梯形鋼屋架-鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱某車間鋼屋蓋專業(yè)班級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)老師日 期2016年5月20日建筑工程學(xué)院土木系制目 錄一、 評分標(biāo)準(zhǔn)與成績二、 設(shè)計(jì)資料三、 屋架形式及幾何尺寸四、 支撐的布置五、 檁條的布置六、 材料自重及荷載七、 荷載計(jì)算八、 桿件截面選擇九、 各腹桿的焊縫尺寸計(jì)算十、 節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)一、 評分標(biāo)準(zhǔn)與成績評分標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)（90100分）1、結(jié)構(gòu)布置合理，荷載計(jì)算正確，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)取值合理，內(nèi)力計(jì)算正確，桿件設(shè)計(jì)較合理，滿足“標(biāo)準(zhǔn)”和“規(guī)范的要求”。2、應(yīng)交的圖表資料齊全，圖紙整潔美觀，表格內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算無誤。3、計(jì)算書內(nèi)容齊全，文字流暢，條理清晰，有獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。良（8

2、089分）1、結(jié)構(gòu)布置合理，荷載計(jì)算正確，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)取值合理，內(nèi)力計(jì)算正確，桿件設(shè)計(jì)合理，滿足“標(biāo)準(zhǔn)”和“規(guī)范的要求”。2、應(yīng)交的圖表資料齊全，圖紙比較整潔美觀，表格內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算無誤。3、計(jì)算書內(nèi)容齊全，條理比較清晰，有一定獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。中（7079分）介于條件“良”和“及格”之間者可得：“中”及格（6069分）1、結(jié)構(gòu)布置基本合理，荷載計(jì)算基本正確，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)取值基本上滿足“標(biāo)準(zhǔn)”和“規(guī)范的要求”。2、交的圖表資料基本齊全，繪圖及計(jì)算質(zhì)量較差。不及格（60分）1、設(shè)計(jì)成果是抄襲他人的（或請他人代做）。2、結(jié)構(gòu)布置很不合理，計(jì)算錯(cuò)誤，圖紙內(nèi)容不全，繪圖線條不清晰，圖紙潦草

3、，敷衍應(yīng)付了事。評 定成績教師簽名： 年 月 日 二、 設(shè)計(jì)資料某廠房車間設(shè)有兩臺10噸中級工作制吊車。車間無腐蝕性介質(zhì)。該車間為單跨雙坡封閉式廠房，屋架采用梯形桁架式鋼屋架，屋架下弦標(biāo)高9m，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，柱截面尺寸為400mm×400mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30。屋面采用壓型鋼板屋面，C型檁條，檁距為1.2m2.6m。屋面恒荷載（包括屋面板、保溫層、檁條、屋架及支撐等）取值參考教材2.2.1中規(guī)定?；詈奢d標(biāo)準(zhǔn)值取0.5kN/mm2，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值取0.5kN/mm2，不考慮積灰荷載和積雪不均勻分布情況。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為 0=1.0。屋架采用Q235B鋼，焊條采用E43

4、型。設(shè)計(jì)時(shí)，荷載按以下情況組合：a) 恒載+全跨活荷載（或雪荷載）；b) 恒載+半跨活荷載（或雪荷載）。三、 屋架形式及幾何尺寸屋架形式及幾何尺寸如下圖所示，檁條支承于屋架上弦節(jié)點(diǎn)。檁距為2257.5mm，水平投影距離為2250mm。屋架坡度為：=atctan 112=4.76°。 四、 支撐的布置依據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2001，支撐布置圖如下圖所示，上、下弦橫向水平支撐設(shè)置在廠房兩端的同一柱間，并在相應(yīng)開間的屋架跨中設(shè)置豎直支撐，在其余開間的屋架下弦跨中設(shè)置一道通長的剛性細(xì)桿，上弦通過水平支撐在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一道通長的剛性細(xì)桿。在下弦兩端設(shè)縱向水平支撐。故上弦桿在屋架平面

5、外的計(jì)算長度等于橫向支撐的節(jié)距。五、 檁條的布置檁條設(shè)置在屋架上弦的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，間距2257.5mm。水平投影距離為2250mm。屋架間距為7.2m，所以在檁條跨中三分點(diǎn)處設(shè)兩道直拉條。在屋脊和屋檐分別設(shè)置斜拉條和撐桿。檁條布置見下圖。六、 材料自重及荷載已知：彩色壓型鋼屋面板：0.15kN/m2保溫層及燈具：0.15kN/m2C型檁條自重：0.10kN/m2屋架及支撐自重：q=0.318kNm2雪荷載（水平投影面）：0.5kN/m2活荷載（水平投影面）：0.5kN/m2七、 荷載計(jì)算1. 永久荷載（恒載）計(jì)算彩色壓型鋼屋面板：0.15cos4.76°=0.151kNm2 保溫層及燈

