钢屋架课程设计.doc

1、文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .钢结构课程设计任务书一、设计题目：焊接普通钢屋架设计二、普通钢屋架课程设计目的及要求通过钢屋架课程设计要求能掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法；能综合运用有关力学和钢结构课程所学知识，对钢屋架进行内力分析、截面设计和节点设计；掌握钢屋架施工图的绘制方法。三、课程设计资料1. 建筑类别厂房总长度 120m，檐口高度 15m。厂房为单层单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计 钢屋架 简支与 钢筋混 凝土柱 上，混 凝土强 度等级 为 C20 。柱顶 截面尺 寸为400 400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选

2、择： 6 米2.三角形屋架1）属有檩体系：檩条采用槽钢10，跨度为 6m，跨中设一根拉条 10。2）屋架屋面做法及荷载取值（标准荷载值）永久荷载：波形石棉瓦自重0.20kN/m檩条及拉条自重0.20kN/m22：厚4cm2d0.25kN/m：厚4cm2e0.38kN/m保温木丝板重f：厚8cm0.50kN/m2g：厚210cm0.60kN/m：厚2h12cm 0.70kN/m钢屋架及支撑重（0.12+0.011跨度） kN/m2可变荷载：屋面活荷载0.30kN/m210.2积灰荷载20.3kN/m230.3540.4注: 1. 以上荷载值均为水平投影2.A,B 屋架的形式与尺寸见图 11文档来

3、源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .B12.5f852e376237062345x25541d23000k4744c5285483437002b132426343734374976ahjm1501185012000图 13. 钢屋架制作及安装条件1. 钢屋架运送单元和支撑杆件均在金属加工厂制作，工地安装，采用手工焊接。2. 预先划分钢屋架的运送单元，以便确定屋架拼接节点的位置。一般梯形屋架为两个运送单元，三角形屋架可分为三个运送单元。如图 2图 23. 钢屋架与支撑杆件的连接采用普通螺栓。4. 构件最大运输长度为 16m，运输高度为 3.85m。5. 上下弦杆为连续

4、杆件，角钢最大长度为 19m。四、课程设计要求1.计算书完成计算书一份，内容包括：1. 选题：柱距 6 米屋架形式（ A C）荷载取值（恒载，活载）2. 选择钢材3. 选择焊接方法及焊条型号4. 绘制屋盖体系支撑布置图5. 荷载计算及各杆内力组合6. 杆件截面设计（由教师具体指定计算要求）7. 屋架节点设计2文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .2.施工图1. 绘制与屋架支撑相连接的钢屋架施工图一张2. 图纸规格： 1 号图纸（ 594mm 841mm）3. 图面内容： 屋架索引图（习惯画在图面左上角）比例尺取1：1501：50012轴线比例尺： 1： 20 或

5、 1：30 屋架正面图（画对称的半榀） 上下弦俯视图杆件比例尺： 1： 10 或 1：1534 必要的剖面（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）5 屋架支座详图及零件详图6 施工说明7 材料表（可附在计算书中）8 标题栏（写明：题目、指导老师、姓名、班级、日期。）4. 作图要求：采用铅笔或者计算机绘图；图面布置合理；文字规范；线条清楚，符合制图标准；达到施工图要求。5. 设计完成后，图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订后一起上交。五 . 设计时间内力计算及荷载组合2天截面及节点设计 3 天绘制施工图4天计算书整理与施工图修正1 天六 . 主要参考资料1. 钢结构设计规范2. 工业与民用建筑

6、荷载规范3. 标准图集梯形钢屋架 G5114. 钢结构设计手册中国建筑工业出版社5. 钢结构陈绍番主编，中国建筑工业出版社Bd2B:积灰荷载0.26KN / m3文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .钢结构课程设计计算书厂房总长度120m，檐口高度15m。厂房为单层单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。 拟设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20。柱顶截面尺寸为 400 400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选择：6m。雪荷载为 0.35 KN/m 21、屋架尺寸和檩条，支撑布置（1）屋架尺寸屋架计算跨度： l0 =l300 24000 3

7、00 23700 mm屋面倾角： a acr tan 1/ 2.521°48 ,sin a 0.3714 ,cosa 0.9285屋架跨中高度： h23700/（22.50） 4740mm上弦长度：节间长度：Ll0 / 2cosa23700 / (2 0.9285) 12763 mma12763 / 62127mm节间水平投影长度：aa cosa21270.92851975mm12.5f852e3762370623445x255d230100k4744c5285483437102230b 426497634373437ah11850jm15012000屋架几何尺寸（单位：mm ）4文

