米單層廠房梯型鋼屋架課程設(shè)計

1、. 本科生課程設(shè)計 題目： 單層廠房梯型鋼屋架課程設(shè)計 學 院 建筑工程學院 專 業(yè) 土木工程 學 號 2012451004 姓 名 李朋朋 指導教師 鄭軒 2015年 7月 6 日1、 題目 27m×90m跨廠房普通鋼屋架設(shè)計二、課程設(shè)計目的通過鋼結(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、受力特點和構(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，進行鋼屋架的設(shè)計計算。三、課程設(shè)計設(shè)計資料某車間跨度為27m，廠房總長度90m，柱距6m，車間內(nèi)設(shè)有兩臺300/50kN中級工作制吊車，工作溫度高于-20，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標高為12

2、.5m；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，屋架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸為400×400mm；屋面積灰荷載為0.4kN/，屋面活荷載為0.6kN/，雪荷載為0.4kN/，風荷載為0.45 kN/?；炷翉姸鹊燃墳镃25，屋架采用的鋼材為Q235B鋼，焊條為E43型。四、屋架形式和幾何尺寸屋面材料為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，平坡梯形鋼屋 架。屋面坡度 屋架計算跨度屋架端部高度?。骸？缰懈叨龋骸Ｎ菁芨呖绫龋?。屋架跨中起拱取50 mm。為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦

3、節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸如下圖所示。 27米跨屋架幾何尺寸五、屋蓋支撐布置 根據(jù)車間長度、跨度及荷載情況，在車間兩端 5.5m 開間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設(shè)置橫向水平支撐的同一開間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個屋架用系桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設(shè)三道通長系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點處及屋架支座出的系桿為剛性系桿。屋架支撐布置圖 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） 六、荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較大的荷載

4、標準值進行計算，故取屋面活荷載0.7kN/進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度L單位為m。(1)永久荷載標準值（荷載一） 改性瀝青防水層 0.4kN/m2 20厚1:2.5水泥砂漿找平層 0.4kN/m2 80厚泡沫混凝土保溫層0.48kN/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 總計 3.197kN/(2)可變荷載標準值 基本風壓： 0.35kN/m2 基本雪壓：（不與活荷載同時考慮） 0.45kN/m2 積灰荷載 0.6kN/m2 不上人屋面活荷載 0.

5、7kN/m2 （可變荷載可按水平投影面積計算） 永久荷載設(shè)計值 1.2×3.197=3.8364 kN/（由可變荷載控制） 可變荷載設(shè)計值 1.4×(0.6+0.7)=1.82kN/ (3)荷載組合 設(shè)計屋架時應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況： 組合一 全跨永久荷載 + 全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載： 組合二 全跨永久荷載 + 半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載： 半跨節(jié)點可變荷載： 組合三 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： 半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：組合一，組合二為使用階段荷載情況，組合三為施工階段荷載情況。七、內(nèi)力計算 由

6、電算法先解得F=1的桁架各桿的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨，左半垮和右半跨），然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見表一。表內(nèi)三種組合：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(nèi)力變號。如果施工過程中，在屋架兩側(cè)對稱均勻鋪設(shè)面板，則可避免內(nèi)力變號而不用組合三。 表一 屋架桿件內(nèi)力組合表 桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合值計算桿內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨第一種組合F×第二種組合第三種組合F1×+ F2×F1×+ F2×F3×+ F4×F3×+ F4×上弦AB00000

7、0000.0 BC-9.97-7.19-2.79-507.6 -462.0 -390.0-217.0 -111.7 -507.6 CD-9.97-7.19-2.79-507.6 -462.0 -390.0 -217.0 -111.7 -507.6 DE-15.8-10.75-5.06-804.4 -721.7 -628.5-324.1 -192.2 -804.4 EF-16.38-11.33-5.06-833.9 -751.2-648.5-345.0 -194.9 -833.9 FG-16.38-11.33-5.06-833.9 -751.2-648.5 -345.0 -194.9-833.9

