鋼結構課程設計

1、-作者xxxx-日期xxxx鋼結構課程設計【精品文檔】土 建 專 業(yè)鋼 結 構課 程 設 計鋼結構課程設計一、課程設計的性質和任務鋼結構是土木工程專業(yè)的重要專業(yè)課，為了加強學生對基本理論的理解和鋼結構設計規(guī)范條文的應用，培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，必須在講完有關課程內容后，安排2周的課程設計，以提高學生的綜合運用能力。課程設計又是知識深化、拓寬的重要過程，也是對學生綜合素質與工程實踐能力的全面鍛煉，是實現(xiàn)本科培養(yǎng)目標的重要階段。通過課程設計，著重培養(yǎng)學生綜合分析和解決問題的能力以及嚴謹、扎實的工作作風。為學生將來走上工作崗位，順利完成設計任務奠定基礎。課程設計的任務是，通過進一步的設

2、計訓練，使學生熟悉鋼結構基本構件的設計和構造設計的基本原理和方法，具備一般鋼結構設計的基本技能；能夠根據不同情況，合理地選擇結構、構造方案，熟練地進行結構設計計算，并學會利用各種設計資料。二、課程設計基本要求課程設計是綜合性很強的專業(yè)訓練過程，對學生綜合素質的提高起著重要的作用?；疽笕缦拢?、時間要求。一般不少于2周；2、任務要求。在教師指導下，獨立完成一項給定的設計任務，編寫出符合要求的設計說明（計算）書，并繪制必要的施工圖。3、知識和能力要求。在課程設計工作中，能綜合應用各學科的理論知識與技能，去分析和解決工程實際問題，使理論深化，知識拓寬，專業(yè)技能得到進一步延伸。通過畢業(yè)設計，使學生

3、學會依據設計任務進行資料收集、和整理，能正確運用工具書，掌握鋼結構設計程序、方法和技術規(guī)范，提高工程設計計算、理論分析、技術文件編寫的能力，提高計算機的應用能力。三、課程設計的內容鋼結構課程設計的選題要符合教學基本要求，設計內容要有足夠的深度，使學生達到本專業(yè)基本能力的訓練。對學習好、能力強的學生，可適當加深加寬。題目：鋼屋架設計采用平面鋼屋架作為設計題目。設計內容包括：屋架內力計算、屋架桿件設計；節(jié)點設計；施工圖繪制以及材料用量計算等。完成的設計成果包括：結構設計計算書一份，施工圖13張（2號）。普通鋼屋架設計案例及設計指導參考題目：一、題目：普通梯形鋼屋架設計 （一）設計資料 鄭州某工業(yè)廠

4、房，長度102m，屋架間距6m×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板。水混珍珠巖制品保溫層10cm，20mm厚水混砂漿找平層，三氈四油防水層，屋面坡度1/10。屋架兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土C30，屋架跨度和屋面積灰荷載按指定的數(shù)據進行計算。 1、屋架跨度 （1）24m （2）27m 22 2 2 已知各類屋架幾何尺寸及半跨單位荷載作用下內力圖，按下列要求進行屋架設計，并繪制屋架施工圖。 （二）設計要求 1、由結構重要性，荷載特征（靜荷），連接方法（焊接）及工作溫度選用鋼材及焊條。 2、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

5、向水平支撐 （3）垂直支撐 （4）系桿（剛性或柔性） 并在計算書上畫出屋蓋支撐布置圖，并對各榀屋架進行編號 3、荷載及內力計算 （1）屋面恒載計算可參考教科書P285表7.6，其中水泥珍珠巖預制塊自重為4kN/m2。 （2）屋面活荷載與屋面雪荷載不同時考慮。 （3）屋面積灰荷載按指定值計算，積灰荷載屬于可變荷載。 （4）利用結構的對稱性，僅計算屋架左半跨桿件內力。 （5）計算屋架桿力時，應考慮三種荷載組合。 （6）將屋面分布荷載轉化為屋架節(jié)點荷載，利用左半跨單位節(jié)點荷載內力圖計算桿力。 （7）確定各桿最不利內力（最大拉力或最大壓力） 4、桿件截面選擇 （1）屋架桿件常采用雙角鋼組合組成的T形截

