鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)普通鋼屋架設(shè)計(jì)m梯形屋架

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號：所在學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級：指導(dǎo)教師： 2013年7月鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 課程設(shè)計(jì)題目 普通鋼屋架設(shè)計(jì)2. 課程設(shè)計(jì)的目的和要求課程設(shè)計(jì)的目的是加深學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)課程理論基礎(chǔ)的認(rèn)識和理解，并學(xué)習(xí)運(yùn)用這些理論知識來指導(dǎo)具體的工程實(shí)踐，通過綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識完成普通鋼屋架這一完整結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算和施工圖的繪制等工作，幫助學(xué)生熟悉設(shè)計(jì)的基本步驟，掌握主要設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)內(nèi)容和計(jì)算方法，培養(yǎng)學(xué)生一定的看圖能力和工程圖紙繪制的基本技能，提高學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。3. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和基本參數(shù)（各人所取參數(shù)應(yīng)有不同）（1）結(jié)構(gòu)參數(shù)： 屋架跨度18m，屋

2、架間距6m, 屋面坡度110（2）屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）序號12345678永久荷載0.420.520.620.720.820.921.021.07可變荷載0.300.30序號910111213141516永久荷載1.121.171.221.271.321.371.421.47可變荷載0.500.50序號1718192021222324永久荷載0.420.520.620.720.820.921.021.07可變荷載0.400.40序號2526272829303132永久荷載1.121.171.221.271.321.371.421.47可變荷載0.600.60序號3334永久荷載1.52

3、1.57可變荷載0.60（3）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（4）材料 鋼材Q235B.F，焊條E43型。屋面材料采用1.5m×6.0m太空輕質(zhì)大型屋面板。4. 設(shè)計(jì)參考資料（包括課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、設(shè)計(jì)手冊、應(yīng)用軟件等）（1）曹平周，鋼結(jié)構(gòu)，科學(xué)文獻(xiàn)出版社。（2）陳紹蕃，鋼結(jié)構(gòu)（下）房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中國建筑工業(yè)出版社。5. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成普通鋼屋架的設(shè)計(jì)計(jì)算及施工圖紙繪制，提交完整規(guī)范的設(shè)計(jì)技術(shù)文檔。5.1設(shè)計(jì)說明書（或報(bào)告）（1）課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書記錄了全部的設(shè)計(jì)計(jì)算過程，應(yīng)完整、清楚、正確。（2）課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)包括屋架結(jié)構(gòu)的腹桿布置，

4、屋架的內(nèi)力計(jì)算，桿件的設(shè)計(jì)計(jì)算、節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容。5.2技術(shù)附件（圖紙、源程序、測量記錄、硬件制作）（1）施工圖紙應(yīng)包括桿件的布置圖、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖，材料明細(xì)表等內(nèi)容。（2）圖面布置要求合理，線條清楚，表達(dá)正確。5.3圖樣、字?jǐn)?shù)要求（1）課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)裝訂成一冊，包括封面、目錄、課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書正文、參考文獻(xiàn)等部分內(nèi)容。 （2）課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書可以采用手寫。（3）施工圖紙要求采用AutoCAD繪制或者手工繪制。6. 工作進(jìn)度計(jì)劃（19周20周）起止日期工作安排完成情況19周課程設(shè)計(jì)動員19周結(jié)構(gòu)布置、內(nèi)力計(jì)算19周構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算20周施工圖紙繪制20周整理設(shè)計(jì)文檔目 錄1、設(shè)計(jì)資

5、料12、屋架形式、幾何尺寸及支撐布置13、荷載和內(nèi)力計(jì)算13.1荷載計(jì)算13.2荷載組合23.3內(nèi)力計(jì)算24、桿件截面計(jì)算34.1上弦44.2下弦54.3腹桿A-a與I-e64.4腹桿B-a與H-e 64.5腹桿B-b與H-d 6 4.6腹桿C-b與G-d 7 4.7腹桿D-b與F-d 7 4.8腹桿D-c 8 4.9腹桿F-c 8 4.10腹桿E-c95、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)9 5.1下弦節(jié)點(diǎn)b105.2上弦節(jié)點(diǎn)B 115.3上弦節(jié)點(diǎn)C 125.4上弦節(jié)點(diǎn)D 135.5下弦節(jié)點(diǎn)c 135.6上弦節(jié)點(diǎn)E 145.7上弦節(jié)點(diǎn)A 155.8支座設(shè)計(jì) 166、主要參考資料 181. 設(shè)計(jì)資料（1）結(jié)構(gòu)參數(shù)：屋架

6、跨度18m，屋架間距6m, 屋面坡度1/10（2）屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）可變荷載：0.4KN/m2 永久荷載：0.82 KN/m2（3）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（4）材料：鋼材Q235B.F，焊條E43型屋面材料采用1.5m×6.0m太空輕質(zhì)大型屋面板2. 屋架形式、幾何尺寸及支撐布置梯形屋架上弦較平坦，適合于采用壓型鋼板和大型鋼筋混凝土面板，薄坡度一般在1/121/8之間，依據(jù)題意要求選擇了梯形屋架，其中屋架的跨度L為18m，又因?yàn)?，取，。其余桿件尺寸如下圖所示：圖1屋架結(jié)構(gòu)圖圖2屋架尺寸及內(nèi)力圖3荷載和內(nèi)力計(jì)算31 荷載計(jì)算可變荷載

