鋼結(jié)構(gòu)課設(shè),青海大學(xué)

1任務(wù)書設(shè)計(jì)題目某廠房鋼屋架設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，通過設(shè)計(jì)使學(xué)生進(jìn)一步掌握鋼屋架的設(shè)計(jì)原理、方法、步驟，提高綜合分析、解決問題的能力。設(shè)計(jì)條件某廠房總長度90m，跨度根據(jù)不同的學(xué)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6m。1.結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30,屋面坡度i=L/10；L（21m）為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，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）。屋架形式及荷載：屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：學(xué)號為單號的同學(xué)用Q235鋼，焊條為E43型；雙號的同學(xué)用Q345鋼，焊條為E50型。屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載（1）永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 kN/m2水泥砂漿找平層 kN/m2保溫層 0.5kN/m2一氈二油隔氣層 kN/m2水泥砂漿找平層 kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 kN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L計(jì)算：_KN/m2懸掛管道： kN/m2（2）可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值： m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： kN/m2設(shè)計(jì)內(nèi)容確定屋蓋結(jié)構(gòu)及支撐的布置圖；選擇鋼材及焊接材料，并明確提出對保證項(xiàng)目的要求；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)；屋架施工圖（1）手工繪制運(yùn)送單元的施工圖，用鉛筆繪制白紙圖。設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)尺寸齊備、書寫規(guī)范、滿足構(gòu)造要求；（2）施工圖內(nèi)容屋架簡圖（比例1:100）,左半跨標(biāo)明桿件長度，右半跨注明桿件最不利內(nèi)力，以及超拱度。屋架正面圖，上、下弦平面圖（有二個(gè)比例）。側(cè)面圖，剖面圖及零件詳圖。注明全部零件的編號，規(guī)格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直徑，焊縫尺寸以及對工廠加工和工地施工的要求。材料表。說明。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容完整、計(jì)算準(zhǔn)確、保證經(jīng)濟(jì)；圖紙整潔、布圖合理；計(jì)算書須用打印并裝訂（A4）,插圖應(yīng)按一定比例繪制，做到眉目清晰，文圖配合；圖紙應(yīng)符合《房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50001—2001）》和《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50105—2001）》的要求;屋架跨度、保溫層及積灰荷載取值見分組附表所示。請將自己的取值填入設(shè)計(jì)任務(wù)書中；設(shè)計(jì)進(jìn)度與考核：進(jìn)度設(shè)計(jì)時(shí)間一周；考核根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容的完整性、結(jié)構(gòu)合理性、計(jì)算準(zhǔn)確性以及圖紙的質(zhì)量、口試、考勤等方面為評分標(biāo)準(zhǔn)；參考資料夏志斌.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，.劉聲揚(yáng).鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，.夏志斌，姚諫.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社..GB50017-2002鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社.2002.GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2012.附圖21米跨屋架幾何尺寸21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值選擇鋼屋架的材料根據(jù)荷載性質(zhì)，鋼材可采用Q345，要求保證屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎試驗(yàn)及碳、硫、磷含量合格。屋架連接方法采用焊接，焊條可選用E50型，手工焊。確定屋架形式及幾何尺寸鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30,屋面坡度i=L/10=；L（21米）為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，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）。如下圖：屋蓋及支撐的布置根據(jù)車間長度，屋架跨度，荷載情況，以及吊車設(shè)置情況，布置下弦橫向水平支撐和系桿，屋架下弦沿跨中通長設(shè)兩道柔性系桿。上弦支撐布置下弦支撐布置鋼屋架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載計(jì)算屋面活荷載與雪載一般不會同時(shí)出現(xiàn)，可取其中較大者進(jìn)行計(jì)算。

屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值荷載計(jì)算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計(jì)算。①永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 kN/m2水泥砂漿找平層 kN/m2保溫層一氈二油隔氣層水泥砂漿找平層預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板0.5kN/m2kN/m2kN/m2kN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L計(jì)算： _KN/m2懸掛管道： kN/m2合計(jì)：②可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：m2m2m2kN/m2合計(jì)： m2設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載（端點(diǎn)荷載取半）P=（3.551X1.2+2.15x1.4）x1.5x6=65.44kN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載永久荷載作用屋架上弦節(jié)點(diǎn)相處的荷載：P二3.551x1.2x1.5x6二38.35kN1可變荷載作用屋架上弦節(jié)點(diǎn)相處的荷載：P二2.15x1.4x1.5x6二27.09kN2

