn)確無誤，表達(dá)詳盡