钢结构课设,青海大学.doc

目录1 任务书31.1设计题目31.2设计目的31.3设计条件31.4设计内容41.5设计要求41.6设计进度与考核41.7参考资料41.8附图52 选择钢屋架的材料63 确定屋架形式及几何尺寸64 屋盖及支撑的布置65 钢屋架的结构设计75.1荷载计算75.1.1荷载标准值85.1.2荷载组合85.2内力计算95.3杆件截面设计105.3.1上弦杆105.3.2下弦杆115.3.3斜腹杆115.4节点设计155.4.1下弦节点c155.4.2上弦节点B165.4.3屋脊节点185.4.4支座节点196 绘制钢屋架施工图201 任务书1.1设计题目 某厂房钢屋架设计。1.2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。1.3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，屋盖体系可从以下所给的类型中选取。纵向柱距6m 。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（21m)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）。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：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。 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 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： 0.351 KN/m2悬挂管道： 0.15 kN/m2（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： 1.1 kN/m21.4设计内容1. 确定屋盖结构及支撑的布置图；2. 选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；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. 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。1.5设计要求1. 设计内容完整、计算准确、保证经济；图纸整洁、布图合理；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；3. 图纸应符合房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001）和建筑结构制图标准（GB/T 501052001）的要求；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；1.6设计进度与考核：1. 进度设计时间一周；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；1.7参考资料1 夏志斌钢结构原理与设计M北京：中国建筑工业出版社，2008.7.2 刘声扬钢结构原理与设计M北京：中国建筑工业出版社，2008.7.3 夏志斌，姚谏.钢结构设计M北京：中国建筑工业出版社.2005.9.4 GB50017-2002钢结构设计规范S北京：中国计划出版社.2002.5 GB50009-2012建筑结构荷载规范 S北京:中国建筑工业出版社.2012.1.8附 图 a. 21米跨屋架几何尺寸 b. 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 c. 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值2 选择钢屋架的材料根据荷载性质，钢材可采用Q345，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E50型，手工焊。3 确定屋架形式及几何尺寸钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10=2.1；L（21米）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）。如下图： 4 屋盖及支撑的布置根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，布置下弦横向水平支撑和系杆，屋架下弦沿跨中通长设两道柔性系杆。上弦支撑布置下弦支撑布置5 钢屋架的结构设计5.1荷载计算屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。 21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值5.1.1荷载标准值荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 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 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： 0.351 KN/m2 悬挂管道： 0.15 kN/m2合计： 3.551kN/m2 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： 1.1 kN/m2 合计： 2.15kN/m25.1.2荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载（端点荷载取半）（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 永久荷载作用屋架上弦节点相处的荷载： 可变荷载作用屋架上弦节点相处的荷载：（3） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载: 作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载 5.2内力计算 计算结果如下表：杆件名称内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨屋架支撑+半跨可屋面载+半跨可变荷载 