8、 GH-18.67-11.05-7.62-848.7 -833.0-769.5 -348.6 -266.4 -848.7 HI-19.17-11.05-7.62-975.9 -850.3 -786.8 -350.8 -268.7-975.9 IJ-19.17-11.54-7.62-975.9 -851.0-786.8 -362.5 -268.7-975.9 下弦ab5.363.961.41272.9 249.9 208.2 118.9 57.9 272.9 bc13.319.343.97677.6 612.6 524.6 283.5 154.9 677.6 cd18.2411.426.8292

9、8.6 816.9 741.6 355.5 245.4 928.6 de17.818.98.9906.7 760.8 760.8 293.2 293.2 906.7 斜腹桿aB-10.05-7.42-2.63-511.6 -468.6-390.1 -222.9 -108.2 -511.6 Bb7.955.572.38404.7 365.8 313.5 169.1 92.8 404.7 bD-6.47-4.18-2.29-329.4 -291.9-260.9-129.2 -83.9 -329.4 Dc4.612.592.02234.7201.6 192.3 82.7 69.1 234.7cf-3

10、.5-1.01-2.49-178.2 -137.4-161.6 -39.9 -75.4 -178.2 fG-2.69-0.21-2.49-136.9 -96.3 -133.7-17.1 -71.7 -136.9 Ef0.730.73037.237.2 25.2 20.8 3.3 37.2 Gd0.72-0.931.6636.7 9.6 52.1 -19.0 43.0 -19.052.1dg1.153.13-1.9758.591.0 7.4 80.1 -42.0 -42.091.0gJ1.893.87-1.9796.2 128.7 33.0 101.2 -38.7 -38.7128.7Hg0.6

11、70.67034.1 34.1 23.1 19.1 3.0 34.1豎桿Aa-0.5-0.50-25.5 -25.5 -17.3 -14.22 -2.3 -25.5Cb-1-10-50.91 -50.91 -34.5 -28.4 -4.5 -50.91Ec-1.5-1.50-76.4 -76.4 -51.8 -42.7 -6.8 -76.4 Ff-1-10-50.91 -50.9-34.5 -28.4 -4.5 -50.91 Hd-1.5-1.50-76.4 -76.4 -51.8 -42.7 -6.8 -76.4 Ig-1-10-50.91 -50.9 -34.5 -28.4 -4.5 -5

12、0.91 Je000000000 注：表內(nèi)負責表示壓力；正值表示拉力八、桿件設(shè)計1.上弦桿 整個上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。 N-975.9kN 上弦桿計算長度： 在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度 在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，取為支撐點間的距離，即 根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。 腹桿最大內(nèi)力N-511.6 kN，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)，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表，可得（由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類），則需要的截

13、面積：需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要A、查角鋼規(guī)格表，選用2L160×100×12，肢背間距a12mm，則A60.1，按所選角鋼進行驗算： 滿足長細比的要求。由于，只需求，查表0.819，則所選截面合適，上弦截面如圖所示：2.下弦桿 整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計算。N=928.6kN， 所需截面積為（因跨中有通長系桿）: 選用2L160×100×10，因故用不等肢角鋼，短肢相并。 A50.6， ，故所選截面合適。 下弦截面如圖： 3.斜桿按端斜桿aB最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。桿件軸力： 計算長度： 因為，故采用等肢角鋼，使。選用2L100

14、5;10。則:A38.52， 由于，只需求。查表0.668，則:，故所選截面合適。 端斜桿截面如圖： 4.腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。,再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距 ，在桁架平面外的計算長度：選用2L110×10，查角鋼規(guī)格表得A45.52， 由于，只需求。查表0.697，則: 再分腹桿截面如圖：5.豎桿Hd， 由于桿件內(nèi)力較小，按選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為，查型鋼表，選截面的和較上述計算的和略大些。選用2L63×5，其 幾何特性為：A12.29， 由于，只需求。查表0.406，則:豎桿截面如圖：其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表二

