完整钢结构课程设计4

贵州大学高等教育自学考试实践考试钢 结 构 课程设计课程代码：02443题目：单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计 年 级：2 0 1 3 级 专 业： 建 筑 工 程层 次： 本 科姓 名： 张 伟准考证号：21001181132衔接院校： 贵 州 大 学指导老师： 张 筱 芸完成日期： 2015. 4. 241附件：设计资料1、设计题目：单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计2、设计任务及参数：第五组：某地一机械加工车间，长 84m，跨度 24m，柱距 6m，车间内设有两台 40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高 18.5m，柱顶标高 27m，地震设计烈度 7 度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.56m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2） ，上铺 100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3） ，三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2） ，找平层 2cm 厚（0.3KN/m 2） ，卷材屋面，屋面坡度 i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级 C20，上柱截面 400400mm。钢材选用 Q235B，焊条采用 E43 型。屋面活荷载标准值 0.7KN/m2，积灰荷载标准值 0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表，7 位同学依次按序号进行选取。活载 KN/m2 1 2 3 4 5 6 7基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.453、设计任务分解学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。表-34、设计成果要求在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用 A4 纸书写（打印）。A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。2单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长 84m，跨度 24m，柱距 6m，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高 18.5m，柱顶标高 27m，地震设计烈度 7 度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.56m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（ 1.4KN/m2） ，上铺 100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为 1KN/m3） ，三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2） ，找平层 2cm 厚（0.3KN/m 2） ，卷材屋面，屋面坡度 i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级 C20，上柱截面 400400mm。钢材选用 Q235B，焊条采用 E43 型。屋面活荷载标准值 0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表。活载KN/m21 2 3 4 5 6 7基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45（2）屋架计算跨度)(7.23.040ml（3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度 （为 ） ，屋架跨中起拱 考虑，mh190h3106.7/0l 50/l取 48m.2.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示：3图 1.梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度（102m60m） 、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：4屋架上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图53.荷载计算屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载 0.7kN/ 进行计算。2m屋面风荷载 迎风面 mKN/8.5123.0).1(4.1 背风面 65由于屋面坡度较小，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋架不考虑。表 1 荷 载 计 算 表荷载名称 标准值（kN/ ）2m设计值（kN/ ）2m预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.41.351.89三毡四油防水层（上铺绿豆沙）0.4 0.41.350.54找平层（厚 2cm） 0.3 0.31.350.40510cm 厚泡沫混凝土保温层 10.10.1 0.11.350.35屋架和支撑自重 0.12+0.01124=0.384 0.3841.350.5184永久荷载总和 2.684 3.6234屋面活荷载 0.7 0.71.40.98积灰荷载 0.6 0.61.40.84可变荷载总和 1.3 1.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：6KNF91.4865.1)82.634.(3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载： 61.325.1624.31F半跨节点可变荷载： KN8823.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重： F67.45.18.03半跨节点屋面板自重及活荷载： KN31.2.)9.(41、2 为使用节点荷载情况，3 为施工阶段荷载情况。4.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示：7屋架计算简图由图解法或数解法解得 F1 的屋架各杆件的内力系数（F1 作用于全跨、左半跨和右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表 28屋 架 构 件 内 力 组 合 表内力系数（F=1） 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨 左半跨右半跨第一种组合F 1F+ 2+123F 43 4计算杆件内力（KN）上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-444.81-686.83-771.55-797.890-407.96-620.28-681.65-707.980-332.75-523.42-603.05-620.600-200.99-296.66-311.79-326.770-94.83-160.18-201.49-204.020-444.81-686.83-771.55-797.89下弦Abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52242.18586.45741.86740.81223.52534.05663.36632.62179.77442.52571.94600.78111.42259.58311.05268.3749.63130.47182.43224.58242.18586.45741.86740.81斜腹杆aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.4938.6876.4134.13-406.16306.07-238.00154.62-93.7130.2565.60103.3334.11-326.66256.41-206.98145.62-103.7857.07-1.0424.0722.73-202.47150.06-110.6966.22-27.80-1.6460.1981.6619.40-90.1975.79-67.0853.77-46.7836.65-34.63-31.033.28-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.49,-1.6465.60,-34.63103.33,-31.0334.13竖杆AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-24.50-48.92-73.47-48.990-24.50-48.80-73.46-48.990-16.31-32.56-48.91-32.610-13.95-27.86-41.81-27.890-2.34-4.64-7.02-4.670-24.50-48.92-73.47-48.9905.