鋼結(jié)構(gòu)24米三角形屋架設(shè)計(jì)

1、2016 屆課程設(shè)計(jì)節(jié)間水平投影長度：a=a COSG=2127X 0.9285=1975mm三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名學(xué) 號所屬學(xué)院水利與建筑工程工程學(xué)院專 業(yè)土木工程班級16-5指導(dǎo)教師吳英日期 2014.12塔里木大學(xué)教務(wù)處制1三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）選擇鋼屋架的材料；（2）確定鋼屋架的幾何尺寸；（3）屋架及屋蓋支撐的布置；（4）檁條的設(shè)計(jì)；（5）鋼屋架的設(shè)計(jì)；（6）繪制鋼屋架施工圖。 設(shè)計(jì)題目：鋼屋架 設(shè)計(jì)資料：某廠房總長度90m跨度根據(jù)不同的編號號從附表中取，屋蓋體系可從以下所給的 類型中選取?？v向柱距6m1. 結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱，三角形鋼屋架。柱的混凝

2、土強(qiáng)度等級為C30,三角形屋面坡度i=1 ： 2.5L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-20 C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防 烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為18m廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t （中級工作制）， 鍛錘為2臺5t。2. 屋架采用的鋼材、焊條為：Q345鋼，焊條為E50型。3屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載（2）有檁體系：采用型鋼檁條，壓型鋼板作屋面板。標(biāo)準(zhǔn)值為0.58KN/H2荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式 q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為 屋架及支撐自重，以KN/m為單位；基本風(fēng)壓為0.50 KN/m2，雪荷載為0.3 KN/m2；保溫層0.7心血；積灰荷載1.3 KN/m2

3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 屋架形式及幾何尺寸確定2. 作屋蓋結(jié)構(gòu)及支撐的布置圖；3. 選擇鋼材及焊接材料，并明確提出對保證項(xiàng)目的要求；4. 對鋼屋架進(jìn)行內(nèi)力、桿件截面尺寸的計(jì)算；設(shè)計(jì)一個(gè)下弦節(jié)點(diǎn)、一個(gè)上弦節(jié)點(diǎn)、 支座節(jié)點(diǎn)、屋脊節(jié)點(diǎn)及下弦中央節(jié)點(diǎn)。5. 繪制鋼屋架施工詳圖。1、屋架尺寸屋架計(jì)算跨度：Io =丨300=2400 0- 300=23700mm1屋面傾角：:=a r ct an 二 c 2 1 4 8 ：； si n 0. 371W,cos 0. 9 2 8 52. 5屋架跨中的高度為：h = 23700 = 4740mm2漢2.5上弦長度：丨丨012762mm2cos :節(jié)間長度：a = 1

4、2762 = 2127 mm6屋架幾何尺寸見圖 2。根據(jù)屋面材料的最大容許檁距，可將檁條布置于上弦節(jié)點(diǎn)上（見圖2）,檁距為節(jié)間長度。在檁條的跨中設(shè)置一道拉條。根據(jù)廠房總長度60m跨度為24m有中級工作制吊車及第一開間尺寸5.5m等因素，可在廠房兩端的第二開間設(shè)置一道上弦橫向水平支撐和下弦橫向水平支撐，并在同一開間兩榀相鄰屋架的腹桿間設(shè)置兩道垂直支撐（在跨度1/ 3左右處各一道，見圖 3 ）。上弦檁條可兼做系桿，故不另設(shè)系桿，在下弦跨中央設(shè)置一道通長的柔性系桿。此外，在廠房 兩端的第一開間下弦各設(shè)置三道剛性系桿（見圖3）。3.3檁條的設(shè)計(jì)選用【12.6 槽鋼截面，由型鋼表查得，自重 12.32k

5、g / m-0.12 kN m ,WX=62.1cm3 ,Wy=10.2cm3,檁條和拉條:0.12 kN .m.4lx =391 cm 。1何載計(jì)算 永久荷載：（對輕屋面，可只考慮可變荷載效應(yīng)控制的組合）（坡面）壓型鋼板：0.58X 2.127=1.23366 kN mgk =1.35366 kN m可變荷載：（檁條受荷水平投影面積為 2.217 X 6=12.76 m，沒有超過60 m，故屋面均布活荷載取0.5kN m，大于雪荷載，故不考慮雪荷載。）qk =0.5X 2.217 COS： =0.5X 2.217 X 0.9285=0.99 kN m_圖三屋面支撐布置（單位：mm） 檁條均布