15、。 表二 屋 架 桿 件 截 面 選 擇 表名稱桿件編號內(nèi)力/kN計算長度/cm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/cm長細比容許長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應(yīng)力上弦HI、IJ-975.9150.8452.2160×100×1260.12.827.8253.557.81500.819 198.3下弦cd928.64501335160×100×1050.62.857.78157.9171.63500.245183.5腹桿aB-511.6 253253100×1038.523.054.6083.055.01500.668198.8Bb404.7 262.2262.2

16、100×1038.523.054.6085.957.01500.648162.1bD-329.4 287.3287.3100×1038.523.054.6094.262.51500.594144.0Dc234.7287.3287.3100×1038.523.054.6094.262.51500.594102.6cf-178.2 208.7393.3110×1045.523.385.00115.978.651500.69756.2fG-136.9 208.7393.3110×1045.523.385.00115.978.651500.69743.

17、1Ef37.218918963×512.291.943.0497.462.21500.57552.6Gd-19.052.1326.5326.563×512.291.943.04168.3107.41500.254166.9dg-42.091.0224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.34174.0gJ-38.7128.7224.9425.963×512.291.943.04115.9140.11500.341104.7Hg34.1203.5203.563×512.291.943.04104.966.9

18、1500.52353.1豎桿Aa-25.5161.2201.563×512.291.943.0483.166.31500.66831.1Cb-50.9118423063×512.291.943.0494.875.71500.58870.4Ec-76.420826063×512.291.943.04107.285.51500.511121.7Ff-50.9110413063×512.291.943.0453.642.81500.83849.4Hd-76.424430563×512.291.943.04125.8100.31500.406153.1

19、Ig-50.91122152.563×512.291.943.0462.950.21500.79152.4九、節(jié)點設(shè)計 采用E43 焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值。 1.下弦節(jié)點“b”設(shè) bB 桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。 設(shè) bD桿的肢背和肢尖焊縫 ，所需焊縫長度為：肢背：肢尖：取，。bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節(jié)點詳圖（下弦節(jié)點b圖），從而確定節(jié)點板的尺寸為280×340mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為340mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的

20、內(nèi)力差NNbc-Nab677.6-272.9404.7kN。驗算肢背焊縫的強度：下弦節(jié)點b如圖： 2.上弦節(jié)點“B”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。斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算：N=-511.6kN。 設(shè) “aB”桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為： 肢背： 肢尖： 取，。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。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)。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。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得到：

21、肢尖焊縫承擔弦桿內(nèi)力，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載。上弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm，則節(jié)點如圖: 3.屋脊節(jié)點“J” 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(cè)的焊縫長度可按弦桿內(nèi)力計算：N=-975.9kN。 設(shè)肢尖、肢背焊腳尺寸為 10mm。則需焊縫長度為 ,取拼接角鋼長度取 600>2×290=580mm 上弦與節(jié)點板間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫,應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫,節(jié)點板長度為500mm，節(jié)點一側(cè)弦桿焊

22、縫的計算長度為。焊縫應(yīng)力為：節(jié)點形式如圖: 4.下弦跨中節(jié)點“e” 跨中起拱 50mm，下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L160×100×10，焊縫長度：，取=300mm。拼接角鋼長度桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算, 設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm，弦桿一側(cè)需焊縫長度為 肢背：，取=90mm 肢尖，按構(gòu)造要求，焊縫長度50mm， 取=60mm焊縫強度滿足要求。節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸。節(jié)點形式如圖: 5.端部支座節(jié)點“a” (1)為便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不

23、小于下弦伸出肢的寬度，故可取為160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為14mm。 支座底板計算：支座反力 取加勁肋的寬度為100mm，考慮底板上開孔，按構(gòu)造要求取底板尺寸為280mm 400mm，偏安全地取有加勁肋部份的底板承受支座反力，則承壓面積為: 驗算柱頂混凝土的抗壓強度： ,滿足要求。式中，為混凝土強度設(shè)計值，對C25混凝土， 支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為： 式中：底板下的平均應(yīng)力，即=7.38。 兩邊支承之間的對角線長度，即 系數(shù)，由查表確定。為兩邊支承的相交點到對角線的垂直距離。由相似三角形的關(guān)系，得 查表