3)全跨屋架與支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨屋架和支撐自重產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)荷載：P3二0.351x1.2x1.5x6二3.79kN作用于半跨的屋面板及活載產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)荷載：取屋面可能出現(xiàn)的活載P=(1.4x1.2+0.7x1.4)x1.5x6二23.94kN4內(nèi)力計(jì)算計(jì)算結(jié)果如下表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)P=1全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨屋架支撐+半跨可屋面載+半跨可變荷載計(jì)算內(nèi)力/kN左半跨右半跨全跨①②③弦桿AB000000000BC/CDDE/EFFG/GH:桿acceeggh斜腹桿aBBccDDeeFFggH豎桿Aa0Cc0

Ee0Gg0先求出單位荷載作用于各節(jié)點(diǎn)時(shí)的內(nèi)力，即內(nèi)力系數(shù)，然后可求出當(dāng)荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點(diǎn)時(shí)的桿件內(nèi)力，并求出三種荷載組合下的杯件內(nèi)力．取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為設(shè)計(jì)屋架的依據(jù)?？缰懈浇备辜膬?nèi)力發(fā)生變號，由于考慮了施工階段荷載的不利分布。如果按照正確的施工方法，屋面板采用對稱吊裝，就不會出現(xiàn)桿件內(nèi)力的變號。桿件截面設(shè)計(jì)由于屋架跨度不大于30m,上弦、下弦可不改變截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。上弦桿計(jì)算長度，在屋梁平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度。在屋梁平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況（按大型屋面板與屋梁保證三點(diǎn)焊，故取兩塊屋面板寬度），其計(jì)算長度大于屋架平面內(nèi)計(jì)算長度，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。節(jié)點(diǎn)板厚度需按腹桿的最大內(nèi)力選用。軸心拉桿，可按強(qiáng)度要求選擇截面。對軸心壓桿，可先假定長細(xì)比（弦桿入=80?100,腹桿100?120）選擇截面再進(jìn)行驗(yàn)算。屋架所有的桿件還應(yīng)滿足長細(xì)比限值的要求。按腹桿最大內(nèi)力N二502.84kN，查表7-5，選中間節(jié)點(diǎn)板厚度為10mm，支座節(jié)點(diǎn)aB板厚度為12mm。整個(gè)上弦桿采用等截面，按最大受壓桿件FG、GH內(nèi)力設(shè)計(jì)，N=-797.05kN。FHl=150.75cm，/=301.5cm。因?yàn)?=21，截面選取兩不等肢角鋼，短肢相并。0x 0y 0x 0y假定九二80，查附表得，申=0.688，則A>—=797.05"0'=3737.1mm2=3737cm20f0.688x310ix=\=罟=1-88cm，廠亍=晉=E，由附表討型鋼表，選用2LIJ0-1廠u140x90x10，短肢相并拼（如右圖）,A=44.52cm2，i=2.56cm，i二6.77cm。x y

驗(yàn)算：九=-0x= =59,九=~°y= =45，滿足長細(xì)比xi2.56 yi6.77xy九=max｛九，九｝=59<RL150的要求。TOC\o"1-5"\h\zmax xy由于九八只需求出* =*，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)表，申=0.802,xy minx xo=~^—= 797.05X10 =223.2Nmm2<f=310Nmm2所選截面適合。0A0.802x44.52x102 'xeg整個(gè)下弦桿采用等截面，按最大內(nèi)力N=782.79kN計(jì)算。1 =300cm，=1035cm，eg0x 0y因/》l，選用不等邊角鋼，短肢相拼，如圖所0y0x示:所需截面A>f=葺：9：：03=25.25cm2由附錄H中型鋼表選用2L110x由附錄H中型鋼表選用2L110x70x8，A=27.89cm2，i=1.98cm，i=5.41cm。xy驗(yàn)算：?驗(yàn)算：?=T=課=151.5<山=350x=卜=署=1913<必］=350y滿足長細(xì)比九 =max｛九，九｝=191.3<R]=350的要求。max xyN=782.79xN=782.79x103A=27.89x102=280.67N；mm2<f=310Nmm2，滿足要求。①aB桿：N=-502.84kN，l=l=l=253.0cm。aB 0x0y假定X=100，查附錄D，*=0.555BQEC-IQBQEC-A>―=502.84x103 =29.2cm2，選用0f0.555x310x1022L_125x80x8，長肢相并，如圖:查附表H，A=31.98cm2，i=4.01cm，xi=3.27cmy

