鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì),24米鋼屋架

1、第一部分 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一. 課程設(shè)計(jì)題目某車間梯形鋼屋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二. 設(shè)計(jì)資料一單層單跨工業(yè)廠房，內(nèi)設(shè)有2臺(tái)中級(jí)工作制橋式吊車。廠房總長(zhǎng)120m，檐口高度15m，擬設(shè)計(jì)鋼屋架，簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土柱上。柱頂截面尺寸400×400，柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20.鋼屋架設(shè)計(jì)可不考慮抗震設(shè)防。廠房柱距選擇為12m屋架為梯形鋼屋架（屬無(wú)檁體系），跨度為24米帶鋼屋架擋風(fēng)板。無(wú)檁體系屋面做法及永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值防水層為三氈四油上鋪小石子 0.35 kN/m2找平層采用20厚水泥砂漿 0.02×200.40 kN/m2保溫層為泡沫混凝土，選取80厚度：0.5 kN/m2預(yù)應(yīng)力大型屋面板重1

2、.40 kN/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載0.50 kN/m2屋面活荷載0.60 kN/m2積灰荷載0.50 kN/m2三.結(jié)構(gòu)形式與布置屋架形式及幾何尺寸見(jiàn)圖1所示，屋架支撐布置見(jiàn)圖2所示（下弦支撐采用與上弦支撐同樣布置） 圖1.屋架形式及幾何尺寸第二部分、鋼屋架設(shè)計(jì)計(jì)算采用1.5×12m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板屋架計(jì)算跨度：L。=L-300=23700mm 屋架端部高度：H。=2000mm計(jì)算跨度處高度: h2015屋架高跨比： H/L。=3860/23700=1/6.14 層架上弦（下弦）支撐布置圖 垂直支撐1-1 垂直支撐2-2符號(hào)說(shuō)明：GWJ(鋼屋架)；SC（上線支撐）；XC

3、(下弦支撐)；CC(垂直支撐)；GC(剛性系桿)；LG（柔性系桿）圖2 屋架支撐布置圖1.荷載計(jì)算屋架幾何尺寸如圖（1）所示，支撐布置如圖（2）所示。因?yàn)榛钶d加積灰荷載加雪荷載（2000N/m²）大于活荷載（700 N/m²），所以動(dòng)載取2000 N/m²。屋架自重，P(12011×L) N/m²。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：二氈三油加綠豆砂0.35kN/m220厚1：3水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0.5kN/m2預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（含嵌縫）1.4kN/m2支撐和鋼屋架自重（120+11×30）/10000.38管道設(shè)備自重0.1

4、0 kN/m2總計(jì)3.13 kN/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載0.60 kN/m2積灰荷載0.50 kN/m2總計(jì)：1.10 kN/m2以上荷載計(jì)算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對(duì)屋面為吸力，對(duì)重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計(jì)算。永久荷載設(shè)計(jì)值：1.2×3.133.76kN/m2可變荷載設(shè)計(jì)值：1.4×1.101.54kN/m22荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種組合組合一：全跨恒荷載全跨活荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載P（3.76+1.54）×1.5×1295.4 kN/m2組合二：全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載P1=3.76×1

5、.5×1267.68 kN/m221.54×1.5×1227.72 kN/m2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(diǎn)荷載30.38×1.2×1.5×128.2 kN/m24（1.68×1.2+0.6×1.4）×1.5×1245.36 kN/m2由力學(xué)求解器計(jì)算屋架各桿件內(nèi)力，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載，。屋架各桿件內(nèi)力組合見(jiàn)下表(1)。桿件名稱內(nèi)力系數(shù) p=1組合一組合二組合三計(jì)算內(nèi)力（KN)全跨1左半跨2右半跨3P×1P1×1+P2×2

6、P1×1+P2×3P3×1+P4×2P3×1+P4×3上弦桿AB00000/00/00BCD-10.3-7.1-3.4-985.5-895.1/-794.2-405.4/-240.2-985.5DEF-16.3-10.6-6.2-1551.2-1392.9/-1273-611.9/-415.9-1551.2FGH-16.9-10-7.6-1611.3-1420.3/-1354-592.1/-484.1-1611.3HJ-15.3-7.9-8.0-1460.6-1257.7/1257.7-487.9/487.9-1460.6下弦桿a-b

7、5.503.91.7524.5480/420221.7/123.6524.5b-c13.79.24.91307.81182.2/1063.5528.6/334.51307.8c-d17.511.17.41673.11495.3/1391.3648.4/478.11673.1d-e15.78.97.81502.11312.4/1281.1532.9/481.71502.1斜腹桿Ba-10.4-7.3-3.3-994.1-908.1/-795.6-417.5/-233.3-994.1Bb8.35.42.9790.9713.25/642.8317.0/201.8790.9Db-6.8-4.1-2.8

