梯形钢屋架-钢结构课程设计.docx

钢结构课程设计设计名称某车间钢屋盖专业班级学 号姓 名指导老师日 期2016年5月20日建筑工程学院土木系制目 录一、 评分标准与成绩二、 设计资料三、 屋架形式及几何尺寸四、 支撑的布置五、 檩条的布置六、 材料自重及荷载七、 荷载计算八、 杆件截面选择九、 各腹杆的焊缝尺寸计算十、 节点板的设计一、 评分标准与成绩评分标准优（90100分）1、结构布置合理，荷载计算正确，各项技术指标取值合理，内力计算正确，杆件设计较合理，满足“标准”和“规范的要求”。2、应交的图表资料齐全，图纸整洁美观，表格内各项数据计算无误。3、计算书内容齐全，文字流畅，条理清晰，有独立分析问题和解决问题的能力。良（8089分）1、结构布置合理，荷载计算正确，各项技术指标取值合理，内力计算正确，杆件设计合理，满足“标准”和“规范的要求”。2、应交的图表资料齐全，图纸比较整洁美观，表格内各项数据计算无误。3、计算书内容齐全，条理比较清晰，有一定独立分析问题和解决问题的能力。中（7079分）介于条件“良”和“及格”之间者可得：“中”及格（6069分）1、结构布置基本合理，荷载计算基本正确，各项技术指标取值基本上满足“标准”和“规范的要求”。2、交的图表资料基本齐全，绘图及计算质量较差。不及格（60分）1、设计成果是抄袭他人的（或请他人代做）。2、结构布置很不合理，计算错误，图纸内容不全，绘图线条不清晰，图纸潦草，敷衍应付了事。评 定成绩教师签名： 年 月 日 二、 设计资料某厂房车间设有两台10吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用梯形桁架式钢屋架，屋架下弦标高9m，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，柱截面尺寸为400mm400mm，混凝土强度等级为C30。屋面采用压型钢板屋面，C型檩条，檩距为1.2m2.6m。屋面恒荷载（包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等）取值参考教材2.2.1中规定。活荷载标准值取0.5kN/mm2，雪荷载标准值取0.5kN/mm2，不考虑积灰荷载和积雪不均匀分布情况。结构重要性系数为 0=1.0。屋架采用Q235B钢，焊条采用E43型。设计时，荷载按以下情况组合：a) 恒载+全跨活荷载（或雪荷载）；b) 恒载+半跨活荷载（或雪荷载）。三、 屋架形式及几何尺寸屋架形式及几何尺寸如下图所示，檩条支承于屋架上弦节点。檩距为2257.5mm，水平投影距离为2250mm。屋架坡度为：=atctan 112=4.76。 四、 支撑的布置依据建筑抗震设计规范GB50011-2001，支撑布置图如下图所示，上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置竖直支撑，在其余开间的屋架下弦跨中设置一道通长的刚性细杆，上弦通过水平支撑在节点处设置一道通长的刚性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向支撑的节距。五、 檩条的布置檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距2257.5mm。水平投影距离为2250mm。屋架间距为7.2m，所以在檩条跨中三分点处设两道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。檩条布置见下图。六、 材料自重及荷载已知：彩色压型钢屋面板：0.15kN/m2保温层及灯具：0.15kN/m2C型檩条自重：0.10kN/m2屋架及支撑自重：q=0.318kNm2雪荷载（水平投影面）：0.5kN/m2活荷载（水平投影面）：0.5kN/m2七、 荷载计算1. 永久荷载（恒载）计算彩色压型钢屋面板：0.15cos4.76=0.151kNm2 保温层及灯具：0.15cos4.76=0.151kNm2 C型檩条自重：0.10kN/m2屋架及支撑自重：q=0.318kNm2合计：0.720kN/m2恒载设计值按分项系数 1.2为q1=0.7201.2=0.864kNm2按分项系数1.35为q2=0.7201.35=0.972kNm22. 活载计算q3=0.51.4=0.7kNm2雪荷载所以不考虑雪荷载。q1+q3=0.864+0.7=1.564q2+0.7q3=1.462永久荷载不起控制作用，则恒载设计值按分项系数1.2设计。上弦节点恒荷载P1=7.22.25q1=13.977kN活荷载P2=7.22.25q3=11.340kN可求得各杆件的内力大小，见下表。八、 杆件截面选择1. 上弦杆中内力最大的杆为杆10-11和杆11-12，N10-11=N11-12=-224.35kN，lox=225.8cm，loy=451.6cm。选用2907等肢角钢，查表可得：A=212.3=24.6cm2，ix=2.78cm，iy=3.93cm。对于受压杆件，容许长细比=150。长细比：x=loxix=225.82.78=81.2y=loyiy=451.63.93=114.9z，则yz=y1+0.16zy2=115.41+0.1650.1114.92=118.4查表得x=0.680，yz=0.445取较小值min=yz=0.445NminAf=224.351030.44524.6102215=0.951.0满足整体稳定和刚度要求。2. 下弦杆中内力最大的杆为杆7-8和杆8-14，N7-8=N8-14=207.85kN，lox=225cm，loy=225cm。