8、档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .（2）檩条和支撑的布置根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节上(见下图)，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条10。根据厂房总长度 120m，跨度 24m，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑及垂直支撑，并在上弦及下弦各设三道系杆。上弦因有檩条亦可不设系杆，如图所示：5文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .2、桁架设计（一）荷载计算°°2屋面坡度 a 21 4825，雪荷载按不均匀分布最不 sk1.25 0.3=0.375（ k

9、n / m ）雪荷载与活荷载不同时考虑，取较大值，俺雪荷载计算。作用在檩条上的均不线荷载为永久荷载：（坡面）波形石棉瓦：保温木丝板：檩条及拉条：0.200.7090.14 kn / m0.250.7090.18 kn / m0.20kn / m合计gk0.52 kn / m雪荷载重qk1 0.3750.709 cosa0.24（ kn / m）檩条均布荷载设计值：(g1xq1x )( g1q1)sin a0.960.37140.357kn / m(g1 yq1y )(g1q1) cosa0.960.92850.891kn / m因檩条沿节间布置，先将檩条作为桁架集中荷载计算，再按经验公式计算桁

10、架和支撑自重，最后折算为桁架上弦节点荷载。因为屋面坡度较小，风荷载为吸力，可不考虑风荷载和积灰荷载影响。檩条作用在桁架上弦的集中力Q(g1q1 )60.9665.76kn桁架和支撑自重，按轻屋盖估算g2l0.0123.70.237kn / m2节点荷载设计值P3Qg2a635.760.2371.975620.088kn6文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .（二）桁架杆件内力计算三角形桁架在半跨雪荷载作用下，腹杆内力不变号，故只需按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据建筑结构静力计算手册 ，对于十二节间桁架， n 23700/ 4750 5 ，先查

11、得杆件内力系数， 再乘以节点荷载 P 20.088kn，即可得出杆件内力如图。最不利内力组合设计值见下表杆件名称杆件内力系数内力设计值P20.088kn （kN ）AB- 14.81- 297.50上BC- 13.66- 274.40CD- 14.07- 282.64弦DE- 13.70- 275.21EF- 12.75- 256.12下AH+13.75+276.21HJ+11.25+225.99弦JM+ 7.50+150.66CJ- 2.79- 56.05BH- 1.21- 24.31HC+2.50+50.22JK+3.75+75.33KE+6.25+125.55FM0.0007文档来源为

12、:从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .上弦杆局部弯矩计算。按两跨连续梁计算M 0Ql / 35.761.975 / 33.792( kn / m)端节间M 10.8M00.83.792 3.034( kn / m)中间节间及节点 M 20.6M 00.6 3.7922.275( kn / m)（三）杆件截面选择先将各杆件内力设计值、几何长度列入表内，分别计算各杆件需要的截面及填板，然后填入表中。件内 力 设计算长度选截面杆称计值 Nl oxl oy用面积件杆件 编（ kN）截A受号面(cm 2礼)类型上AB ，BC弦CD，DE -297.50212.74172L27.6压E

13、F100杆×7下AH ，+276.21497.611852L12.24压弦HJ ，+225.9975×杆JM+150.6650×5BH-24.31133.1166.4L507.8压KE+125.559×4杆CJ，-56.05274.96343.72L6.98压45×杆腹4杆JK+75.33343.7687.42L6.98压KF45×杆4CH+50.22204.4255.52L7.8压50×杆4长细比容许xy长细比或 mJnyz68.4893.51500.59834631535086.4868.481500.644199.25

14、153.44350350249306132.71051500.375N/AN/A n205.35140.4199.3842.7663,57198.8169.38文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .按弦杆最大内力- 297.50KN，由单壁式桁架节点板厚度选用表选出中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为12mm。一、上弦杆。上弦杆内力有：Nab297.50kn, Nbc274.40kn, M 12.962kn m, M 22.222kn m该杆按压弯杆计算。验算 2L1007 组成的 T 形截面见上表：A2 13.8=27.6 cm2 ,i x3.09cm2

15、, iy4.46cm2 ,W1x2 48.6 97.2cm3W2 x2 18.136.2cm3, Z0 2.71cm,x1 1.05, x 21.201）强度验算。截面强度验算由负弯矩控制。NM X297.501031.963 103107.8(n / mm2 ) f 215n / mm2AnX Wnx27.61021.2 36.2 1032）弯矩作用平面内的稳定性验算。xl 0 x / ix212.7 / 3.0968.8150 ， GB50017附录 C表 C-2x 0.758 , NEx =2 EA / (1.1 x2 ) 3.142206 10327.6 102 / (1.1 68.8