6、荷載設(shè)計(jì)值：q= Ggk+ Qqk=1.2X 1.35366+1.4 X 0.99=3.010392 kN mqx=q COS： =3.010392 X 0.9285=2.795 kN mqy = q sin： =3.010392 x 0.3714=1.118 kN. m2. 強(qiáng)度驗(yàn)算彎矩設(shè)計(jì)值（見圖 4）:1永久荷載（水平投影面）壓型鋼板0.58x2.127=1.23366 kN. m2檁條和拉條0.12 kN m2屋架和支撐自重0.12+0.11L=0.12+0.01 1 X 24=0.38 kN . m2保溫層0.7kNjm2gk =2.43766 kNm22. 屋面活荷載屋面活荷載為0

7、.5 kN m2。3. 風(fēng)荷載風(fēng)荷載高度變化系數(shù)為1.25,屋面迎風(fēng)面的體型系數(shù)為0.328，背風(fēng)面為0.5，所以負(fù)風(fēng)壓的設(shè)計(jì)值為（垂直于屋面）迎風(fēng)面：1 = 1.4 X 1.25 X 0.328 X 0.4=-0.23 kN m2背風(fēng)面：2 = 1.4 X 1.25 X 0.5 X 0.4=-0.35 kN m2-1和*，2均小于永久荷載（荷載分項(xiàng)系數(shù)取 1.0）垂直與屋面的分量 0.57X 0.9285=0.53 kN m2 , 所以永久荷載與風(fēng)荷載聯(lián)合作用下不會使桿件的內(nèi)力變號，故風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力的影響不予考慮。4. 屋架上弦在檁條處的集中荷載屋架上弦在檁條處的集中荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效

8、應(yīng)控制的組合為 全跨永久+全跨可變（不包括風(fēng)荷載）qiggkqqk=1.2 2.43766 1.4 （0.5 1.3）=5.445kN/m2轉(zhuǎn)化為點(diǎn)荷載為P=5.445x1.975x6=64.523kNm3.5屋架桿件內(nèi)力計(jì)算由于屋面坡度較小，風(fēng)荷載為吸力，且遠(yuǎn)小于屋面永久荷載，故其與永久荷載組合時(shí)不會增大 桿件的內(nèi)力，因此不予考慮。芬克式屋架在半跨活荷載作用下，腹桿內(nèi)力不會變號，故只需按全跨 永久荷載與全跨可變荷載組合計(jì)算屋架桿件的內(nèi)力。屋架桿件內(nèi)力計(jì)算可用圖解法或數(shù)解法進(jìn)行。本例屋架為標(biāo)準(zhǔn)屋架，可直接由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊查得各桿件的內(nèi)力系數(shù)，然后乘以節(jié)點(diǎn)荷載即為各相應(yīng)桿件的內(nèi)力。分別如表2和

9、圖5所示。圖五桿件內(nèi)力圖（單位 kN）表2屋架桿件內(nèi)力計(jì)算表?xiàng)U件名稱桿件內(nèi)力系數(shù)內(nèi)力設(shè)計(jì)值（kN ）上弦AB-14.81-955.585BC-13.66-881.384CD-14.07-907.838DE-13.70-883.965EF-12.55-809.7636FG-12.95-835.57下弦AH+13.75+887.19HI+11.25+725.88IJ+7.50+438.92腹桿DI-2.79-180.019BH、CH-1.21-78.07EK、FK-1.21-78.07HD、DK+2.50+161.3IK+3.75+241.96KG+6.25+403.27GJ0.000注：負(fù)為受壓

10、，正為受拉3.6桿件截面的選擇弦桿端節(jié)間最大內(nèi)力為一955.585 kN ,由焊接屋架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表，可選用屋架中間節(jié)點(diǎn)板厚度為8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度為 10mm。1上弦桿整個(gè)上弦桿不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。Nmax = 955.585 kN，lx=212.7cm，ly=2lx=2X 212.7=425.4cm。選用 2L 180X 14 組成的 T 形截面，節(jié)點(diǎn)板厚為8mm查型鋼表得2A=2X 48.896=97.792 cm , ix=5.56cm , iy=8.0cmlox = 212.7ix 5.56=38.255 vI .1=150n oy 1185I-,y=194.9v . “