选用2907等肢角钢，查表可得：A=212.3=24.6cm2，ix=2.78cm，iy=3.93cm。对于受拉杆件，容许长细比=350。长细比：x=loxix=2252.78=80.9y=loyiy=2253.93=57.3NAf=207.8510324.6102215=0.391.0满足强度和刚度要求。3. 对于斜腹杆2-6和杆10-13，N2-6=N10-13=-147.85kN，lox=300.2cm，loy=300.2cm。选用2806等肢角钢，查表可得：A=29.40=18.8cm2，ix=2.47cm，iy=3.51cm。对于受压杆件，容许长细比=150。长细比：x=loxix=300.22.47=121.5y=loyiy=300.23.51=85.5z，则yz=y1+0.16zy2=85.51+0.1652.085.52=90.6查表得x=0.429，yz=0.616取较小值min=yz=0.429 NminAf=147.851030.42918.8102215=0.851.0满足整体稳定和刚度要求。4. 对于斜腹杆2-7和杆10-14，N2-7=N10-14=80.51kN，lox=240.16cm，loy=300.2cm。选用2705等肢角钢，查表可得：A=26.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。对于受拉杆件，容许长细比=350。长细比：x=loxix=240.162.16=111.2y=loyiy=300.23.09=97.2NAf=80.5110313.74102215=0.271.0满足强度和刚度要求。5. 对于斜腹杆4-7和杆12-14，N4-7=N12-14=-34.18kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。选用2705等肢角钢，查表可得：A=26.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。对于受压杆件，容许长细比=150。长细比：x=loxix=261.042.16=120.9y=loyiy=326.33.09=105.6z，则yz=y1+0.16zy2=105.61+0.1654.6105.62=110.1查表得x=0.431，yz=0.492取较小值min=yz=0.431NminAf=34.181030.43113.74102215=0.271.0满足整体稳定和刚度要求。6. 对于斜腹杆4-8，N4-8=14.35kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。选用2705等肢角钢，查表可得：A=26.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。对于受拉杆件，容许长细比=350。长细比：x=loxix=261.042.16=120.9y=loyiy=326.33.09=105.6NAf=14.3510313.74102215=0.051.0满足强度和刚度要求。7. 对于斜腹杆8-12，N8-12=-10.59kN，lox=261.04cm，loy=326.3cm。选用2705等肢角钢，查表可得：A=26.87=13.74cm2，ix=2.16cm，iy=3.09cm。对于受压杆件，容许长细比=150。长细比：x=loxix=261.042.16=120.9y=loyiy=326.33.09=105.6z，则yz=y1+0.16zy2=105.61+0.1654.6105.62=110.1查表得x=0.431，yz=0.492取较小值min=yz=0.431NminAf=10.591030.43113.74102215=0.081.0满足整体稳定和刚度要求。8. 对于竖腹杆1-6和杆9-13，N1-6=N9-13=-12.66kN，lox=150cm，loy=150cm。选用2505等肢角钢，查表可得：A=24.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。对于受压杆件，容许长细比=150。长细比：x=loxix=1501.53=98.0y=loyiy=1502.30=65.2z，则yz=y1+0.16zy2=65.21+0.1639.065.22=68.9查表得x=0.568，yz=0.758取较小值min=yz=0.568NminAf=12.661030.5689.6102215=0.101.0满足整体稳定和刚度要求。9. 对于竖腹杆3-7和杆11-14，N3-7=N11-14=-25.32kN，lox=150cm，loy=187.5cm。选用2505等肢角钢，查表可得：A=24.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。对于受压杆件，容许长细比=150。长细比：x=loxix=1501.53=98.0y=loyiy=187.52.30=81.5z，则yz=y1+0.16zy2=81.51+0.1639.081.52=84.5查表得x=0.568，yz=0.685取较小值min=yz=0.568NminAf=25.321030.5689.6102215=0.221.0满足整体稳定和刚度要求。10. 对于竖腹杆5-8，N5-8=8.10kN，lox=180cm，loy=225cm。选用2505等肢角钢，查表可得：A=24.80=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.30cm。