l253.0l253.0九=-0x= =58.6九=~°y= =77.4，滿足長細(xì)比xi4.01 yi3.27xy九二max｛九，九｝二77.4<kL150的要求。max xy查附錄D2,得申二0.678,―二 502.84x103 二231.9Nmm2<f=310Nmm2，滿足要求0A0.678x31.98x102②Be桿：N=380.07kN，l=0.8l=0.8x261.3=209.04cm，l=l=261.3cm。Bc 0x 0yN380.07x103A> = =12.26cm2，選f 310x102xy驗(yàn)算：l九=xy驗(yàn)算：l九=-0x=209-04=96.8,xix2.16用2L70x5，查附錄H,A=13.75cm2,i=2.16，i=3.24.九=-0y= =80.6，滿足長細(xì)比yi3.24yL70 11oo1丄1 、、1(1<Jr-丿 T1TOC\o"1-5"\h\z九=max｛九,九｝=96.8<RL350的要求。max xyN380.07x103= =276.41Nmm2<f=310Nmm2，滿足要求。A13.75x102 ' '③cD桿：N=—288.52kN，l=0.8l=0.8x286.4=229.1cm，l=l=286.4cm。cD 0x 0y假定九=100，查附表，申=0.555N0f288.52x103N0f288.52x103=16.7cm2，0.555x310x102選用2L75x6，查附錄H，A=17.59cm2，i=2.31cm，xi=3.45cm。y驗(yàn)算：.l 229.1九=-0x= =99.2，xi 2.31x九=Ly=2864=80.3，滿足長細(xì)比yi3.45九=max｛九，九｝=99.2<kL150的要求。max xy故由九二九二99.2，查附錄D2,得申二0.537N_ 288.52N_ 288.52x103石-0.537x17.59x102二305.4Nmm2<310N：mm2滿足要求。④De桿：N=182.70kN,l=0.8l=0.8x286.4=229.1cm,l=l=286.4cm。De 0x 0yAnN二182AnN二182.70x103f 310x102二5.9cm2,選用2L50x4,則A二7.79cm2,i=1.54cm,xi=2.43cm.y驗(yàn)算：九二債二二148.8,九=-0y=286.4=117.9，滿足長細(xì)比xi1.54 yi2.43xy九=max{九，九}=148.8<RL350的要求。TOC\o"1-5"\h\zmax xyN=182.70x10=234.5Nmm2<f=310Nmm2，滿足要求.A7.79x102⑤eF桿：N=—102.87kN,l=0.8l=0.8x312.4=250cm,l=l=312.4cmeF 0x 0y假定X=100,查附錄D2,p=0.555A>—=102.87x103=6.0cm2，選用2L63x4，查附錄H,A=9.96cm2,i=1.960f0.555x310x102 xcm，i=2.94cm.y驗(yàn)算：X= =127.6,X= =106.3，滿足長細(xì)比x1.96 y2.94X=max{X，X}=127.6<切=150的要求。max xy故由X=127.6，查附錄D2,得p=0.383xN= 102.87xN= 102.87x1030A0.383x9.96x102=269.7N/mm2<310Nmm2,滿足要求。⑥Fg桿：NFg=50.14kNl=l=312.4cm0yl=0.8NFg=50.14kNl=l=312.4cm0y0x將Fg桿按N二50.14kN的拉桿設(shè)計(jì)，選用屋架需采用的最小角鋼2L50x5都可滿足Fg要求。但考慮該桿在其他荷載組合時(shí)可能產(chǎn)生內(nèi)力變形，故宜按壓桿的容許長細(xì)比進(jìn)行控制，現(xiàn)選用2L63x4，查附錄H,A=9.96cm2,i=1.96cm,i二2.94cm.xy驗(yàn)算：九= =127.6,九= =106.3，滿足長細(xì)比x1.96 y2.94九二max｛九，九｝二127.6<RL150的要求。max xy普=501券=50.3Nmm2<八310Nmm2，滿足要求。⑦gH桿:N=79.16kN，l=0.8l=0.8x339=271.2cm，l=l=339cmgH 0x 0y同理，亦按壓桿容許長細(xì)比進(jìn)行控制，選用2L63x4，查附錄H,A二9.96cm2，i二1.96xcm,i二2.94cm.y驗(yàn)算：九=h= =138.4,九=-°y=339=115.3，滿足長細(xì)比xi1.96 yi2.94xy九=max｛九,九｝=138.4<DJ=350的要求。max xyN=79.16x10=79.5Nmm2<f=310Nmm2，滿足要求。A 9.96x102（4）豎桿：N=-32.72kN,N=N=N=-65.44kN，其內(nèi)力值大小相同，選用長細(xì)比較大aA cCeEgG的豎桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可保證其它豎桿的安全可靠性。N=-65.44kN,l=0.8l=0.8x289=231.2cm,l=289cm.因內(nèi)力較小，選用gG 0x 0y2L56x5，則A=10.83cm2,i=1.72cm,i=2.69cm.xy驗(yàn)算：九=L= =134.4,九=斗=289=107.4，滿足長細(xì)比xi1.72 yi2.69xy九=max｛九,九｝=134.4<切=150的要求。max xy故由九=134.4，查附錄D02得：=0.364x

