鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理-課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

武漢工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE20土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)題目：某梯形鋼屋架設(shè)計(jì)專業(yè)層次：土木工程（本科）班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1、設(shè)計(jì)資料 21.1結(jié)構(gòu)形式 21.2屋架形式及選材 21.3荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)） 22、支撐布置 32.1桁架形式及幾何尺寸布置 32.2桁架支撐布置如圖 43、荷載計(jì)算 54、內(nèi)力計(jì)算 65、桿件設(shè)計(jì) 75.1上弦桿 75.2下弦桿 85.3腹桿 95.4豎桿 116、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 146.1下弦節(jié)點(diǎn)“c” 146.2上弦節(jié)點(diǎn)“B” 156.3屋脊節(jié)點(diǎn)“D” 166.4支座節(jié)點(diǎn)“a” 18參考文獻(xiàn) 21圖紙 211、設(shè)計(jì)資料1.1、結(jié)構(gòu)形式某廠房跨度為27m，總長(zhǎng)66m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、3.0×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，屋面坡度為。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房?jī)?nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/30t（中級(jí)工作制），鍛錘為2臺(tái)5t。1.2、屋架形式及選材屋架跨度為18m，屋架形式如附圖1所示，幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)如下圖。屋架采用的鋼材及焊條為：設(shè)計(jì)方案采用Q235鋼，焊條為E43型。附圖1屋架形式1.3、荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)）靜荷載：二氈三油（上鋪綠豆沙）防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0.3kN/m2一氈二油隔氣層0.05kN/m2水泥砂漿找平層0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.4kN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L0.318KN/m2懸掛管道0.15kN/m2活荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.7kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.4kN/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.5kN/m22、支撐布置2.1桁架形式及幾何尺寸布置如下圖2.1、2.2所示圖2.118米跨屋架幾何尺寸圖2.218米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖2.218米跨屋架半跨（左）單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值2.2桁架支撐布置桁架形式及幾何尺寸在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已經(jīng)給出，桁架支撐布置如圖1.1所示。其中考慮到廠房?jī)?nèi)有橋式吊車2臺(tái)150/30t(中級(jí)工作制)，鍛錘為2臺(tái)5t，布置下弦縱向水平支撐。符號(hào)說(shuō)明：SC上——上弦支撐；XC——下弦支撐；CC——垂直支撐;GG——?jiǎng)傂韵禇U；LG——柔性系桿3、荷載計(jì)算3.1、屋面活荷載與雪荷載不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計(jì)算。沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。標(biāo)準(zhǔn)永久荷載值：二氈三油（上鋪綠豆沙）防水層1.002×0.4=0.4008kN/m2水泥砂漿找平層1.002×0.4=0.4008kN/m2保溫層1.002×0.3=0.3006kN/m2一氈二油隔氣層1.002×0.05=0.05kN/m2水泥砂漿找平層1.002×0.3=0.3006kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.002×1.4=1.4028kN/m2懸掛管道1.002×0.15=0.1503kN/m2屋架及支撐自重：0.12+0.011×18=0.318kN/m2共 3.3239kN/m2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（大于雪荷載）： 0.7kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.4kN/m2共1.1kN/m23.2、荷載組合內(nèi)力組合考慮下面三種組合3.2.1全跨靜荷載+全跨活荷載節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：按可變荷載效應(yīng)控制的組合：其中，永久荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)；屋面活荷載或雪荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)；組合系數(shù)；積灰荷載，；按永久荷載效應(yīng)控制的組合：；其中，永久荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)；屋面活荷載或雪荷載，荷載分項(xiàng)系數(shù)；組合系數(shù)；積灰荷載，；故節(jié)點(diǎn)荷載取為102.2kN，支座反力為3.2.2全跨靜荷載+半跨活荷載全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：3.2.3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(diǎn)屋面自重：半跨節(jié)點(diǎn)自重及活載：4、內(nèi)力計(jì)算F=1的桁架各桿件內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨，半跨）已經(jīng)給出。求出荷載情況下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，如下表。表2屋架桿件內(nèi)力組合表5、桿件設(shè)計(jì)5.1上弦桿整個(gè)上弦架采用等截面，按BC桿件之最大設(shè)計(jì)內(nèi)力設(shè)計(jì)。上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。哼x用2L10012，A=45.6c，。

5.2下弦桿整個(gè)下弦桿采用同一截面，按cd桿最大設(shè)計(jì)值計(jì)算。，根據(jù)桁架下弦支撐布置情況，得，連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100mm，可不考慮螺栓孔的削弱。選用2L100806，A=21.2c，