8、-648.7-573.9/-538.7-241.7/-184.1-648.7Dc4.52.52.5428.3373.7/373.5151.1/150.7428.3Fc-3.2-1.3-2.4-308.1-254.9/-2859-85.9/-136.7-308.1Fd-1.9-2.40.4-182.2-196.9/117.1-126.3/4.3-196.9/117.1Hd1.92.4-0.4178.4192.8/114.6123.7/-4.2192.8/-4.2He-1.7-2.20.4-162.2-174.9/104.2-111.9/3.8-174.9/104.2豎桿Aa-0.5-0.50-4

9、7.7-47.7/-33.8-26.8/-4.1-47.7Cb-1-10-95.4-95.4/-67.7-53.6/-8.2-95.4Ec-1-10-95.4-95.4/67.7-53.6/-8.2-95.4Gd00000/00/00Je3.11.61.59290.9250.5/250.597.1/97.1290.93.桿件截面設(shè)計(jì)腹桿最大內(nèi)力，N=994.1KN(壓)，由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考表可知：支座節(jié)點(diǎn)板厚度取18MM,其余節(jié)點(diǎn)板與墊板厚度取16MM.1.上弦桿整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)，N-1551.2kN上弦桿件計(jì)算長(zhǎng)度：在屋架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度lox150.7cm；在屋架

10、平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況取loy2×150.7301.4cm.因?yàn)閘oy2lox，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。圖3.上軸穩(wěn)定性弦截面假定60，雙角鋼組合截面繞x和y均屬于b類截面。查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，得0.807需要截面面積A1551200/（0.807×215）8940mm2 需要的回轉(zhuǎn)半徑為：ix1508/6025.15mm iy3016/6050.3mm根據(jù)A、ix、iy查不等肢角鋼規(guī)格表,選用2L200×125×16,A99.4cm2, iix3.52cm, iiy6.38cm.按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算：x1507/35.2

11、42.8 150 y3014/63.647.39 150（滿足要求）由于x<y，只需求y查附表用內(nèi)插法得x0.8681551200/(0.868×9940)=179.79N/mm2215 N/mm2 所選截面合適。2下弦桿整個(gè)下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力N1673.1kN。按下弦支撐布置情況：Lox3000mm,Loy11850mm計(jì)算下弦截面凈面積：An1673100/2157781mm2 選用2L125×110×14（短肢相并,見(jiàn)圖），A78cm2, ix3.08cm iy5.75cmx300/3.06=97.4<=350;y1185/5.75=2

12、06.1<=350. 1673100/78=214.5 N/ mm2215 N/ mm2 滿足要求。圖4.下弦桿截面 3端斜桿Ba已知N994.1kN, loxloy253.9cm。因?yàn)閘oxloy，故采用不等肢角鋼長(zhǎng)肢相并（圖），使ix=iy.如選用2L180×110×14，則A78cm2ix5.75cm，iy4.6cm 截面剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算： x=253.9/5.75=44.16 150 y=253.9/4.6=55.2 150 ，剛度滿足要求。查b類截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，得x0.655 994100/(0.832×7800)153.18N/mm

13、2215N/mm2 ， 所選截面滿足要求。圖5.端斜桿截面4豎桿JeN290.9kN(壓力)， lox0.9l0.9×320288cm 選用2L80×10的角鋼，并采用十字形截面，則A30.26cm，ix03.04mm x0288/3.0494.7150=290900/3026=96.13N/mm2215N/mm2滿足要求。其余各桿截面選擇計(jì)算過(guò)程不一一列出,見(jiàn)表(2)15桿件名稱內(nèi)力設(shè)計(jì)值N（KN）計(jì)算長(zhǎng)度（cm）選用截面截面積A（）回轉(zhuǎn)半徑（cm）計(jì)算應(yīng)力（N/）填板(塊)上弦桿-1551.2150.7301.4短肢相并2L200×125×1699.

14、43.526.3847.391500.868-179.792下弦桿1673.13001185短肢相并2L180×110×14783.085.75206.1350214.52Ba-994.1253.9253.9長(zhǎng)肢相并2L180×110×14785.754.655.21500.832-153.182Bb790.9210262.2 T型截面2L100×1038.523.054.8368.85350205.322Db-648.7229.8287.3T型截面2L100×1659.212.984.9677.11500.707-154.962Dc

15、428.3229.8287.3T型截面2L100×1038.523.054.8375.36350111.192Fc-308.1250.6313.2T型截面2L100×1038.523.054.8382.371500672-119.022Fd-196.9117.1250.3312.9T型截面2L100×1038.523.054.8382.071500675-75.730.43Hd192.8-4.2271.8339.7T型截面2L63×512.291.942.97140.11500.345156.88-0.993He-174.91104.2271.8339.