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按 GH,HI 杆件的最大内力设计，即 KN9.79上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即在屋架平面外，本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取 为支撑点间的距离，即oylm60根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如下图所示。腹杆最大内力 ，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫KN06.4板厚度取 10mm,支座节点板刚度取 12mm。设 ，查 Q235 钢的稳定系数表，可得 （由双角钢组成的 T 形和70 751.0十字形截面均属于 b 类） ，则需要的截面积为 236.492157.089mfNA需要回转半径：， mliox5.21708lioy7.850根据需要 A， ， 查角钢规格表，选用 ，肢背间距xiy 182La=10mm，则： ， ，2568ix3.1miy3.6mlox150810按所选角钢进行验算：， ，xy567.0x MPaANx 2.3056.所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm95mm10mm，则间距 ，取 70cm。cmicmld 2.918.400.748.29杆件 Dc杆件轴力 KN3.1计算长度 0.82778=2222.4m， oxl loy278选用 ，查角钢规格表得8752L， ，230mAix8.miy0.35，5.97.4xoil 3507.9.28yoilMPaAN2182301所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取 60mm95mm10mm，则间距 ，取 100cm。cmicmld 4.182.086.9238.7杆件 cF14杆件轴力 KN64.18计算长度 0.83055=2444m， oxl mloy305选用 ，查角钢规格表得752L， ，230mAix8.iy.，150.78.4xoil 1503.890.5yoil ， ， xy9.x MPaANx 215.424.6所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm95mm10mm，则间距 ，取 。cmicmld 2.918.40.7645.3080杆件 Fd杆件轴力 KN9.2计算长度 0.83035=2444m， oxl loy305选用 ，查角钢规格表得4632L， ，29mAix6.19miy4.29，350.6.18xoil 350.1.30yoilMPaAN217.95240所选截面满足要求填板放两块，尺寸取 60mm83mm10mm，则间距 ，取 110cm。cmicmld 8.1569.802.1035. 杆件 RG杆件轴力 KN.4计算长度 0.81952=1561.6m， oxl loy1952选用 ，查角钢规格表得632L， ，29mAix6.19miy4.15，3507.96.15xoil 3506.4.2915yoil ， ， xy8.0xMPaANx 8.68.4321所选截面满足要求填板放两块，尺寸取 60mm83mm10mm，则间距 ，取 70cm。 cmicmld 8.1569.801.6532.9（4）竖杆杆件 Aa杆件轴力 KN50.24计算长度 0.81900=1520m， oxl mloy190由于杆件内力较小，按 选择，需要回转半径为5，mix13.0iy67.12选用 ，查角钢规格表得4562L， ，287Aix3.miy7.2，1506.3.10xoil 15034.69.10yoil ， ， xy.xMPaANx 87.63.242所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取 60mm76mm12mm，则间距 ，取 65cm。cmicmld 2.6973.1403.60.19杆件 HR杆件轴力 KN.48计算长度 0.81406=1124.8m， oxl loy1406选用 ，查角钢规格表得562L， ，287mAix3.17miy7.216，1502.63.1784xoil 1503.7.26140yoil ， ， xy.0xMPaANx.87.92所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm76mm10mm，则间距 ，取 50cm。cmicmld 2.6973.1408.463.10杆件 Cb杆件轴力 KN92.计算长度 0.82200=1760m， oxl loy20选用 ，查角钢规格表得4562L， ，287mAix3.17miy7.6，50.3.10xoil 1503.8.20yoil ， ， xy48.xMPaANx .7483.92所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm76mm10mm，则间距 取 60cm。,2.6973.1405420cmicmld 杆件 Ec杆件轴力 KN9.8计算长度 0.82500=2000m， oxl loy250选用 ，查角钢规格表得4562L， ，287mAix3.17miy7.6，506.3.10xoil 15024.9.0yoil ， ， xy4.xMPaANx .8746.17所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm76mm10mm，则间距 取 65cm。,2.6973.1405.6240cmicmld 杆件 Gd杆件轴力 KN47.3计算长度 0.82800=2240m， oxl mloy280选用 ，查角钢规格表得62L， ，29mAix6.19iy4.9，503.46.10xoil 1507.2.80yoil ， ， xy8.xMPaANx 6.946.73所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm83mm10mm，则间距 取 70cm,4.7896.14070428cmicmld 18表 3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表计算长度/cm 回转半径/cm 长细比 稳定系数 名称杆件编号内力/kN 0xl0yl截面规格截面面积/ 2cmxiyixy容许长细比 xy计算应力 NA2()m上弦GH、HI-797.89 150.8 600.0 1801101056.80 3.13 8.71 48.18 68.89 150 0.754 186.3下弦cd 741.86 300 1185.0 1801101056.80 3.13 8.71 95.80 136.05 350 156.77Aa -24.50 152 190 564 8.78 1.73 2.74 87.86 69.34 150 0.636 43.87aB -440.06 244.8 244.8 125808 32.00 4.01 3.35 61.05 73.07 150 0.732 187.87Bb 339.58 202.7 253.4 758 23.00 2.28 3.42 88.90 74.10 350 147.60Cb -48.92 176.0 220.0 564 8.78 1.73 2.74 101.7 80.30 150 0.483 115.50bD -267.24 223.8 279.8 758 23.00 2.28 3.42 98.2 81.80 150 0.567 204.90Dc 180.33 222.2 277.8 758 23.00 2.28 3.42 97.5 81.20 350 78.40Ec -48.92 200.0 250.0 564 8.78 1.73 2.74 115.6 91.24 150 0.460 121.13cF -118.64 244.4 305.5 758 23.00 2.28 3.42 107.2 89.3 150 0.449 114.90Fd 52.49 242.8 303.5 634 9.96 1.96 3.02 123.9 100.5 350 52.70Gd -73.47 224.0 280.0 634 9.96 1.96 3.02 114.3 92.7 150 0.468 157.60dR 65.60-34.63215.7 420.2 634 9.96 1.96 3.02 110.1 139.1 150 0.349 99.70RI 103.3-31.0215.7 420.2 634 9.96 1.96 3.02 110.1 139.1 150 0.349 205.72RG 34.13 151.2 195.2 634 9.96 1.96 3.02 79.7 64.6 150 0.688 49.80腹杆HR -48.99 112.5 140.6 564 8.78 1.73 2.74 65.02 51.30 150 0.780 71.53Ie 0 0.9 310.0=279.0634 9.96 1.96 3.02 142.4 92.4 200 0196.