二166.0Nmm2<f=310N/mm2，滿足要求.N二166.0Nmm2<f=310N/mm2，滿足要求.0A 0.364xl0.83xl02各桿件截面選擇如下表：屋架桿件一覽表節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)桿件名稱內(nèi)力KN計(jì)算長度cm截面規(guī)格(均為2個(gè)拼接)截面面積cm2回轉(zhuǎn)半徑(cm)長細(xì)比上FG-IT140X90X105945150:eg3001035廠110X70X8350斜腹桿aB253253-廠125X80X8150Be—廠70X5150cD—廠75X6150De-廠50X4350eF250-廠63X4150Fg250-廠63X4150gH339-廠63X4150豎桿aA199199—廠56X5150Ce229—廠56X5150Ee259—廠56X5150Gg289—廠56X5150角焊縫的抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fw二200N;mm2.設(shè)cB桿的肢背和肢尖焊縫為件二8mm和5mm?所需焊縫長度為:肢背丁羅爲(wèi)：0^0=118.77mm取】=150mm肢尖0.3x380.07肢尖0.3x380.07x103l=w2x0.7x5x200=81.44mm，取l=100mm.w設(shè)cD桿的肢背與肢尖的焊縫為h二8mm和6mm.肢背0.7X288.52x1032x0.7x8x200=90.2mm肢背0.7X288.52x1032x0.7x8x200=90.2mm,取l=100mmw肢尖0.3x288.52x103l= =51.5mm,w2x0.7x6x200取l=80mm。wcC桿件內(nèi)力很小’焊縫尺寸可以按照構(gòu)造要求確定’取件=5mm。肢背0.7x65.44x103l= =33mm，w2x0.7x5x200取l=50mmw肢尖0.3x65.44x103l= =14mm，w2x0.7x5x200取l=50mmw根據(jù)以上焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作和裝配等誤差，按照比例會出節(jié)點(diǎn)詳圖（如下圖），確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為320x270。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為320mm，h=8mm，焊縫所受的力為左右下弦桿的f內(nèi)力差△=637.64-268.30=369.34kN,受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為所以，焊縫強(qiáng)度滿足要求。上弦節(jié)點(diǎn)B如下圖。Be桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸為和節(jié)點(diǎn)c相同，aB桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸為h=10mm和6mm.N=500.77kN。f aB0.7x502.84x103肢背l= =125.7mm，取l=150mmw2x0.7x10x200 w0.3x502.84x103肢尖l= =89.8mm，取l=100mmw 2x0.7x6x200 w為了便于擱置屋面板，上弦節(jié)點(diǎn)板的上邊緣縮進(jìn)上弦肢背8mm，用塞焊縫把上弦角鋼與節(jié)點(diǎn)連接起來。塞焊縫作為兩條焊縫計(jì)算，設(shè)計(jì)強(qiáng)度乘以的折減系數(shù)?？紤]到屋面坡度較小，可假設(shè)集中荷載P與上弦垂直。肢背和肢尖焊縫h=6mm和8mm，上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫長度為340mm。f上弦肢背塞焊縫應(yīng)力：上弦肢尖塞焊縫應(yīng)力：焊縫滿足要求。弦桿的拼接，一般都采用同號角鋼作為拼接角鋼，為了使拼接角鋼在拼接處能緊貼被連接的弦桿并便于施焊，將角鋼的尖角削去。設(shè)焊縫h=8mm，拼接角鋼與弦桿的連接f焊縫的最大內(nèi)力N=797.05kN，每條焊縫長度為：l= Ngh =177mmGH w4x0.7hfffw拼接角鋼的總長度為:l=2(l+2h)+a=2x(177+2x8)+20=406mm，取l=410mm。wf

上弦桿角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)取上弦內(nèi)力的15%進(jìn)行計(jì)算，即：AN二0.15N二0.15x797.05二119.55kN，其產(chǎn)生的偏心彎矩M二AN二70x119.55x