16、7T型截面2L90×621.272.794.0597.41500.572-143.7648.993Aa-47.7180180T型截面2L56×510.831.722.69931500.605-72.82 Cb-95.4184208230260T型截面2L56×5T型截面2L56×510.8310.831.721.722.692.691071211501500.5130.432-171.7-171.722Ec-95.4Gd0232290T型截面2L56×517.62.313.531131500.47503Je290.9288288十字形截面2L8

17、0×1030.263.043.0494.71500.5901七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用E13焊條時(shí)，角焊縫的抗拉，抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=160N/ mm2。各桿件內(nèi)力由表查得，最小焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于8hf下弦節(jié)點(diǎn)b（圖）斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=357.7Kn.設(shè)肢背與肢尖的焊縫尺寸分別為6mm和5mm,所需焊縫長(zhǎng)度為肢背：(0.7×790.9×1000)/ (2×0.7×6×160)+12423.9mm，取430mm肢尖：(0.3×790.9×1000) / (2×0.7×5×160)+1

18、2221.8mm，取230mm斜桿Db與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=648.7KN肢背: (0.7×648.7×1000) / (2×0.7×6×160)+12=349.9mm,取350mm肢尖: (0.3×648.7×1000) / (2×0.7×6×160)+12=201.6mm 取210mm豎桿Cb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：N=95.4KN因其內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸hf，焊縫長(zhǎng)度>50mm.下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算：焊縫受力為節(jié)點(diǎn)板兩側(cè)下弦桿的內(nèi)力差N=1307.8-

19、524.5=783.3KN.設(shè)肢尖與肢背尺寸6mm，所需焊縫長(zhǎng)度為肢背0.7×783.3×1000/2×0.7×6×160+12418mm,取420mm肢尖0.3×783.3×1000/2×0.7×6×160+12180mm,取180mm節(jié)點(diǎn)板尺寸：根據(jù)以上求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隔和制作裝配等誤差，按比例作出構(gòu)造詳圖，從而定出節(jié)點(diǎn)板尺寸。本設(shè)計(jì)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸可在施工圖中完成，校核各焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于計(jì)算所需的焊縫長(zhǎng)度。2.上弦節(jié)點(diǎn)B（圖）斜桿Bb與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，與下弦節(jié)點(diǎn)b中

20、Bb桿計(jì)算相同。斜桿Ba與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算，N=994.1KN肢背和肢尖焊縫分別采用：hf10mm和 hf6mm肢背 (0.7×994.1×1000)/(2×0.7×10×160)+20311mm，取320mm肢尖 (0.3×994.1×1000)/(2×0.7×6×160)+12234mm,取240mm為了便于擱置屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣縮進(jìn)上弦肢背80mm，上弦角鋼與節(jié)點(diǎn)板間用槽焊連接.焊縫可按兩條焊縫計(jì)算，計(jì)算時(shí)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

21、縫承受，P95.4KN。所需槽焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw95.4×1000/2×0.7×6×160+2070.98mm上弦肢尖焊縫受力為左右上弦桿的內(nèi)力差N985.5-0985.5KN，偏心距e=125-29.9=95.1mm.設(shè)肢尖焊腳尺寸16mm，需焊縫長(zhǎng)度為410mm，則fN/2helw985.5×1000/(2×0.7×16×444)99N/mm2f6(6×985.5×1000×95.1)/(2×0.7×16×4442)313N/mm2143.86N/mm2

22、160 N/mm2滿足強(qiáng)度要求。3屋脊節(jié)點(diǎn)（圖）弦桿的拼接一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接。為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被連接的弦桿和便于施焊，需切去肢尖角。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。拼接一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度可按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫為8mm，拼接角鋼與弦桿的連接焊縫按被連接桿的最大內(nèi)力計(jì)算，N=1460.6KN .每條焊縫長(zhǎng)度為：1460.6×1000/（4×0.7×8×160）+16423.52mm，取430mm拼接角鋼總長(zhǎng)L=2×430+50=910mm上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板用槽焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板用角焊縫，按上弦

23、桿內(nèi)力的15計(jì)算。N=1460.6×15%219.9KN,設(shè)焊腳尺寸為10mm,弦桿一側(cè)焊縫長(zhǎng)度為250，fN/2helw219.9×1000/(2×0.7×10×230)35.6N/mm2f6(6×219.9×1000×95.1)/(2×0.7×10×2302)168.73N/mm2143.36N/mm2160 N/mm2滿足強(qiáng)度要求。中弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=290.9KN；此桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊腳尺寸為5mm，焊縫長(zhǎng)度大于或等于50mm.4.下弦跨中節(jié)設(shè)

24、計(jì)“e”(圖)弦桿與拼接角鋼連接焊縫計(jì)算：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞弦桿內(nèi)力N1502.1KN。設(shè)肢尖，肢背焊腳尺寸為8mm。則需焊縫長(zhǎng)度為1502.1×1000/（4×0.7×8×160）+16417.68mm，取420mm拼接角鋼長(zhǎng)度不小于2×420850。弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算按下弦桿內(nèi)力的15計(jì)算，N1502.1×0.15225.3KN。設(shè)肢背肢尖焊腳尺寸為6mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背 (0.7×225.3×1000)/(2×0.7×10×160)-20153.86mm，取160mm肢尖 (0.3×225.3×1000)/(2×0.7×6×160)+2051.91mm,按構(gòu)造要求5.支座節(jié)點(diǎn)a（圖）為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板間的距離不應(yīng)小于下弦伸出肢的寬度，故取為220mm，在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