钢结构课程设计-某厂房钢屋架设计.doc

钢结构课程设计任务书（钢屋架设计） 1 设计题目某厂房钢屋架设计。2 设计目的课程设计是本课程教学的实践教学环节之一，通过设计使学生进一步掌握钢屋架的设计原理、方法、步骤，提高综合分析、解决问题的能力。3 设计条件某厂房总长度90m，跨度根据不同的学号从附表中取，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m 。3.1 结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制）。3.2 屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。3.3 屋盖结构及荷载（1）永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2 保温层 0.5 kN/m2(按分组表确定) 一毡二油隔气层 0.05 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.3 kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 kN/m2屋架及支撑自重：按经验公式计算： 0.12+0.01118=0.318 KN/m22（2）可变荷载：屋面活荷载标准值： 0.7kN/m2雪荷载标准值： 0.35kN/m2积灰荷载标准值： 0.7 kN/m2(按分组表确定)4 设计内容4.1 确定屋盖结构及支撑的布置图；4.2 选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；4.3对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点；4.4 屋架施工图（1）手工绘制运送单元的施工图，用铅笔绘制白纸图。设计的节点应尺寸齐备、书写规范、满足构造要求；（2）施工图内容屋架简图（比例1100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及超拱度。 屋架正面图，上、下弦平面图（有二个比例）。 侧面图，剖面图及零件详图。 注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。 材料表。 说明。5 设计要求5.1 设计内容完整、计算准确、保证经济；图纸整洁、布图合理；5.2 计算书须用打印并装订（A4），插图应按一定比例绘制，做到眉目清晰，文图配合；5.3 图纸应符合房屋建筑制图统一标准和建筑结构制图标准的要求；5.4 屋架跨度、保温层及积灰荷载取值见分组附表所示。请将自己的取值填入设计任务书中；6 设计进度与考核：6.1 进度设计时间一周；6.2 考核根据设计内容的完整性、结构合理性、计算准确性以及图纸的质量、口试、考勤等方面为评分标准；7 参考资料1 夏志斌钢结构原理与设计M北京：中国建筑工业出版社，2012.7.2 刘声扬钢结构原理与设计M北京：中国建筑工业出版社，2011.9.3 夏志斌，姚谏.钢结构设计M北京：中国建筑工业出版社.2010.9.4 GB50017-2003钢结构设计规范S北京：中国计划出版社.2003.5 GB50009-2012建筑结构荷载规范 S北京:中国建筑工业出版社.2012.附 图15006 = 9000 a . 18米跨屋架几何尺寸 b . 18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值一、荷载与内力计算：1、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.4KN/m2保温层： 0.5KN/m2一毡二油隔气层 0.05KN/m2水泥砂浆找平层 0.3KN/m2预应力混凝土屋面板 1.4KN/m2钢屋架和支撑自重 0.12+0.01118m=0.32KN/m2 总计：3.37KN/m2可变荷载标准值雪荷载0.35KN/m2 ,则由查附表1.20得=0.430 6、斜腹杆(De)选用2 L565，详见下图：A25.4210.84 cm，i 1.72cm ，i2.62cm 7、斜腹杆(eF)(Fg)杆件内力：二杆可以选择内力较大杆件进行计算。计算长度：, 内力较小，按选择，需要的回转半径为： 。查型钢表(附录8)，选项截面的和比上述计算的和略大些。选用2L635，得截面几何特性：A=12.286cm2,， ，因为，只求：查附表1.20得，所需截面合适。5、中竖杆Aa杆：选用，由于 ,则由查附表1.20得=0.533，则：6、内力大小相同，选用长细比较大的竖杆Ee进行设计，可保证其他竖杆的安全。则： 选用，由于 ,则由，则：6、中竖杆Gg杆件轴力： (压)，计算长度: , 选用所示十字连接：各杆件的截面选择列出，计算结果详见表2。杆件截面选择表 表2杆件内 力/KN截 面 规 格面 积/cm2计算长度/cm回转半径/cm应力/(N/mm2)上弦-491.51短肢相并2L125X80X1039.42150.75301.52.266.0454.11500.777160.47下弦429.95短肢相并2L125X80X728.19300.00600.002.2986.04130.55250-177.7aB-351.11长肢相并2L125X80X728.19253.00253.004.023.3375.981500.714174.44Bc255.91T形截面2L75X823.00209.04261.302.283.4291.95250-111.30cD-182.63T形截面2L75X823.00229.12286.402.283.42100.491500.430184.66De101.74T形截面2L56X510.84229.12286.401.722.62133.21250-92.9eF-48.11T形截面2L63X512.29249.92312.401.942.96128.821500.39399.62334Fg-45.59T形截面2L63X512.29249.92312.401.942.96128.821500.39393.9126.41Aa-27.00T形截面2L63X512.29199.00199.001.942.89103.351500.53341.25Cc-54.00T形截面2L63X512.29207.20259.001.942.89106.811500.51186.05Ee-54.00T形截面2L63X512.29207.20259.001.942.89106.811500.51186.05Gg43.85十形截面2L63X512.29260.10260.102.452.45106.2150-43.57五、节点设计：本设计采用E50焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。各杆件内力由表1查得，最小焊缝长度不应小于8。