钢结构课程设计2012.doc

钢结构课程设计任务指导书一、目的和任务： 钢结构是工业与民用建筑专业四大结构之一。建筑是反映国民经济水平的一大标志，随着改革开放的深入和国民经济的发展、国家经济综合实力的稳步提高，钢结构在建筑中的应用越来越多了，该课程在专业中原本的重要性也越来越加强了。本课程设计旨在在给出的已知条件下，综合运用所学知识，作出正确的计算、绘出相应的施工图。二、设计内容： 本设计主要是设计一钢屋架，其应涵盖以下内容：（一）钢材和焊条型号选择 根据地区温度、荷载特征、连接方法等选择。（二）屋架形式及几何尺寸 1、 屋架按其外形一般可分为三角形和梯形，三角形屋架一般用于中、小跨度 （l=1824m）的轻屋面结构，腹杆多采用芬克式。梯形屋架在全钢结构厂房中运用较为广泛。 2、 屋架的主要尺寸 1）跨度 计算跨度=标志跨度 -（300400mm）。 2）高度 三角形屋架高度主要取决于屋面坡度，当i=1/21/3时，h=(1/41/6)l0。梯形屋架的中部高度主要由经济高度决定，一般取h=(1/61/10)l。 (三)支撑布置 支撑分为上、下弦横向水平支撑，纵向水平支撑，垂直支撑和系杆等五种，应结合屋架形式，房屋的跨度、高度和长度，荷载情况及柱网布置等条件设置。 (四)檩条布置与计算(五)屋架内力计1、屋架的荷载和荷载组合永久荷载包括屋面材料和檩条、屋架、天窗架、支撑以及天棚等结构的自重；可变荷载包括屋面活荷载、雪荷载、风荷载、积灰荷载以及悬挂吊车和重物等荷载；可能遇到的最不利组合一般应考虑以下三种：1）全跨永久荷载+全跨可变荷载2）全跨永久荷载+半跨可变荷载3）全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载在多数情况，用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力即为最不利内力。但在第二和第三种荷载组合下，梯形屋架跨中附近的斜腹杆可能由拉杆转为压杆或内力增大，应予考虑。组合时屋面活载和雪载不会同时出现，取两者中的较大值计算。对风荷载，当屋面倾角300时为产生卸载作用的风吸力，故一般不予考虑。但对瓦楞铁等轻型屋面和风荷载大于490N/m2时，则应进行风吸力有可能使拉杆变压杆的计算。屋架和支撑自重g0可按下面经验公式取值：g0=l (kN/m2,水平投影面)式中 系数，当屋面荷载Q1kN/m2时，=0.01；当屋面荷载Q=12.5kN/m2时，=0.012；当Q2.5kN/m2时，=0.12/l+0.011; l屋架的标志跨度（柱网间轴线距离）。2、杆件内力计算计算假定：1）节点均视为铰接；2）各杆件轴线均在同一平面内且相交于节点中心。屋架杆件的计算内力均按荷载作用于屋架的上、下弦节点进行计算。对有节间荷载作用的屋架，可先将节间荷载分配在相邻的两个节点上，按只有节间荷载作用的屋架求出各杆件内力，然后再计算直接承受节间荷载杆件的局部弯矩。作用于上弦节点的荷载Q可按各均布荷载对节点汇集进行计算：Q=(G、Q)qhksa+G(qsk/cos)sa 式中 （G、Q）荷载分项系数。永久荷载为1.2，可变荷载取1.4； qhk按屋面水平投影面分布的荷载标准值（雪荷载、活荷载、屋架自重等）； qsk按屋面坡向分布的永久荷载标准值（屋面材料等）； s屋架的间距； a上弦节间的水平投影长度； 屋面倾角。 屋架杆件内力可根据屋架计算简图采用图解法或数解法计算。但对一般常用形式的屋架，各种建筑结构设计手册中均有单位节点荷载作用下的杆件内力系数，可查表应用。 上弦杆承受节间荷载时的局部弯矩，一般简化为按简支梁弯矩M0乘以调整系数计算：对端节间正弯矩取M=0.8M0；对其它节间正弯矩和节点负弯矩取M=0.6M0；当仅有一个节间荷载作用在节间中点时，M0=Qa/4。3、屋架杆件的计算长度1）屋架平面内计算长度lox 对弦杆、支座斜杆和支座竖杆，其计算长度取构件的几何长度；对其它中间腹杆，其计算长度取几何长度的0.8倍。2）屋架平面外的计算长度loy 见书 3)斜平面的计算长度见书。（六）杆件截面选择 1、截面形式 截面宜宽肢薄壁，对压杆应尽量使两主轴方向长细比接近，以达到等稳定性。 1）上弦杆：在一般支撑布置情况下，其计算长度常为loy=2lox，故为满足x=y，需要y=2x，因此宜采用两个不等边角钢短肢相并的T形截面。