对于受拉杆件，容许长细比=350。长细比：x=loxix=1801.53=117.6y=loyiy=2252.30=97.8NAf=8.101039.6102215=0.041.0满足强度和刚度要求。各杆件截面选择汇总见下表。- 26 -九、 各腹杆的焊缝尺寸计算（取节点板厚度t=6mm）1. 对于内力最大的杆2-6，N2-6=-147.85kN。最小焊缝宽度hf1.5t=1.56=3.7mm角钢肢尖处最大焊缝宽度hf6-12=45mm角钢肢背处最大焊缝宽度hf1.2t=7.2mm所以，角钢肢尖和肢背处的焊缝宽度取 hf=5mm。所需的焊缝长度lw1K1N2-620.7hfffw+2hf=102.4mm，取110mmlw2K2N2-620.7hfffw+2hf=49.6mm，取70mm2. 对于杆2-7，N2-7=80.51kN，取 hf=5mm。所需的焊缝长度lw1K1N2-720.7hfffw+2hf=60.3mm，取70mmlw2K2N2-720.7hfffw+2hf=31.6mm，取70mm同理可取其余各腹杆的焊缝尺寸，如下表。十、 节点板的设计（节点板的尺寸根据所汇交腹杆端部的焊缝设计长度确定）1. 节点编号如下图所示2. 节点板2验算1) 节点板与上弦角钢肢背槽焊缝验算假定焊缝只承受屋面集中荷载PP=P1+P2=13.977+11.340=25.317kN取焊缝宽度 hf=0.5t=3mm，则 lw=406-23=400mm。f=P20.7hflw=25.31710320.73400=15.1Nmm21.22ffw=1.22160=195.2Nmm2由此可见，上弦集中荷载很小，可不验算焊缝。2) 节点板与上弦角钢肢尖角焊缝验算取焊缝宽度 hf=5mm，则 lw=406-25=396mm。内力差 N=-224.35kN，偏心距 e=65mm，偏心弯矩 M = Ne。f=6M20.7hflw2=6224.351036520.753962=79.7Nmm2f= N20.7hflw=224.3510320.75396=80.9Nmm2ff2+f2=79.71.222+80.92=104.0Nmm2ffw由此可见，焊缝安全。杆1-2与节点板间理论上不传力，但按照节点构造要求，采用与杆2-3相同的焊缝。3) 节点板强度及稳定性验算N2-6作用下的强度验算：由图中可量出 be176mm，则=Nbet=147.851031766=140.0Nmm2fN2-7作用下拉剪验算：1=482=903=42l1=53mml2=80mml3=52mm1=0.7262=13=0.689NiAi=80.511030.72653+80+0.689526=87.0Nmm2f对于无竖腹杆的节点板，有ct=406=6.67N2-6节点板的自由边长度lft=3286=54.7K1N20.7hfffw+2hf=0.789.6210320.75160+25=66.0mm肢尖焊缝更小，所以无需再计算，肢尖与肢背均满焊即可。2) 节点板强度及稳定性验算N4-7作用下的强度验算：由图中可量出 be153mm，则=Nbet=34.181031535=44.7Nmm2fN2-7作用下拉剪验算：1=372=903=53l1=56mml2=70mml3=52mm1=0.6632=13=0.762NiAi=80.511030.66356+70+0.762525=109.7Nmm2f节点板满足受力要求。5. 下弦跨中节点81) 下弦杆拼接角钢计算拼接角钢与下弦角钢使用相同的2907角钢，并切去部分竖肢和直角边棱，切肢 =t+hf+5=6+5+5=16mm。取焊缝宽度 hf=5mm，则下弦杆与拼接角钢连接一侧的焊缝长度为lw=N40.7hfffw+2hf=207.8510340.75160+25=102.8mm，取140mm取下弦角钢间隙 b=20mm，则拼接角钢长度为L=2lw+b=2140+20=300mm2) 下弦杆与节点板焊缝计算因节点板两端杆件内力差 N=0，所以取一侧内力207.85kN的15进行计算。取焊缝宽度 hf=5mm，节点板满焊，则焊缝长度为lw=480-25=470mm肢背焊缝： 0.15K1N20.7hflw=0.150.7207.8510320.75470=6.6Nmm2ffw肢尖焊缝： 0.15K2N20.7hflw=0.150.3207.8510320.75470=2.8Nmm2ffw节点板满足受力要求。6. 上弦跨中节点51) 上弦杆拼接角钢计算拼接角钢与上弦角钢使用相同的2907角钢。取焊缝宽度 hf=5mm，则上弦杆与拼接角钢连接一侧的焊缝长度为lw=N40.7hfffw+2hf=204.3110340.75160+25=101.2mm，取225mm取上弦角钢间隙 b=50mm，则拼接角钢长度为L=2lw+b=2225+50=500mm2) 节点板与上弦角钢肢背槽焊缝验算槽焊缝受力大小为2P-N4-5sin=213.977-204.31sin4.76=5.95kN槽焊缝所受力很小，所以无需验算，满焊即可满足受力要求。3) 节点板与上弦角钢肢尖角焊缝验算节点板传力N=0.15N4-5=0.15204.31=30.64kN偏心距 e=65mm，偏心弯矩 M =Ne。取焊缝宽度 hf=5mm，节点板满焊，则焊缝长度为lw=300-25=290mmf=6M20.7hflw2=630.641036520.752902=20.3Nmm2f= N20.7hflw=30.6410320.75290=15.1Nmm2ff2+f2=20.31.222+15.12=22.5Nmm2ffw节点板满足