7、：0.4kN/m2 永久荷載：0.82 KN/m2恒載計(jì)算：恒載設(shè)計(jì)值按分項(xiàng)系數(shù)1.2為 KN/m2，節(jié)點(diǎn)載荷KN活載計(jì)算：分項(xiàng)系數(shù)1.4，活載 KN/m2，KN3.2 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3.3.內(nèi)力計(jì)算組合分為全跨活載荷和半跨活載荷兩種情形，求這兩種情形的內(nèi)力系數(shù)的單位荷載見圖3與圖4，其中“恒+全”一欄所列數(shù)值表示恒載與全跨活載的組合值，而“恒+半”一欄所列數(shù)值表示恒載與半跨活載的組合值。圖3計(jì)算內(nèi)力系數(shù)的全跨荷載圖4計(jì)算內(nèi)力系數(shù)的半跨荷載桿件內(nèi)力系數(shù)單項(xiàng)荷載內(nèi)力內(nèi)力組合不利組合恒載活載全跨半跨全跨半跨恒+全恒+半上 弦 桿AB000000

8、00HI00000000BC-6.958-4.638-92.4301-52.6025-35.0633-145.033-127.493-145.033GH-6.958-2.319-92.4301-52.6025-17.5316-145.033-109.962-145.033CD-6.958-4.638-92.4301-52.6025-35.0633-145.033-127.493-145.033FG-6.958-2.319-92.4301-52.6025-17.5316-145.033-109.962-145.033DE-7.537-3.769-100.122-56.9797-28.4936-1

9、57.101-128.615-157.101EF-7.537-3.769-100.122-56.9797-28.4936-157.101-128.615-157.101下弦桿ab4.5653.26160.6414634.511424.6531695.1528685.2946295.15286de4.5651.30460.6414634.51149.8582495.1528670.499795.15286bc7.7594.655103.070658.6580435.1918161.7286138.2624161.7286cd7.7593.103103.070658.6580423.4586816

10、1.7286126.5292161.7286腹 桿Aa-0.5-0.5-6.642-3.78-3.78-10.422-10.422-10.422Ie-0.50-6.642-3.780-10.422-6.642-10.422Ba-5.753-4.109-76.4229-43.4927-31.064-119.916-107.487-119.916He-5.753-1.644-76.4229-43.4927-12.4286-119.916-88.8515-119.916Bb2.9711.70739.4667622.4607612.9049261.9275252.3716861.92752Hd2.97

11、11.26439.4667622.460769.5558461.9275249.022661.92752Cb-1-1-13.284-7.56-7.56-20.844-20.844-20.844Gd-10-13.284-7.560-20.844-13.284-20.844Db-1.162-0.055-15.436-8.78472-0.4158-24.2207-15.8518-24.2207Fd-1.162-1.107-15.436-8.78472-8.36892-24.2207-23.8049-24.2207Dc-0.36-1.259-4.78224-2.7216-9.51804-7.50384

12、-14.3003-14.3003Fc-0.36-0.899-4.78224-2.7216-6.79644-7.50384-11.5787-11.5787Ec0.50.256.6423.781.8910.4228.53210.422表1屋架內(nèi)力組合表4. 桿件截面選擇腹桿最大內(nèi)力161.7286KN（壓）由屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考表可知支座支節(jié)點(diǎn)板厚度取。 桿件截面選擇見下表2名稱桿件編號內(nèi)力/KN計(jì)算長度/mm截面規(guī)格截面面積/回轉(zhuǎn)半徑/cm長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算應(yīng)力上弦桿AB-HI-157.122614435.12322.286.099.273.91500.56087.7下弦桿ab-de16

13、1.734500450028.581.372.18328.5206.4350188.5腹桿Aa-10.421500150026.981.382.16108.769.41500.50129.7Ie-10.421500150026.981.382.16108.769.41500.50129.7Ba-119.927182718216.322.153.19126.485.21500.404181.8He-119.927182718216.322.153.19126.485.21500.404181.8Bb61.932835383526.981.382.16205131.335088.7Hd61.932

14、835383526.981.382.16205131.335088.7Cb-20.841950195026.981.382.16141.390.31500.34087.6Gd-20.841950195026.981.382.16141.390.31500.34087.6Db-24.2231293129216.322.153.19145.598.11500.32445.7Fd-24.2231293129216.322.153.19145.598.11500.32445.7Dc-14.331293129216.322.153.19145.598.11500.32427.0Fc-11.5831293