6、面或十字形截面，要根據x=y的等穩(wěn)條件選擇合理的截面形式。 （2）正確確定桿件的長細比，由軸心受力桿確定桿件截面及墊板數(shù)量。 （3）上弦桿，下弦桿，主斜桿截面選擇過程要在計算書內詳細說明，其余桿件截面選擇可列表進行（參見教科書P291，表7.8）。 （4）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。 5、節(jié)點設計 （1）熟知節(jié)點設計的基本要求及一般步驟。 （2）節(jié)點設計與施工圖繪制往往是同步進行的。 （3）要在計算書內寫出一般上下弦節(jié)點，下弦跨中節(jié)點，下弦支座節(jié)點及屋脊節(jié)點設計過程。 6、屋架施工圖 （1）用鉛筆繪制1#施工圖 （2）施工圖應包括 屋架簡圖（

7、比例1100），左半跨標明桿件長度，右半跨注明桿件最不利內力，以及超拱度。 屋架正面圖，上、下弦平面圖（有二個比例）。 側面圖，剖面圖及零件詳圖。 注明全部零件的編號，規(guī)格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直徑，焊縫尺寸以及對工廠加工和工地施工的要求。 材料表。 說明。 （三）按時完成設計任務，設計成果包括計算書和施工圖二部分。二、題目：普通輕型鋼屋架設計 （一）設計資料某廠房跨度為21m或24m，總長90m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、×預應力混凝土大型屋面板，20mm厚水泥砂漿找平，上鋪泡沫混凝土保溫層，三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層，一氈二油隔氣層；屋架鉸支于鋼筋

8、混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土強度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質，地震設防烈度為7度，屋架下弦標高為18m；廠房內橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。其中保溫層荷載、積灰荷載、屋架跨度和鋼材種類可以有多種不同的組合。（二）計算書編寫1、確定屋架型式與尺寸；選擇鋼材及焊接材料，并明確提出對保證項目的要求；2、進行屋蓋支撐布置，按比例繪出屋架結構及支撐的布置圖；3、進行荷載匯集、桿件內力計算、內力組合，選擇各桿件截面；4、設計下弦節(jié)點、上弦節(jié)點、支座節(jié)點、屋脊節(jié)點及下弦中央節(jié)點等。要求計算書內容要有系統(tǒng)地編排，字體要

9、端正，表示要清楚，計算步驟明確，計算公式和數(shù)據來源應有依據，并應附有與設計有關的插圖和說明。（三）施工圖繪制繪制鋼屋架施工圖，其中包括屋架簡圖、屋架結構圖、上下弦平面圖、必要的剖面圖和零件大樣圖、材料表和設計說明等。要求圖面清楚整潔，線條粗細分明，尺寸及標注齊全，符號及比例正確，構造合理，能表達設計意圖，符合國家制圖標準并與計算書一致。參考實例：鋼結構課程設計例題、設計資料某一單層單跨工業(yè)長房。廠房總長度為120m，柱距6m，跨度為27m。車間內設有兩臺中級工作制橋式吊車。該地區(qū)冬季最低溫度為20。屋面采用×預應力大型屋面板，屋面坡度為i=1:10。上鋪120mm厚泡沫混凝土保溫層和

10、三氈四油防水層等。屋面活荷載標準值為0.6kN/，雪荷載標準值為0.75kN/，積灰荷載標準值為0.5kN/。屋架采用梯形鋼屋架，其兩端鉸支于鋼勁混凝土柱上。柱頭截面為400mm×400mm，所用混凝土強度等級為C20。根據該地區(qū)的溫度及荷載性質，鋼材采用Q235AF，其設計強度f=215kN/,焊條采用E43型，手工焊接。構件采用鋼板及熱軋鋼勁，構件與支撐的連接用M20普通螺栓。屋架的計算跨度：Lo=270002×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（軸線處），h=2015mm（計算跨度處）。二、結構形式與布置屋架形式及幾何尺寸見圖1所示。 圖1 屋架形式及