16、 2 ) 1077.73( kn)按有端弯矩和横向荷载同时作用使弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为mx0.85按正弯矩验算：Nm M x297.50 1030.852.6171062)f215n / mm20.8 N0.758 27.6 10230.8N152.72( n / mmxXW1 x (1)1.05 97.210(1)NEx1077.73补充验算：Nmx M xNf 297.50 1030.852.617 10629.59( n / mm2 ) 215nAxW2 x (1 1.25)27.6 1021.2 36.2 103(1 1.25297.50)N E1077.739文档来源为

17、 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .3）弯矩作用平面外的稳定性验算。此稳定性由负弯矩控制l0 yl1 (0.750.25N2 / N1 )2212.7(0.750.25242.44/ 297.5)405.717(cm)yl0 y / i y405.717 / 4.4690.97150查 GB50017 附表y0.598, b1(弯矩使翼缘受拉)。在计算长度范围内弯矩和曲率多次改变向号，为偏于安全，取tx0.85。Ntx M x297.50 1030.851.963 1062 2y AbW1x0.598 27.6 102136.2 103226.34(n / mm ) f

18、215n / mm4）上弦填板的设置。一个角钢对于平行于填板的自身心轴的回转半径ix3.09cm,40ix403.09123.6(cm)上弦为压杆，节间长度为拉杆，整个下弦采用等截面，按最大内力N AH244.04kn 计算。桁架平面内力计算长度按最大节间JJ，即 l0 x497.6cm 计算；桁架平面外计算长度因跨中有一道系杆，故 l0 y 1185cm下弦杆所需截面面积为 AnN / f 244.04 103 / 215 1135(mm)11.35(cm2 )选用 2L75 50 5， A 2 6.1212.24( cm2 ) ，采用短肢相并， ix 1.44cm,i y3.76cm。强度

19、验算N AH / A244.04103 / (12.24102 )199.38(n / mm2 )f215n / mm2刚度验算xl 0 x/ ix497.6 /1.44346350yl0 y/ i y1185 / 3.763315350下弦填板设置。 一个角钢对于平行于填板饿自身形心轴的回转半径i 2.39cm ，拉杆按80i802.39191.2cmAH 、HJ 节间各设一块填板： 343.7/2=171.35191.2cmJJ节间设两块填板： 497.2/3=165.73191.2cm10文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .故填板尺寸为 80mm 10m

20、m70mm。(3)中间竖腹杆 JG。对于中间竖腹杆， N0,l 474cm。对连接垂直支撑的桁架，采用2L564组成的十字形截面，imin i0 x 2.18cm, 单个角钢L564, imin 1.11cm 。l00.9l0.9474426.6(cm)0l 0 / imin426.6/ 2.18196350填板设置按拉杆考虑：80imin 401.1188.8cm ，设置 5 块， 464/6=7987.2cm,故填板尺寸为 80mm 10mm 100mm。（4）主斜腹板 JK、KG 。主斜腹板 JK、KG 两杆采用相同截面，l0x 343.7cm,loy2 343.7 687.4cm, 内

21、力设计值 N110.93kn所需净截面面积 AnN / f 110.93103 / 215 515.95( mm2 ) 5.16cm2选用 2L45 4, A 23.496.98(cm2 ), ix1.38cm,iy2.24cm。考虑桁架分为两个榀单元运输，主斜腹杆需用螺栓在工地拼装，安装螺栓直径取16mm，螺栓直径取 17.5mm，则实际 An6.982 1.75 0.45.58cm2强度验算： N / An110.93 103 / (5,58102 )198.8(n / mm2 )f215n / mm2xl0 x/ ix343.7 /1.38249350刚度验算：l0 y/ i y687.

22、4/ 2.24306350y填板设置：按 80i180 1.38 110.4cm ，JK、KG 各设置 2 块，343.7/3=114.57(cm)110.41cm。填板尺寸为 80mm 10mm 65mm。（ 5）腹板 DJNDI49.52kn, l0 x0.8l0.8255.5204.4cm, l oyl255.5cm选用 2L504, A23.97.8(cm2), ix1.54cm,i y2.43cm或选用 2L454, A23.4866.972(cm2 ), ix1.38cm, i y2.16cm11文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .x若按 2L 4

23、54 计算：y204.4 /1.38148.1150255.5 / 2.16118.3150按 b 类截面查表得 x0.310N49.52 103 / (0.316.972 102 ) 229.1(n / mm2 )f 215n / mm2x A故腹板 DJ 截面选用 2L504填板按 40imin40 1.54=61.6(cm) ，应设 3 块垫板，因腹杆受力不大，且两端焊于节点板上，为了减少焊缝，采用2 块填板。填板尺寸为60mm 10mm 70mm。（6）腹板 BH、CH、EK、FK 。4 根杆均匀为压杆，受力及长度均小于DJ 杆，故可按 DJ杆选用 2L504，只采用 1 块填板。（7