计算内力/kNP=1左半跨右半跨全跨上弦杆AB000000000BC/CD-5.310-2.162-7.472-488.96-430.39-357.22-155.44-80.08-488.96DE/EF-7.339-3.923-11.262-736.98-630.71-556.41-218.38-136.60-736.98FG/GH-6.861-5.319-12.18-797.05-652.96-630.92-210.41-173.50-797.05下弦杆ac3.0101.0904.100268.30238.77193.4087.6041.63268.30ce6.6633.0819.744637.64554.18472.93196.44110.69637.64eg7.3264.63611.962782.79657.20603.71220.72156.32782.79gh5.8845.88411.768770.09610.70629.76185.46185.46770.09斜腹杆aB-5.641-2.043-7.684-502.84-447.49-362.47-164.17-78.03-502.84Bc3.961.8485.808380.07330.01282.20116.8166.25380.07cD-2.633-1.776-4.409-288.52-240.41-224.33-79.74-59.71-288.52De1.2221.5702.792182.70140.17154.1239.8448.17182.70eF-0.047-1.525-1.572-102.87-61.55-104.14-7.08-42.42-102.87Fg-1.0391.3670.32821.46-15.5650.14-23.6333.9750.14 (-23.63)gH1.913-1.2000.71346.6579.16-4.0048.63-26.0379.16 (-26.03)竖杆Aa-0.50-0.5-32.72-32.72-19.98-13.96-1.90-32.72Cc-1.00-1.0-65.44-65.44-39.97-27.73-3.79-65.44Ee-1.00-1.0-65.44-65.44-39.97-27.73-3.97-65.44Gg-1.00-1.0-65.44-65.44-39.97-27.73-3.79-65.44 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。如果按照正确的施工方法，屋面板采用对称吊装，就不会出现杆件内力的变号。5.3杆件截面设计由于屋架跨度不大于30m，上弦、下弦可不改变截面，按最大内力设计。上弦杆计算长度，在屋梁平面内，为节间轴线长度。在屋梁平面外，根据支撑布置和内力变化情况（按大型屋面板与屋梁保证三点焊，故取两块屋面板宽度），其计算长度大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。节点板厚度需按腹杆的最大内力选用。轴心拉杆，可按强度要求选择截面。对轴心压杆，可先假定长细比（弦杆=80100，腹杆100120）选择截面再进行验算。屋架所有的杆件还应满足长细比限值的要求。 按腹杆最大内力，查表7-5，选中间节点板厚度为，支座节点板厚度为。5.3.1上弦杆 整个上弦杆采用等截面，按最大受压杆件FG、GH内力设计，。， 。因为，截面选取两不等肢角钢，短肢相并。假定，查附表1.20得，则 ，由附表H中型钢表，选用2 L，短肢相并拼（如右图)，。 验算：，满足长细比的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定性系数表，所选截面适合。5.3.2下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力计算。，因，选用不等边角钢，短肢相拼，如图所示： 所需截面 由附录H中型钢表选用2 L，。 验算： 满足长细比的要求。，满足要求。5.3.3斜腹杆 杆： ，。假定， 查附录D，选用2 ，长肢相 并，如图： 查附表H， ，满足长细比的要求。查附录D2，得,，满足要求。杆： ，。 ，选用2 ，查附录H，. 验算： ，满足长细比的要求。 ，满足要求。杆： ，。 假定， 查附表1.20， ，选用2 ，查附录H，。 验算 ：，满足长细比的要求。 故由，查附录D2，得 满足要求。 杆： ，。 ，选用，则，cm，. 验算：，满足长细比的要求。，满足要求. 杆： ， 假定， 查附录D2， ，选用2 ，查附录H，cm，.验算：，满足长细比的要求。故由，查附录D2，得 ，满足要求。 杆： ， 将杆按的拉杆设计，选用屋架需采用的最小角钢2都可满足要求。但考虑该杆在其他荷载组合时可能产生内力变形，故宜按压杆的容许长细比进行控制，现选用2 ，查附录H，cm，.验算：，满足长细比的要求。 ，满足要求。杆： ， 同理，亦按压杆容许长细比进行控制，选用，查附录H，cm，.验算： ，满足长细比的要求。 ，满足要求。（4）竖杆：，,其内力值大小相同，选用长细比较大的竖杆进行设计，则可保证其它竖杆的安全可靠性。 ,，.因内力较小，选用，则，cm，.验算： ，满足长细比的要求。故由，查附录D02得：，满足要求.各杆件截面选择如下表：屋架杆件一览表杆件名称内力KN计算长度cm截面规格（均为2个拼接）截面面积cm回转半径（cm）长细比上弦FG-797.05150.75301.5 140901044.522.566.7759451500.802223.2下弦eg782.793001035 11070827.891.985.41151.5191.3350280.67斜腹杆aB-502.84253253 12580831.984.013.2758.677.41500.678231.9Bc380.07209.4261.3 70513.752.163.2496.880.6150276.41cD-288.52229.1286.4 75617.592.313.4599.280.31500.537305.4De182.70229.1286.4 5047.791.542.43148.8117.9350234.5eF-102.87250312.4 6349.961.962.94127.6106.31500.383269.7Fg50.14 250312.4 6349.961.962.94129.5106.315050.3gH79.16 271.2339 6349.961.962.94138.4115.315079.5竖杆aA-32.72199199 56510.831.722.69115.774.01500.428107.9Cc-65.44183.2229 56510.831.722.69106.585.11500.495122.1Ee-65.44207.2259 56510.831.722.69120.596.31500.411147.0Gg-65.44231.2289 56510.831.722.69134.4107.41500.364166.05.4节点设计 5.4.1下弦节点c角焊缝的抗拉、抗压和抗弯强度设计值，.设杆的肢背和肢尖焊缝为和.所需焊缝长度为： 肢背 取 肢尖 ，取. 设杆的肢背与肢尖的焊缝为和.肢背 ，取 肢尖 ，取。 cC杆件内力很小，焊缝尺寸可以按照构造要求确定，取。肢背 ，取 肢尖 ，取根据以上焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作和装配等误差，按照比例会出节点详图（如下图），确定节点板尺寸为。268.30KN637.64KN288.52KN380.07KN 下弦与节点板连接的焊缝长度为，焊缝所受的力为左右下弦杆的内力差,受力较大的肢背处焊缝应力为 所以，焊缝强度满足要求。5.4.2上弦节点B 上弦节点B如下图。杆与节点板的焊缝尺寸为和节点c相同，杆与节点板的焊缝尺寸为和.。380.07KN502.84KN488.96KN 肢背 ，取 肢尖 ，取为了便于搁置屋面板，上弦