11、=350iy6.08故所選截面合適。3. 腹桿(1) DI 桿NDi = 152.0829 kN ,lox =0.8 l =0.8 X 255.5=204.4cm , loy= l =255.5cmoyy=:425.4 = 53.75 v b .1=150iy8根據(jù)max= y =53.75 查表得：=0.842，則N二=3955.585 102 r.2= =116.05N/mm v f =215 N/mm0.842 97.79 10故選擇截面合適。2.下弦桿下弦桿也不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。Nmax =+887.19 kN，屋架平面內(nèi)的計(jì)算長度取最大節(jié)間IJ長度，即lox =497.6cm

12、。因屋架下弦在跨中央設(shè)有一道通長的系桿，故屋架平面外的計(jì)算長度取側(cè)向固定點(diǎn)間的距離，即loy=1185cm。所需截面面積為：N= 887.19 1041.26cm選用 2L 70X 6, A=2X 8.16=16.32 cm , ix=2.15cm , iy=3.2cm。 f2.5選用2L 125 X 80X 12短肢相連的T形截面，由型鋼表查得A = An =23.4 X 2=46.8 cm2 , ix=2.24cm , iy =6.08cm3f =215 N.： mm2N 887.19 10K1 .2-=廠=189.6 N mm vA 46.8 10嘰222 vix 1.44I 1=350

13、(2),10xx=-ixl0yiy根據(jù)讐 95.07 “ )=150255.53.2= 79.84 v 丨 1=150=x =95.07，查表得 ：=0.588，則3N _152.0829 10= 2A 0.588 16.32 10= 158.48 N . mm2 vf =215 N. mm2所選截面合適。BH CH EK FK桿N=-78.07 kN , l =166.4cm選用匚 70 X 8 單角鋼截面,A=10.667 cm2 , iyo=1.37cm，則lo =0.9 l =0.9X 166.4=149.8cm丄=1498 =109 ： 1=150 iyo 9.37由 =109，查表

14、得 :=0.499。單角鋼單面連接計(jì)算構(gòu)件穩(wěn)定性時(shí)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)為r =0.6+0.0015 =0.6+0.001 5 X 109=0.76= 146.67 N mm2 v r3N78.07 103= 2A 0.499 10.667 10f =0.76 X 215=164.15 N; mm2(3)故所選截面滿足要求。HD DK桿N=161.3 kN , l =343.7cm選用匚 90 X 9 單角鋼截面，A=15.566 cm2 , iyo=1.77cm ,lo=0.9l =0.9X 343.7=309cm弋嚅十58 =350單角鋼單面連接計(jì)算構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)r =0.85

15、 ,則3N 161.3 10c =-A 15.566 102=103.62 N； mm2 v r f =0.85X215=182.8N mm2故所選擇的截面合適。(4) IK、KG桿兩根桿件采用相同的截面，用按最大內(nèi)力N kg =403.27 kN計(jì)算，lx=丨=343.7cm , |oy =2 lox =2X 343.7= 687.4cm2選用 2L70X 7, A=2X 9.424=18.848 cm , ix=2.14cm , iy=3.2cm。= |o 343.7 =160.6 I .1=350ix 2.14loy _ 687.4 iy 一 3.2=248 I .1=3503= 213

16、.86 N mm2 f =215 N. mm2N 403.27 10An = 18.84 102所選截面合適。(5) GJ 桿。N=0, l =474cm對有連接垂直支撐的屋架WJ 2,采用2L56 X 4組成十字形截面，并按受壓支撐驗(yàn)算其長細(xì)比。lo =0.9 l =0.9 X 474=426.6cm , iyo =2.18cml0426.6=195.7 .,=200iyo 2.18故滿足要求。對不連接垂直支撐的屋架 WJ 1,選用L 56X 4單角鋼，并按受拉支撐驗(yàn)算其長細(xì)比，iyo=1.11cm。l0426.6.,=一=384.3 . ,=400 故滿足要求。iyo1.113.7節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