11、幾何尺寸屋架支撐布置見圖2所示。符號說明：GWJ-（鋼屋架）；SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）； CC-（垂直支撐）；GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿） 圖2 屋架支撐布置圖三、荷載與內力計算荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，故取兩者較大的活荷載計算。永久荷載標準值放水層（三氈四油上鋪小石子） 0.35kN/找平層（20mm厚水泥砂漿） ×20=0.40kN/保溫層（120mm厚泡沫混凝土） 0.12*6=0.70kN/預應力混凝土大型屋面板 1.40kN/鋼屋架和支撐自重 ×27=kN/管道設備自重 0.10 kN/總計 87kN/可變荷載標準值雪荷載 0.75kN/積

12、灰荷載 0.50kN/總計 kN/× kN/（由可變荷載控制）×1kN/設計屋架時，應考慮以下三種組合：組合一 全跨永久荷載+全跨可變荷載 屋架上弦節(jié)點荷載+1.75) ×× kN組合二 全跨永久荷載+半跨可變荷載 屋架上弦節(jié)點荷載 =××6= kN =××6= kN組合三 全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷載 屋架上弦節(jié)點荷載 =0.417×××6= kN ××1.4) ×1.5×6=24.57 kN本設計采用程序計算桿件在單位

13、節(jié)點力作用下各桿件的內力系數(shù)，見表1。由表內三種組合可見：組合一，對桿件計算主要起控制作用；組合三，可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內力變號。如果施工過程中，在屋架兩側對稱均勻鋪設面板，則可避免內力變號而不用組合三。注：表內負責表示壓力；正值表示拉力圖3 屋架接點圖四、桿件截面設計腹桿最大內力，N=，由屋架節(jié)點板厚度參考可知：支座節(jié)點板剛度取14mm；其余節(jié)點板與墊板厚度取12mm。整個上弦桿采用相同一截面，按最大內力計算，N=計算長度： 屋架平面內取節(jié)間軸線長度= 屋架平面外根據支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)間長度：=3000cm因為2，故截面宜選用兩個不等肢角鋼

14、，且短肢相并，見圖4 圖 4 上弦截面 設=60，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，需要截面積 =6440需要回轉半徑=2.51 cm=5.00 cm根據需要的、 查角鋼型鋼表，初選 2 L 16010014，A=6940， =2.80cm ， =m。按所選角鋼進行驗算=52.9=150=38=150由于則：=150 由于 ，只需求出，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表， =192N/<215 N/ 所選截面合適。2 .下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內力計算，N=kN計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度=4500mm 屋架平面外根據支撐布置取=13350mm計算需要凈截面面積=選用 2 L1409014（短

15、肢相并），見圖5。 圖 5 下弦截面A=6940， =cm，=6.93cm。按所選角鋼進行截面驗算，?。ㄈ袈菟字行闹凉?jié)點板邊緣距離大于100mm，則可不計截面削弱影響） =19 N/<215 N/ =< =250 =1<=350 所選截面滿足要求。3. 端斜桿Ba已知NkN，因為，故采用等肢角鋼，使選用角鋼2 L 10012,見圖6 圖 6 端斜桿BaA4560，3.03cm，4cm截面剛度和穩(wěn)定驗算= =8< =150= =54.7< =150由于624205N/<215 N/ 所選截面滿足要求。填板放兩塊，= cm40=40×3.03= cm

16、4. 斜桿Bb已知N=kN計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度=×l=×2622=mm 屋架平面外根據支撐布置取=2622mm選用 2 L1006，見圖7。 圖 7 斜桿BbA=2386， =cm，=cm。 = N/<215 N/ =< =350 =<=350 所選截面滿足要求。填板放兩塊，=cm80=80×3.10=248cm5.再分腹桿c1GkN， kN，=4174 mm計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度=×l=×2087=mm 屋架平面外根據支撐布置取=）=4396mm選用 2 L1006，見圖8。 圖 8 再分腹桿c