节点设计1.下弦设计（1）下弦节点 b已知采用用 E43 型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfMpa=设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢mhf68和连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取 180 。lw 2.146087.23951 m肢尖： ，取 100 。l .95.设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：mhf和肢背： ，取 120 。lw 9.15821607.2431 m肢尖： ，取 90 。l 6.7.“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。hf5根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 300mm340mm。下弦节点“b”20下弦与节点板连接的焊缝长度为 34.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆mhf6的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN27.3618.425.68N，焊缝强度满足要求。MPafaw1090.723）（ （2）下弦节点 c已知采用用 E43 型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfMpa=设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢mhf68和连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取 100 。lw 4.3216087.231 m肢尖： ，取 60 。l .56.设“cF”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：mhf和肢背： ，取 80 。lw 4.608217.026431 m肢尖： ，取 60 。l 3.1.“cE”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。hf5根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例21下弦节点“c”绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 260mm300mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 34.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦mhf6杆的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN41.5.86.741NMPafaw079320.253）（ ，焊缝强度满足要求。（3）下旋节点 d已知采用用 E43 型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfMpa=设“Fd 的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接mhf68和的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取 80mm.lw .35216087.254931肢尖： ，取 60mm.ml 8.4.设“dR 的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：hf和肢背： ，取 80mm.lw 5.4082167.0253122肢尖： ，取 60 .mlw 1.286107.2653“Gd 的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。hf5根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 260mm340mm。下弦节点“d”下弦与节点板连接的焊缝长度为 34.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦mhf6杆的内力差 ，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN05.18746.1N，焊缝强度满足要求。MPafaw2.30.725）（ (4)下弦节点 e1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为 50cm，。焊缝所受的力为弦杆的内力 ，则需焊缝长度为:mhf8 kN81.740，取 =250mm167.04wffwhNl m2.696.wl拼接角钢长度不小于 2 250+10=510mm，取 540mm。为了保证施焊方便和保证连接焊缝的质量，还需将连接角钢的竖直肢切去 =t+ =10+8+5=23mm。hf5232）竖杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。kNN12.%540817设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背： ，取 =80mmmlw39.6712067.233wl肢尖 ，按构造要求，取焊缝长度 50mm，lw 8013 wl取 =60mm3）节点板尺寸：按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸:图 14.下弦节点“e” MPafaw16056.91508.7243）（ 焊缝强度满足要求。2 上弦设计（1）上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。已知： kN06.4-aB24设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按不等肢角mhf68和钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，取 170 。lw14.5326087.2431肢尖： ，取 140 。ml 0为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到： 。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 5,102 212肢尖焊缝承担弦杆内力差 ，肢背采用塞焊缝，kNN81.4.1承受节点荷载 。kNF91.48上弦与节点板间焊缝长度为 400mm，则 MPaf 51.90)4(57.02813f 9 Pa16034.951.0)2.14(22 ff）（节点如图:25上弦节点“B”（2）上弦节点“D”“bD”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。肢背： ，取 120 。mlw 9.15821607.2431 肢尖： ，取 90 。l 6.7.“Dc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。肢背: ，取 100 。mlw 4.83216087.231 肢尖： ，取 60 。l .5.为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝把上26弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到： 。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 5,102 212肢尖焊缝承担弦杆内力差 ，肢背采用塞焊kNN0.481.3.61缝，承受节点荷载 。kF9.48上