17、本例只選擇幾個(gè)有代表性的、重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其余節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過程從略，可參見屋架施工圖。1.屋脊節(jié)點(diǎn)(見圖6)腹桿GK與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，查表得ffW=160N.mm2 (以下同)，取肢背和肢尖的焊腳尺寸分別 為hf1 =5mm和hf 2=4mm，則桿端所需的焊縫長度分別為肢背：l1 = lw1+10=K1Ngk w+10= 067 403.27 103 + 10=251.2mm2 漢 0.7漢 hf1ffw2疋 0.7 疋 5漢 160故取 l1 =255mm。故肢尖：3.,&Ngk0.33X403.27X10 , o12= l w2 +8=+8=+ 8=156.5mm2x0.7x hf2

18、ffw2X0.7X4X160取 l2 =160mm。圖6屋脊節(jié)點(diǎn)（單位：mm）拼接角鋼米用與上弦桿等截面，肢背處削棱，豎肢切去V=t+ hf+5=17mm，取V=20mm，并將豎肢切口后經(jīng)熱彎成型用對接焊縫焊接。拼接接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長度為_N835.57 勺03lw=W =373mm4 0.7 hfffw 4 0.7 5 160拼接角鋼的總長度為l =2（ lw+10） +d=2（373+10）+ 50=816mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的塞焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載F/ 2,驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按弦桿內(nèi)力 Ngk的15%計(jì)算，且考慮由此產(chǎn)生的偏心彎矩作用（偏心距e=65mm）。設(shè)肢尖

19、焊縫焊腳尺寸 hf =5mm，節(jié)點(diǎn)板總長度為660mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為lw= (660/ 2)/ COS： -20-10 =( 660/2) /0.9285 20- 10=325mm焊縫應(yīng)力為30.15 212.4 102 0.7 5 325=26.6 N： mm230.15N0.15 403.27 102 0.7hflw = 2 0.7 5 3250.15Ne 62 0.7hflW3=31.9 N. mm20.15 403.27 1065 620.753252wff =160 N mm由以上計(jì)算結(jié)果可知，因弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫受力不大，且連接長度較大，故可按照構(gòu) 造進(jìn)行滿焊

20、，不必計(jì)算。2.下弦拼接節(jié)點(diǎn)（見圖 7）CTf 221 26 6 22;2p-） +（）討（辰）+（31.9） =38.6 N/mm v圖7下弦拼節(jié)點(diǎn)（單位：mm）屋架跨度24m超過運(yùn)輸界限，故將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)G和下弦節(jié)點(diǎn)I處設(shè)Nih與Nij的內(nèi)力差計(jì)算，因?yàn)閮?nèi)力差較小，按構(gòu)造布置工地拼接。腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按IK和ID中最大內(nèi)力Nik =61.5 kN計(jì)算。設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取hf =4mm，則桿端所需的焊縫長度分別為肢背：3,0N1K0.67江241.960l1 = lw1+8=w +8=+8=188.9mm2 0.7 hf1ffw2 0.7 4 160故

21、h 取 190mm。肢尖：3,K2N1K0.33 沃 241.960l2 = lw2 +8=w +8=+8=97mm2 0.7 hf2ffw2 0.7 4 160故 l2 取 100mm。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按弦桿內(nèi)力V=t+ hf+5=15mm。按拼接焊縫與置焊縫即可滿足要求，不必計(jì)算。拼接角鋼采用與下弦桿相同截面，肢背處削棱，豎肢切去桿件等強(qiáng)度原則，接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長度為Af12.24 102 215lww =117mm4 0.7 hfff4 0.7 5 160故 lw 取 120mm。拼接角鋼所需總長度為1=2（ lw+10）+10=2 （ 120+10）+10=270mm3上弦