6、具：0.15cos4.76°=0.151kNm2 C型檁條自重：0.10kN/m2屋架及支撐自重：q=0.318kNm2合計(jì)：0.720kN/m2恒載設(shè)計(jì)值按分項(xiàng)系數(shù) 1.2為q1=0.720×1.2=0.864kNm2按分項(xiàng)系數(shù)1.35為q2=0.720×1.35=0.972kNm22. 活載計(jì)算q3=0.5×1.4=0.7kNm2>雪荷載所以不考慮雪荷載。q1+q3=0.864+0.7=1.564>q2+0.7×q3=1.462永久荷載不起控制作用，則恒載設(shè)計(jì)值按分項(xiàng)系數(shù)1.2設(shè)計(jì)。上弦節(jié)點(diǎn)恒荷載P1=7.2×2.25

7、×q1=13.977kN活荷載P2=7.2×2.25×q3=11.340kN可求得各桿件的內(nèi)力大小，見下表。八、 桿件截面選擇1. 上弦桿中內(nèi)力最大的桿為桿10-11和桿11-12，N10-11=N11-12=-224.35kN，lox=225.8cm，loy=451.6cm。選用290×7等肢角鋼，查表可得：A=2×12.3=24.6cm2，ix=2.78cm，iy=3.93cm。對于受壓桿件，容許長細(xì)比=150。長細(xì)比：x=loxix=225.82.78=81.2<y=loyiy=451.63.93=114.9<z=bt=3.9

8、×907=50.1y>z，則yz=y1+0.16zy2=115.41+0.1650.1114.92=118.4查表得x=0.680，yz=0.445取較小值min=yz=0.445NminAf=224.35×1030.445×24.6×102×215=0.95<1.0滿足整體穩(wěn)定和剛度要求。2. 下弦桿中內(nèi)力最大的桿為桿7-8和桿8-14，N7-8=N8-14=207.85kN，lox=225cm，loy=225cm。選用290×7等肢角鋼，查表可得：A=2×12.3=24.6cm2，ix=2.78cm，iy=3

9、.93cm。對于受拉桿件，容許長細(xì)比=350。長細(xì)比：x=loxix=2252.78=80.9<y=loyiy=2253.93=57.3<NAf=207.85×10324.6×102×215=0.39<1.0滿足強(qiáng)度和剛度要求。3. 對于斜腹桿2-6和桿10-13，N2-6=N10-13=-147.85kN，lox=300.2cm，loy=300.2cm。選用280×6等肢角鋼，查表可得：A=2×9.40=18.8cm2，ix=2.47cm，iy=3.51cm。對于受壓桿件，容許長細(xì)比=150。長細(xì)比：x=loxix=300.

10、22.47=121.5<y=loyiy=300.23.51=85.5<z=bt=3.9×706=52.0y>z，則yz=y1+0.16zy2=85.51+0.1652.085.52=90.6查表得x=0.429，yz=0.616取較小值min=yz=0.429 NminAf=147.85×1030.429×18.8×102×215=0.85<1.0滿足整體穩(wěn)定和剛度要求。4. 對于斜腹桿2-7和桿10-14，N2-7=N10-14=80.51kN，lox=240.16cm，loy=300.2cm。選用270×5

11、等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受拉桿件，容許長細(xì)比=350。長細(xì)比：x=loxix=240.162.16=111.2<y=loyiy=300.23.09=97.2<NAf=80.51×10313.74×102×215=0.27<1.0滿足強(qiáng)度和剛度要求。5. 對于斜腹桿4-7和桿12-14，N4-7=N12-14=-34.18kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。選用270×5等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2

12、，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受壓桿件，容許長細(xì)比=150。長細(xì)比：x=loxix=261.042.16=120.9<y=loyiy=326.33.09=105.6<z=bt=3.9×705=54.6y>z，則yz=y1+0.16zy2=105.61+0.1654.6105.62=110.1查表得x=0.431，yz=0.492取較小值min=yz=0.431NminAf=34.18×1030.431×13.74×102×215=0.27<1.0滿足整體穩(wěn)定和剛度要求。6. 對于斜腹桿4-8，N4-8=1

13、4.35kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。選用270×5等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受拉桿件，容許長細(xì)比=350。長細(xì)比：x=loxix=261.042.16=120.9<y=loyiy=326.33.09=105.6<NAf=14.35×10313.74×102×215=0.05<1.0滿足強(qiáng)度和剛度要求。7. 對于斜腹桿8-12，N8-12=-10.59kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。選用270×