17、1G 圖 9 中豎桿Je A=2386， =cm，=cm。 =< =350 =99<=350 由于2N/<215 N/所選截面滿足要求填板放兩塊，=cm40=40×3.10=124cm6.中豎桿Je已知N0， 335cm中間豎桿選用2 L756的角鋼，并采用十字形截面，見圖9A=, cm,=< =150 所選截面滿足要求填板放五塊，=cm40=40×2.45=98cm其余各桿件截面選擇過程不一一列出，計算結果見表2【精品文檔】桿件名稱內力設計值N（KN）計算長度（cm）選用截面截面積A（）回轉半徑（cm）計算應力（N/）填板(塊)上弦桿-111300

18、短肢相并2L160*100*14150-1922（3）下弦桿4501335短肢相并2L140*90*1461350/1（2）Aa201.5T型截面2L50*51502Ba T型截面2L100*1234150-2052BbT型截面2L100*6350/2Cb184230T型截面2L50*51502DbT型截面2L100*12150-2DcT型截面2L75*6350/2Ec208260T型截面2L75*61502E1189T型截面2L50*5350/1F1-104130T型截面2L50*5681501c1-T型截面2L100*61502G1GdT型截面2L75*6113150/22502Hd244

19、305T型截面2L75*61051502H2T型截面2L50*51502I2T型截面2L50*51501J2-d2T型截面2L75*6350/21502Je十字型截面2L75*617.6150/2五、節(jié)點設計用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值 各桿件內力由表2查得，最小焊縫長度不應小于1. 下弦節(jié)點b見圖10 圖 10 下弦節(jié)點b（1） 斜桿Bb與節(jié)點的連接焊縫計算：N=kN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm。所需焊縫長度為：肢背： +12=mm，取270mm肢尖： +10=158mm，取170mm（2） 斜桿Db與節(jié)點的連接焊縫計算：N=kN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別

20、為6mm和5mm。所需焊縫長度為肢背： +12=，取250mm肢尖： +10=，取150mm（3）豎桿Cb與節(jié)點板連接焊縫計算：N = kN因其內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長度40mm，取=60mm（4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：焊縫受力為左右下弦桿的內力差 KN，設肢尖與肢背的焊腳尺寸為6mm，所需焊縫長度為：肢背： +12=260，取300mm肢尖： +12=136，取150mm（5）節(jié)點板尺寸：根據以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙和制作裝配等誤差，按比列作出構造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸。如圖11所示 圖 11 節(jié)點板b尺寸2 .上弦節(jié)點B 圖12 上

21、弦節(jié)點B（1）斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點b中Bb桿計算相同。（2）斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算，kN。設肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背： +20=，取200mm肢尖：，取180mm（3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫計算，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。假定集中荷載P由槽焊縫承受，P=kN，焊腳尺寸為5mm所需槽焊縫長度為:+10=+10=1mm ,取=65mm上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內力差

22、 N=-0.0kN偏心距 e =100-mm設肢尖焊腳尺寸8mm，設需焊縫長度為480mm，則 （4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖13所示圖 13 節(jié)點板B尺寸3 .屋脊節(jié)點J見圖14圖14 屋脊節(jié)點J（1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側的焊縫長度可按弦桿內力計算。N=KN，設肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為，取=375mm拼接角鋼長度取2375+50800mm（2）弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點

23、荷載上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內力的15%計算。N=15%kN，設焊腳尺寸為8mm，弦桿一側焊縫長度為250 mm， （3）中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=0kN此桿內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊腳尺寸=5mm焊縫長度40mm，取=60mm（4）斜桿J2與節(jié)點板連接焊縫的計算KN，設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm和5mm，所需焊縫長度為：肢背：，取=100 mm肢尖：，取焊縫長度=60mm（4）節(jié)點板尺寸：方法同前，如圖15所示圖 15 節(jié)點板J尺寸4 .下弦跨中節(jié)點e見圖16圖 16 下弦跨中節(jié)點e（1）弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞內力N=kN設肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為，取=300mm拼接角鋼長度不小于2300+12=612mm（2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內力的15%計算。設肢背、肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側需焊縫長度為肢背：，取=90