22、節(jié)點(diǎn)D （見圖8）圖8上弦節(jié)點(diǎn)D （單位：mm）各腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算從略，節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸如圖8所示。上弦肢背塞焊縫承受檁條傳來的集中荷載（節(jié)點(diǎn)荷載）F,取節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)肢背 5mm，hf =t / 2=4mm則二f =F32 0.7hflw64.523 031.22 2 0.7 4 (700 -8)=13.6 N mm2 v0.8 hf =128 N . mm2肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫承受弦桿的內(nèi)力差為N = NDc - NDe =-907.838-883.965=-23.87 kN偏心距e=65mm ,且節(jié)點(diǎn)板長度較大，故可不作計(jì)算，按構(gòu)造要求布置焊縫進(jìn)行滿焊即可滿 足條件。2.支座節(jié)點(diǎn)。

23、（見圖9）I 155 I 左5 I 13 J ?00圖9支座節(jié)點(diǎn)（單位： mm）屋架支撐與鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度為C20,仁=10 Nmm2為便于施焊，取下弦軸線至支座底板上表面的距離為160mm，并設(shè)置圖3.10所示加勁肋。下弦桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫取肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為hf1=6mm和hf2=4mm ,則所需焊縫長度為肢背：33.Nah0.6887.110 0.6225.10l1 =1 w1 +12=w +12=+12=452mm2疋 0.7Khf ffW20.76 疋 16020.7 疋 6疋 160故 11 取 455mm。肢尖：33,k2NAH0.33況887.19匯10 0.

24、33匯 225.5匯 10l2-lw2+8-w +8=+8-334.75mm2 0.7 hf2ffw2 0.7 4 1602 0.7 4 160故 12 取 335mm。上弦桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫，由于焊縫長度較大，可不必計(jì)算，按構(gòu)造要求即可。（1）支座底板計(jì)算。支座反力為R=6F=6X 64.523=387.138 kN支座底板尺寸取 aX b=250mmX 250mm采用M22錨栓，并用圖示 U形缺口。柱頂混凝土的壓 應(yīng)力為R+ 0.7hlw3387.13 101.22 0.7 6 860=87.85 N. mm2 vff =160 N; mm2底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算。支座節(jié)點(diǎn)板

25、和加勁肋將支座底板分成四塊，每塊 板均為兩相鄰邊固定支撐而另兩相鄰邊自由的板。兩支撐邊之間的對角線長度為a1 =(125 -(125 _10)2 =170mm2兩支撐邊之間的交點(diǎn)到對角線的垂直距離為 b| = 3 / 2=85mm/ =85/ 170=0.5，查表得：=0.058，貝UM= 1 qq2=0.058x 1.79 x 170X 170=3000.4 NLmm底板所需厚度(f按厚度t在1640范圍取值)：故取t=20mm(2) 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫圖10加勁肋的計(jì)算簡圖(單位： mm)加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算與牛腿焊縫相似，如圖10所示。假定一塊加勁肋的受力為屋架支座反力的1

26、/ 4，即V=R/4= 94.8 =24.6 kN4M=Ve =12.5 -0.5CM24.6 =147.6 kN6 147.6 10421.22 2 0.7 6 138)2 (24.6 匯 103、2 0.7 6 138)加勁肋厚度采用10mm焊腳尺寸hf取6mm，焊縫計(jì)算長度為lw=180-15X 2=138mm 則焊縫應(yīng)力為:6M)2 十(一V漢2 7.7hflw2域 0.7hfb=50.1 N mm2 v f 7 =160 N. mm2(2) 加勁肋、節(jié)點(diǎn)板與支座底板的連接焊縫。圖10所示切口寬度為15mm兩條節(jié)點(diǎn)板和四條加勁肋焊縫的總長度為、lw=2 (250-10) +4 ( 12

27、5-5-15-10) =860mmR+0.7hflw398.4F031.22 0.7 0.6 860=22.3 N/mm2 vfw=160 N mm2故滿足要求。其余各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過程從略。參考資料(1) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB500172003 )。(2) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB500092001 )。(3) 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB500112001 )。(4) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB500682001 )(5) 建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn) (GB T50101 2001 )(6) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語和符號標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5008397)(7) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊，羅邦富等，中國建筑工業(yè)出版社，1988。(8) 鋼結(jié)構(gòu)(第二版)，魏忠明主編，武漢理工大學(xué)出版社，2002?？偨Y(jié)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)已接近尾聲， 歷時(shí)1周，在此期間各項(xiàng)工作進(jìn)行得比較順利，這主要得益于指導(dǎo)老師。首先，對他們表示衷心的感謝：