15、129216.322.153.19145.598.11500.32421.7Ec10.422400240026.981.382.16173.9111.135014.9表2 屋架桿件截面選擇表4.1 上弦整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。最大內(nèi)力為-157.1KN，則平面外計(jì)算長度：若獲得平面，則應(yīng)有，選用兩不等肢角鋼短肢相并比較適當(dāng)。假定沒有相似資料參照，故先設(shè)以幫助選擇截面。設(shè)，屬于軸心壓桿b類，有書上附錄查得。取強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=215 KN/m2，根據(jù)所設(shè)的，截面應(yīng)該有應(yīng)大于，節(jié)點(diǎn)板厚度，有型鋼表查得（取a=8mm），并由短肢相并構(gòu)成壓桿，查得A=2×16=32，用實(shí)際截面驗(yàn)算。（

16、容許長細(xì)比）對此短肢相并的不等邊雙角鋼截面，可取，查得，所選截面合適。4.2 下弦整個(gè)下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。最大內(nèi)力為161.7KN，選用（a取8mm），A=2×4.29=8.58，強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：容許的長細(xì)比驗(yàn)算：所選截面符合要求。4.3 腹桿A-a與I-e最大內(nèi)力為-10.42KN，選用（a取8mm），A=2×3.49=6.98，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：根據(jù)查得所選截面符合要求。4.4 腹桿B-a與H-e最大內(nèi)力為-119.9KN，選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：根據(jù)查得所選截面符合要

17、求。4.5 腹桿B-b與H-d最大內(nèi)力為61.9KN，選用（a取8mm），A=2×3.49=6.98，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：所選截面符合要求。4.6 腹桿C-b與G-d最大內(nèi)力為-20.8KN，選用（a取8mm），A=2×3.49=6.98，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：根據(jù)查得所選截面符合要求。4.7 腹桿D-b與F-d最大內(nèi)力為-24.2KN，選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：根據(jù)查得所選截面符合要求。4.8 腹桿D-c最大內(nèi)力為-14.3KN，選用（a取8mm），A=2×8.16=1

18、6.32，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：根據(jù)查得所選截面符合要求。4.9 腹桿F-c最大內(nèi)力為-11.5KN，選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：根據(jù)查得所選截面符合要求。4.10 腹桿E-c最大內(nèi)力為-10.4KN，選用（a取8mm），A=2×3.49=6.98，容許的長細(xì)比驗(yàn)算：強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算：所選截面符合要求。5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)用E43焊條時(shí)，角焊縫的抗拉抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。由書本可知角鋼焊縫內(nèi)力分配系數(shù)。對于等肢角鋼一肢相連的情況；對于不等肢角鋼短肢相連，。焊縫實(shí)際長度：計(jì)算長度：肢背處焊縫面積：肢尖處焊縫面積：由于此

19、設(shè)計(jì)中上弦桿采用短肢相并，腹桿與下弦桿采用等邊角鋼相連。根據(jù)以上公式可求得下表：腹桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值/需要焊縫面積/采用焊縫/焊縫長度肢背肢尖肢背肢尖肢尖肢背10.4232.613.95-804-809090119.92374.8160.65-805-80909061.93193.5-85.75-804-80909020.846527.8-5-804-80909024.2275.734.35-805-80909014.344.721.45-805-80909011.5836.217.15-805-80909010.432.517.15-805-809090表3 焊縫計(jì)算表5.1 下弦節(jié)點(diǎn)b由上表3可

20、知，Bb桿肢背焊縫為5-90，肢尖焊縫為4-90；Db桿肢背焊縫為5-90，肢尖焊縫為5-90，Cb桿肢背焊縫為5-90，肢尖焊縫為4-90。根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖（如下圖5所示），可得到節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接長度為440mm，焊縫承受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差驗(yàn)算肢背焊縫強(qiáng)度滿足要求。圖5 節(jié)點(diǎn)b5.2 上弦節(jié)點(diǎn)B根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖（如下圖6所示），可得到節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接長度為510mm，焊縫承受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差驗(yàn)

21、算肢背焊縫強(qiáng)度：滿足要求。圖6上弦節(jié)點(diǎn)B5.3 上弦節(jié)點(diǎn)C根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖（如下圖7所示），可得到節(jié)點(diǎn)板的尺寸為如圖所示。驗(yàn)算肢背焊縫強(qiáng)度：滿足要求。圖7 節(jié)點(diǎn)C5.4 上弦節(jié)點(diǎn)D根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖（如下圖8所示），可得到節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接長度為440mm，焊縫承受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差驗(yàn)算肢背焊縫強(qiáng)度：滿足要求。圖8 節(jié)點(diǎn)D5.5 下弦節(jié)點(diǎn)c根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖（如下圖9所示），可得到節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，設(shè)角焊縫焊腳尺寸，則接頭一側(cè)需要的焊縫計(jì)算長度為：拼接角鋼的總長度：，取拼接角鋼需要切去的高度，即剩余豎肢高度為30mm。圖9 節(jié)點(diǎn)c5.6 上弦節(jié)點(diǎn)E角鋼肢尖焊縫應(yīng)取上弦內(nèi)力的15%進(jìn)行計(jì)算，即