当上弦有节间荷载时，为了提高杆件在屋架平面内的抗弯能力，宜采用两个等边角钢或两个不等边角钢长肢相并的T形截面； 2）下弦杆：为受拉杆件，一般由强度条件确定截面，但还须满足拉杆长细比的要求。下弦杆的loy通常都很大，且可能受有振动，故应优先考虑两个不等边角钢短肢相并的T形截面，以增加杆件的侧向刚度。 3）端斜杆：其在平面内和平面外的计算长度相等，故宜采用两个不等边角长肢相并的T形截面；4）一般腹杆：宜采用两个等边角钢相并的截面，受力很小的腹杆，也可采用单角钢截面。连接垂直支撑的竖杆，为了与支撑连接时不致产生偏心和在吊装时两端可以互换位置，宜采用两个等边角钢十字相连的十字形截面。为保证两角钢共同工作设填板。2、选择原则 1）、应优先选用肢宽薄壁角钢，增加回转半径。角钢规格不宜小于L454或L56364，有螺栓孔时，角钢最小肢宽须满足设置要求。放置屋面板时，上弦角钢水平肢宽不宜小于80mm。 2）、同一屋架的角钢规格应尽量统一，一般宜调整到超过56种，且不应使用肢宽相同而厚度相差不大的规格，以方便配料和避免制造时混料。 3）、对跨度大于24m的屋架，弦杆可根据内力变化，从适当的节点部位处改变截面，但半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以方便拼接的构造处理。3、截面计算屋架杆件一般均为轴心受力构件，当弦杆还受有节间荷载时，为拉弯或压弯构件，可参照有关章节进行。对因构造要求而设置的杆件或内力很小的杆件，可按刚度条件根据容许长细比计算截面需要的回转半径。当采用单角钢作腹杆且单面连接在节点板上时，为偏心受力的压弯或拉弯构件，为简化计算，仍将其按轴心受力构件，但须将钢材和焊缝的强度设计值乘以折减系数R，以考虑偏心的不利影响。 1)计算稳定性时等边角钢 R =0.6+0.0015，但不大于1.0短肢相连的不等边角钢 R =0.5+0.0025，但不大于1.0长肢相连的不等边角钢 R =0.70式中=l0/iy0-对最小刚度轴的长细比。iyo为角钢最小回转半径，lo为计算长度，取节点中心距离。当20时，取=20。2)在计算强度和连接时 R=0.85(七)节点设计1、 节点板厚度 节点板受力复杂，不予计算，按表选取；2、 节点构造和计算参考课本。（八）绘制屋架施工图三、设计资料：某单层单跨厂房，跨度为A（A1=24m ，A2=30m），长120米，柱距6米。厂房内有一台起重量Q=30t的中级工作制桥式吊车。三角形钢屋架B的屋面材料采用石棉水泥波形瓦（重量0.2kN/m2），轻钢拉条和檩条（重量0.1kN/m2），木丝板保温层（重量0.24kN/m2）；梯形钢屋架C的屋面材料采用1.5m6m的预应力混凝土大型屋面板（重量1.40kN/m2），上铺80mm厚泡沫混凝土保温层（重量0.50kN/m2）和两毡三油防水层上铺小石子（重量0.35kN/m2）。屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm400mm,混凝土强度等级D(D1=C20, D2= C25, D3= C30, D4= C30)。屋面活荷载（水平投影面上）0.50kN/m2；积灰荷载为0.5kN/m2；基本风压0.35kN/m2；基本雪压E(E1=0.35kN/m2 E2= 0.4kN/m2, E3= 0.45kN/m2, E4=0.50kN/m2)。无抗震要求，计算温度高于-20C。根据上述设计资料设计一钢屋架。 学号 设计号 学号 设计号 01-A1BD1 E1 20-A2CD3 E102- A1BD2 E1 21- A2CD4 E103-A1BD3 E1 22-A2CD1 E204-A1BD4 E1 23-A2CD2 E206-A1BD1 E2 24-A2CD3 E207-A1BD2 E2 25- A2CD4 E208-A1BD3 E2 26- A2CD1 E309-A1BD4E2 27- -A2CD2 E310-A1BD1E3 28-A2CD3 E311-A1BD2E3 29-A2CD4 E312-A1BD3E3 30-A2CD1 E413-A1BD4E3 31-A2CD2 E414-A1BD1E4 32- A2CD3 E415-A1BD2E4 33-A2CD4 E416-A1BD3E4 34-A2CD1 E117-A1BD4 E4 35楚洲-A2CD2 E118-A2CD1 E1 05- A1BD4 E2 19-A2CD2 E1