14、5等肢角鋼，查表可得：A=2×6.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。對于受壓桿件，容許長細(xì)比=150。長細(xì)比：x=loxix=261.042.16=120.9<y=loyiy=326.33.09=105.6<z=bt=3.9×705=54.6y>z，則yz=y1+0.16zy2=105.61+0.1654.6105.62=110.1查表得x=0.431，yz=0.492取較小值min=yz=0.431NminAf=10.59×1030.431×13.74×102×215=0.08<

15、1.0滿足整體穩(wěn)定和剛度要求。8. 對于豎腹桿1-6和桿9-13，N1-6=N9-13=-12.66kN，lox=150cm，loy=150cm。選用250×5等肢角鋼，查表可得：A=2×4.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。對于受壓桿件，容許長細(xì)比=150。長細(xì)比：x=loxix=1501.53=98.0<y=loyiy=1502.30=65.2<z=bt=3.9×505=39.0y>z，則yz=y1+0.16zy2=65.21+0.1639.065.22=68.9查表得x=0.568，yz=0.758取較小值min=

16、yz=0.568NminAf=12.66×1030.568×9.6×102×215=0.10<1.0滿足整體穩(wěn)定和剛度要求。9. 對于豎腹桿3-7和桿11-14，N3-7=N11-14=-25.32kN，lox=150cm，loy=187.5cm。選用250×5等肢角鋼，查表可得：A=2×4.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。對于受壓桿件，容許長細(xì)比=150。長細(xì)比：x=loxix=1501.53=98.0<y=loyiy=187.52.30=81.5<z=bt=3.9×505=3

17、9.0y>z，則yz=y1+0.16zy2=81.51+0.1639.081.52=84.5查表得x=0.568，yz=0.685取較小值min=yz=0.568NminAf=25.32×1030.568×9.6×102×215=0.22<1.0滿足整體穩(wěn)定和剛度要求。10. 對于豎腹桿5-8，N5-8=8.10kN，lox=180cm，loy=225cm。選用250×5等肢角鋼，查表可得：A=2×4.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。對于受拉桿件，容許長細(xì)比=350。長細(xì)比：x=loxix=18

18、01.53=117.6<y=loyiy=2252.30=97.8<NAf=8.10×1039.6×102×215=0.04<1.0滿足強(qiáng)度和剛度要求。各桿件截面選擇匯總見下表。- 26 -九、 各腹桿的焊縫尺寸計(jì)算（取節(jié)點(diǎn)板厚度t=6mm）1. 對于內(nèi)力最大的桿2-6，N2-6=-147.85kN。最小焊縫寬度hf1.5t=1.5×6=3.7mm角鋼肢尖處最大焊縫寬度hf6-12=45mm角鋼肢背處最大焊縫寬度hf1.2t=7.2mm所以，角鋼肢尖和肢背處的焊縫寬度取 hf=5mm。所需的焊縫長度lw1K1N2-62×0.7h

19、fffw+2hf=102.4mm，取110mmlw2K2N2-62×0.7hfffw+2hf=49.6mm，取70mm2. 對于桿2-7，N2-7=80.51kN，取 hf=5mm。所需的焊縫長度lw1K1N2-72×0.7hfffw+2hf=60.3mm，取70mmlw2K2N2-72×0.7hfffw+2hf=31.6mm，取70mm同理可取其余各腹桿的焊縫尺寸，如下表。十、 節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)（節(jié)點(diǎn)板的尺寸根據(jù)所匯交腹桿端部的焊縫設(shè)計(jì)長度確定）1. 節(jié)點(diǎn)編號如下圖所示2. 節(jié)點(diǎn)板2驗(yàn)算1) 節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢背槽焊縫驗(yàn)算假定焊縫只承受屋面集中荷載PP=P1+P2=

20、13.977+11.340=25.317kN取焊縫寬度 hf=0.5t=3mm，則 lw=406-2×3=400mm。f=P2×0.7hflw=25.317×1032×0.7×3×400=15.1Nmm2<1.22ffw=1.22×160=195.2Nmm2由此可見，上弦集中荷載很小，可不驗(yàn)算焊縫。2) 節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢尖角焊縫驗(yàn)算取焊縫寬度 hf=5mm，則 lw=406-2×5=396mm。內(nèi)力差 N=-224.35kN，偏心距 e=65mm，偏心彎矩 M = N×e。f=6M2×0

21、.7hflw2=6×224.35×103×652×0.7×5×3962=79.7Nmm2f= N2×0.7hflw=224.35×1032×0.7×5×396=80.9Nmm2ff2+f2=79.71.222+80.92=104.0Nmm2<ffw由此可見，焊縫安全。桿1-2與節(jié)點(diǎn)板間理論上不傳力，但按照節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求，采用與桿2-3相同的焊縫。3) 節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算N2-6作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算：由圖中可量出 be176mm，則=Nbet=147.85×103176&#