1、下弦节点c点（详见下图）(1)、斜杆Bc与节点的连接焊缝计算:N=255.91kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为:肢背:取肢尖：取(2)、斜杆Dc与节点的连接焊缝计算:N=182.63kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为:肢背:取肢尖：取(3)、竖杆Cc与节点板连接焊缝计算：N=54.0kN因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，焊缝长度(4)、下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差N=429.95kN-187.38=242.57kN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：肢背:取肢尖：取(5)、节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为290mm420mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为420mm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=429.95kN-187.38=242.57kN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：焊缝强度满足要求。2、上弦节点B点如(详见图8)：(1)、斜杆Bc与节点板连接焊缝计算，与下弦节点c中的cB杆计算相同。斜杆Bc与节点的连接焊缝计算:N=255.91kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为:肢背:取肢尖：取(2)、斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=351.11kN设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为：8mm和6mm。所需焊缝长度为：肢背:取肢尖：取(3)、上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，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,并且对槽焊缝长度中点的偏心距较小，所以略去由此偏心引起的弯矩，上弦肢背槽焊缝内的应力不用验算。节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝肯定是安全的，可不必须验算。肢尖焊缝承受弦杆内力差N=355.93-0.0=355.93Kn偏心距偏心力矩M=Ne=355.930.1=35.60kNm按构造要求取肢尖，则上弦杆肢尖角焊缝的剪应力为由偏心距引起的正应力为：，满足要求。(4)、节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为290mm410mm。4、屋脊节点“G”(详见图9)：(1)、弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施工焊接，需将拼接角钢的尖角削除，且截支垂直肢的一部分宽度(一般为t+5mm)。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。N=491.51kN，设焊肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则所需焊缝计算长度为(一条焊缝)：，取拼接角钢的长度：，取l=400mm拼接角钢竖肢需切去的高度为=t+5=10+8+5=23mm 取=25mm 即竖肢余留高度为55mm (2)、弦杆与节点板的连接焊缝计算：取节点板的长度为300mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，N=491.51kN15%=73.7kN,其产生的偏心距M=Ne=73.70.1=7.37kNm设焊肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，焊缝应力为：，满足要求。(3)、中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=43.85kN，此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，焊缝长度。5、下弦跨中节点“g”(详见图10)：(1)、弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=501.07kN。设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为：取。拼接角钢长度不小于 取拼接角钢长度为l=300mm肢尖节切去=t+5=7+8+5=20mm, 截面削弱A=207=140mm2。 (切去部分满足要求)。(2)、弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算，N=501.07kN15%=75.16kN。设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为：肢背: 取。肢尖： 按构造要求。(3)、腹杆与接点板连接焊接缝计算：N=43.85kN，此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，焊缝长度。因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。6、端部支座节点a(详见图11)为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度同端部节点板为12mm。(1)、支座底板计算：支座反力R=754=378kN取加筋肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mm380mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：。验算柱顶混凝土的抗压强度： (满足)。注：为混凝土强度设计值，对C30混凝土，。底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加筋肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相仿边自由的板，故应计算底板单位宽度的最大弯矩为：式中，为底板下的平均应力为：。为两支承边之间的对角线长度：为系数，由查表而定，b1为两支承边的相交点到对角线的垂直距离(如图11所示)。由相似三角形的关系，得：，查表得。底板厚度，取t=15mm。(2)、加筋肋与节点板的连接焊缝计算：加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，偏于安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4，则焊缝受力：设焊缝尺寸为6mm，取焊缝的最大计算长度mm,(3)、节点板加筋肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反