24、）腹杆 HD、DK 。两者均为拉杆。 N =+44.37kn，l 343.7cm, 仍选用 2L454 ，验算如下：N / A44.37103 6.98 10263.57(n / mm2 ) f 215n / mm2xl0x / ix0.8343.7/1.38 199.25350填板设置。按 80i180 1.38110.4cm ，各设 3 块， 343.7/4=85.93cm110.4cm,满足要求。4、节点设计（1）下弦中间节点 J下弦中间节点用作拼接节点。由于桁架跨度为24m，超过运输界限，故将其分为2榀小桁架。下弦中间节点J 为工地拼接节点。拼接角钢采用与下弦杆相同的截面2L75 50

25、 5 ，肢背处削棱切肢55515( mm)拼接点一侧每条焊缝长度的计算：拉杆拼接焊缝按等强度设计，则12文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .NAf12.24102215253000(N ), 取hf 5mm。lw2630001021 12.7(cm)40.70.5160拼接角钢长度 l212.71 26.4(cm)，取 270mm。下弦杆与节点板焊缝计算：下弦杆轴拉力通过节点板和拼接角钢两种连接件传递，认为节点板仅承受内力，则N =15N jm15 133.1119.97(kn), ，节点板连接焊缝受力甚小，可按构造确定。（2）屋脊节点KG 斜腹杆与节点板的连

26、接焊缝， 取肢背和肢尖的焊脚尺寸为hf 15mm,hf 24mm, 则所需的焊缝长度为肢背：l w10.7110.9310379.33(mm),取。20.741080mm160肢尖：l w20.3110.9310345.14(mm),取5。20.7480mm160弦杆肢背与节点板的连接焊缝采用塞焊缝，屋脊节点处檩条传来的力为 P/ 3 17.748/ 3 5.916 kn ,此力甚小，且节点板甚长，满焊可满足要求，不必计算。上弦肢尖与节点板的连接焊缝承担两侧弦杆内力差或15% Nmax 中较大值及其产生的弯矩。活荷载中所占比例甚小， 故由半跨雪载与全部恒载在屋脊节点两侧上弦杆所产生的内力差甚小

27、，可取 15% Nmax0.15229.8434.48(kn)。M34.48e34.48 (10.03.0)241.36(kn cm)按绘制的节点图可知lw32cm,取 hf4mm,，则13文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .f234.48331.866(kn / cm2 )0.70.4fy2241.3662.375(kn / cm2 )0.70.4332fy2f2a2.3752 1.86623.296(kn / cm2 )32.92N / mm21.22f fw1.22160195.2(N / mm2 )拼接角钢与上弦连接焊缝长度确定，设 hf5mm, 则l

28、 w229.841032hf112.61(mm), 取115mm。40.75160拼接角钢总长度为l l w50211550280mm中间竖肢杆与节点板连接焊缝，因N 0, 按结构取 hf 4mm, 实际长度根据绘制施工图确定为lw90mm。屋脊节点构造如图所示。（3）上弦节点 D腹杆 DJ 与节点板焊缝： N-49.52kn，取 hf 4mm, 则焊缝长度为肢背lw0.749.521038 46.69( mm), 取 50mm。20.74160取肢尖焊缝 l w50mm。其余两腹杆内力均小于DJ 杆，故按构造决定肢背hf6mm，肢尖hf5mm。上弦杆与节点板焊缝。节点板尺寸如图所示，节点板缩

29、入深度为6mm，按肢背塞焊缝承受的集中荷载Q 进行计算， hf 1t / 210 / 25mm, 则14文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .fP4.9681030.74( N / mm2 )160N / mm2f (20.7hf 1l w1 ) 1.2220.75790肢尖焊缝承受弦杆的内力差N249.71243.15 6.15( kn) ，偏心距 e 100 30 70( mm)。因内力较小，且节点板较长，故可按构造布置焊缝，即肢尖满焊，不必计算。（4）支座节点 A桁架支承 400mm 400mm的钢筋混凝土柱上，支座混凝土垫块强度等级为C 20级，便于施焊

30、，取底板至于下弦中心线距离为160mm,下弦截面为 2L100 7。下弦杆与节点板焊缝计算：因NAH =+244.04kn，故肢背： l肢尖： l0.7224.04103w120.7212 137(mm),取 150mm。1600.3224.04103w 220.748 91.7(mm), 取90mm。160上弦杆与节点板焊缝计算。N AB262.85kn, 肢背为塞焊缝，肢背、肢尖均按节点板满焊， hf5mm, 焊缝长度仅考虑节点中心右边板长的焊缝长度l w45.5 / cos21.80 =48(cm)承受荷载为N =-297.5( kn)， M297.5（ 10-3）=2082.5(kncm),取 hf 5mm1.5 (297.5)2(1840 62 )22w1