所需截面適合。5.3.斜腹桿5.3.1斜腹桿aB桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度lox=loy=421.1cm。因?yàn)閘ox=loy，故采用不等邊角鋼，長(zhǎng)肢相并，使ix=iy。選用2L140×90×10，A=44.6cm2，iy=3.66cm，ix=4.46cm故應(yīng)按式（4.17）計(jì)算故，按b類查附表4.2，得所選截面合適。5.3.2斜腹桿Bc桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度lox=345.12cm,,選用2L75×5，A=14.82cm2，iy=3.43m，ix=2.32cm滿足要求5.3.3.斜腹桿Dc桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度lox=368.8cm,,選用2L80×5，A=15.82cm2，iy=3.63m，ix=2.48cm滿足要求5.4豎桿5.4.1豎桿Aa桿件軸力：計(jì)算長(zhǎng)度lox=290cm，loy=290cm。內(nèi)力較小，按選擇截面。選用2L635，滿足要求。5.4.2豎桿Cc豎桿Cc受壓，壓力大小為上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長(zhǎng)度：在桁架平面外，根據(jù)支承布置及內(nèi)力變化情況，?。哼x用2L63×5，A=12.286c，雙角鋼T型截面繞對(duì)稱軸（y軸）應(yīng)按彎扭屈曲計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比故應(yīng)按式（4.15）計(jì)算故，按b類查附表4.2，得。滿足要求其余桿件截面見(jiàn)表5.1，其中連接垂直支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計(jì)算長(zhǎng)度，其他腹桿除A-a，B-a，外5.5其余各桿件的截面表5.1桿件截面選擇表?xiàng)U件計(jì)算內(nèi)力/kN截面規(guī)格截面面積/cm2計(jì)算長(zhǎng)度/cm回轉(zhuǎn)半徑/cm長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比[λ]穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力σ/(N/mm2)名稱編號(hào)上弦BC-360.872L1001245.6300.756003.034.5699.26131.751500.371213下弦cd383.252L100×80×641.2300.0012002.44.69125255.835093斜腹桿aB-347.072L140×90×1044.60421.1421.14.473.6694.41151500.4315181.8Bc179.932L75×514.82345.12431.42.323.43148122.7150121cD-63.092L80×515.82368.84612.483.614812715040豎桿Aa-54.252L63×512.2862902901.943.0414995.415044.15Cc-108.492L63×512.2862643301.943.04136108.51500.5017176Dd02L63×512.2863153401.943.04162111.82006、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6.1下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖6.1）

各類桿件的內(nèi)力由表4.1查得。這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)復(fù)桿的內(nèi)力計(jì)算與復(fù)桿與節(jié)點(diǎn)版連接焊縫的尺寸，即和，然后根據(jù)的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)版的形狀與尺寸，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)版的連接焊縫。用E43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：“Cc”桿焊縫構(gòu)造取與“Bc”桿相同“cD”桿內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造要求取根據(jù)上面求得的焊縫長(zhǎng)度，并考慮桿件之間有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長(zhǎng)度為34cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，，受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為：焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.2上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖6.2)

Bc桿（2L75×5）與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“c”相同。即肢背，肢尖aB桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算,設(shè)aB桿的肢背和肢尖的焊縫和，則所需的焊縫長(zhǎng)度為：為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接起來(lái)，槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時(shí)可略去上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力為：上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長(zhǎng)度為340mm。節(jié)點(diǎn)荷載由槽焊縫承受，上弦兩相鄰節(jié)間內(nèi)力差由角鋼肢尖焊縫承受，這時(shí)槽肯定是安全，可不必驗(yàn)算。肢尖焊縫驗(yàn)算如下：滿足要求。6.3屋脊節(jié)點(diǎn)“D”（圖6.3）弦桿一般都采用同號(hào)角鋼采用2L10012進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度。豎肢需切去，并按上弦坡度熱彎。拼接角鋼與上弦連接焊縫在接頭一側(cè)的總長(zhǎng)度（設(shè)）共4條焊縫，認(rèn)為是平均受力，每條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為：拼接角鋼總長(zhǎng)度為：取拼接角鋼總長(zhǎng)度為400mm。上弦與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫，節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為40cm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為，焊縫應(yīng)力為：其他桿件在Ｈ點(diǎn)的焊接均按構(gòu)造做法。腹桿Hg與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同。6.4支座節(jié)點(diǎn)“a”（圖6.4）為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度為12mm。6.4.1支座底板的計(jì)算支座反力：支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm×350mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為280×180mm2=5