22、215;6=140.0Nmm2<fN2-7作用下拉剪驗(yàn)算：1=48°2=90°3=42°l1=53mml2=80mml3=52mm1=0.7262=13=0.689NiAi=80.51×1030.726×53+80+0.689×52×6=87.0Nmm2<f對于無豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板，有ct=406=6.67<10235fy=10則節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定承載力為0.8betf=0.8×176×6×215×10-3=181.6kN>N2-6節(jié)點(diǎn)板的自由邊長度lft=3286=54

23、.7<60235fy=60節(jié)點(diǎn)板滿足受力要求。3. 節(jié)點(diǎn)板4驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)板4的焊縫布置和驗(yàn)算與節(jié)點(diǎn)板2相同，最終可得節(jié)點(diǎn)板4焊縫安全。4. 節(jié)點(diǎn)板7驗(yàn)算1) 節(jié)點(diǎn)板與下弦角鋼焊縫驗(yàn)算N=N7-8-N6-7=207.85-118.23=89.62kN取焊縫寬度 hf=5mm，則肢背焊縫長度為 lw1>K1N2×0.7hfffw+2hf=0.7×89.62×1032×0.7×5×160+2×5=66.0mm肢尖焊縫更小，所以無需再計(jì)算，肢尖與肢背均滿焊即可。2) 節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算N4-7作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算：由圖中可量

24、出 be153mm，則=Nbet=34.18×103153×5=44.7Nmm2<fN2-7作用下拉剪驗(yàn)算：1=37°2=90°3=53°l1=56mml2=70mml3=52mm1=0.6632=13=0.762NiAi=80.51×1030.663×56+70+0.762×52×5=109.7Nmm2<f節(jié)點(diǎn)板滿足受力要求。5. 下弦跨中節(jié)點(diǎn)81) 下弦桿拼接角鋼計(jì)算拼接角鋼與下弦角鋼使用相同的290×7角鋼，并切去部分豎肢和直角邊棱，切肢 =t+hf+5=6+5+5=16mm。

25、取焊縫寬度 hf=5mm，則下弦桿與拼接角鋼連接一側(cè)的焊縫長度為lw=N4×0.7hfffw+2hf=207.85×1034×0.7×5×160+2×5=102.8mm，取140mm取下弦角鋼間隙 b=20mm，則拼接角鋼長度為L=2lw+b=2×140+20=300mm2) 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板焊縫計(jì)算因節(jié)點(diǎn)板兩端桿件內(nèi)力差 N=0，所以取一側(cè)內(nèi)力207.85kN的15進(jìn)行計(jì)算。取焊縫寬度 hf=5mm，節(jié)點(diǎn)板滿焊，則焊縫長度為lw=480-2×5=470mm肢背焊縫： 0.15K1N2×0.7hflw=0.

26、15×0.7×207.85×1032×0.7×5×470=6.6Nmm2<ffw肢尖焊縫： 0.15K2N2×0.7hflw=0.15×0.3×207.85×1032×0.7×5×470=2.8Nmm2<ffw節(jié)點(diǎn)板滿足受力要求。6. 上弦跨中節(jié)點(diǎn)51) 上弦桿拼接角鋼計(jì)算拼接角鋼與上弦角鋼使用相同的290×7角鋼。取焊縫寬度 hf=5mm，則上弦桿與拼接角鋼連接一側(cè)的焊縫長度為lw=N4×0.7hfffw+2hf=204.31

27、15;1034×0.7×5×160+2×5=101.2mm，取225mm取上弦角鋼間隙 b=50mm，則拼接角鋼長度為L=2lw+b=2×225+50=500mm2) 節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢背槽焊縫驗(yàn)算槽焊縫受力大小為2P-N4-5sin=2×13.977-204.31×sin4.76°=5.95kN槽焊縫所受力很小，所以無需驗(yàn)算，滿焊即可滿足受力要求。3) 節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢尖角焊縫驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)板傳力N=0.15N4-5=0.15×204.31=30.64kN偏心距 e=65mm，偏心彎矩 M =N×e。取焊縫寬度 hf=5mm，節(jié)點(diǎn)板滿焊，則焊縫長度為lw=300-2×5=290mmf=6M2×0.7hflw2=6×30.64×103×652×0.7×5×2902=20.3Nmm2f= N2×0.7hflw=30.64×1032×0.7×5×290=15.1Nmm2ff2+f2=20.31.222+15.12=22.5Nmm2<ffw節(jié)點(diǎn)板滿