鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計--普通鋼屋架設(shè)計(18m梯形屋架)

1、<p><b>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p>　　所在學(xué)院：機電工程學(xué)院</p><p><b>　　專業(yè)班級：</b></p

2、><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　2013年7月</b></p><p>　　《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　1. 課程設(shè)計題目 普通鋼屋架設(shè)計</p><p>　　2. 課程設(shè)計的目的和要求</p><

3、p>　　課程設(shè)計的目的是加深學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)課程理論基礎(chǔ)的認(rèn)識和理解，并學(xué)習(xí)運用這些理論知識來指導(dǎo)具體的工程實踐，通過綜合運用本課程所學(xué)知識完成普通鋼屋架這一完整結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算和施工圖的繪制等工作，幫助學(xué)生熟悉設(shè)計的基本步驟，掌握主要設(shè)計過程的設(shè)計內(nèi)容和計算方法，培養(yǎng)學(xué)生一定的看圖能力和工程圖紙繪制的基本技能，提高學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力。</p><p>　　3. 課程設(shè)計內(nèi)容和基本參數(shù)（各人所取參數(shù)

4、應(yīng)有不同）</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)參數(shù)： 屋架跨度18m，屋架間距6m, 屋面坡度1／10</p><p>　?。?）屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）</p><p>　?。?）荷載組合 1）全跨永久荷載＋全跨可變荷載</p><p>　　2）全跨永久荷載＋半跨可變荷載</p><p>　　（4）材料 鋼

5、材Q235B.F，焊條E43型。</p><p>　　屋面材料采用1.5m×6.0m太空輕質(zhì)大型屋面板。</p><p>　　4. 設(shè)計參考資料（包括課程設(shè)計指導(dǎo)書、設(shè)計手冊、應(yīng)用軟件等）</p><p>　?。?）曹平周，鋼結(jié)構(gòu)，科學(xué)文獻出版社。</p><p>　?。?）陳紹蕃，鋼結(jié)構(gòu)（下）房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，中國建筑工業(yè)出版社

6、。</p><p><b>　　5. 課程設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　完成普通鋼屋架的設(shè)計計算及施工圖紙繪制，提交完整規(guī)范的設(shè)計技術(shù)文檔。</p><p>　　5.1設(shè)計說明書（或報告）</p><p>　?。?）課程設(shè)計計算說明書記錄了全部的設(shè)計計算過程，應(yīng)完整、清楚、正確。</p><p

7、>　?。?）課程設(shè)計計算說明書應(yīng)包括屋架結(jié)構(gòu)的腹桿布置，屋架的內(nèi)力計算，桿件的設(shè)計計算、節(jié)點的設(shè)計計算等內(nèi)容。</p><p>　　5.2技術(shù)附件（圖紙、源程序、測量記錄、硬件制作）</p><p>　?。?）施工圖紙應(yīng)包括桿件的布置圖、節(jié)點構(gòu)造圖，材料明細(xì)表等內(nèi)容。</p><p>　?。?）圖面布置要求合理，線條清楚，表達(dá)正確。</p>&l

8、t;p>　　5.3圖樣、字?jǐn)?shù)要求</p><p>　?。?）課程設(shè)計計算說明書應(yīng)裝訂成一冊，包括封面、目錄、課程設(shè)計計算說明書正文、參考文獻等部分內(nèi)容。</p><p>　?。?）課程設(shè)計計算說明書可以采用手寫。</p><p>　?。?）施工圖紙要求采用AutoCAD繪制或者手工繪制。</p><p>　　6. 工作進度計劃（19周～

9、20周）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1、設(shè)計資料…………………………………………………………………………………………1</p><p>　　2、屋架形式、幾何尺寸及支撐布置………………………………………………………………1</p><p>　　3、荷載和內(nèi)力計算…………………………

10、………………………………………………………1</p><p>　　3.1荷載計算……………………………………………………………………………………1</p><p>　　3.2荷載組合……………………………………………………………………………………2</p><p>　　3.3內(nèi)力計算……………………………………………………………………………………2</p>

11、;<p>　　4、桿件截面計算……………………………………………………………………………………3</p><p>　　4.1上弦…………………………………………………………………………………………4</p><p>　　4.2下弦…………………………………………………………………………………………5</p><p>　　4.3腹桿A-a與I-e…………

12、……………………………………………………………………6</p><p>　　4.4腹桿B-a與H-e ……………………………………………………………………………6</p><p>　　4.5腹桿B-b與H-d ……………………………………………………………………………6</p><p>　　4.6腹桿C-b與G-d …………………………………………………………………

13、…………7</p><p>　　4.7腹桿D-b與F-d ……………………………………………………………………………7</p><p>　　4.8腹桿D-c ……………………………………………………………………………………8</p><p>　　4.9腹桿F-c ……………………………………………………………………………………8</p><p&g

14、t;　　4.10腹桿E-c……………………………………………………………………………………9</p><p>　　5、節(jié)點設(shè)計…………………………………………………………………………………………9</p><p>　　5.1下弦節(jié)點b…………………………………………………………………………………10</p><p>　　5.2上弦節(jié)點B ……………………………………

15、…………………………………………11</p><p>　　5.3上弦節(jié)點C ………………………………………………………………………………12</p><p>　　5.4上弦節(jié)點D ………………………………………………………………………………13</p><p>　　5.5下弦節(jié)點c ………………………………………………………………………………13</p>

16、;<p>　　5.6上弦節(jié)點E ………………………………………………………………………………14</p><p>　　5.7上弦節(jié)點A ………………………………………………………………………………15</p><p>　　5.8支座設(shè)計 …………………………………………………………………………………16</p><p>　　6、主要參考資料 ……………

17、……………………………………………………………………18</p><p><b>　　1. 設(shè)計資料</b></p><p>　　（1）結(jié)構(gòu)參數(shù)：屋架跨度18m，屋架間距6m, 屋面坡度1/10</p><p>　?。?）屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）可變荷載：0.4KN/m2 永久荷載：0.82 KN/m2</p><p&g

18、t;　　（3）荷載組合：1）全跨永久荷載＋全跨可變荷載</p><p>　　2）全跨永久荷載＋半跨可變荷載</p><p>　?。?）材料：鋼材Q235B.F，焊條E43型</p><p>　　屋面材料采用1.5m×6.0m太空輕質(zhì)大型屋面板</p><p>　　2. 屋架形式、幾何尺寸及支撐布置</p><p&

19、gt;　　梯形屋架上弦較平坦，適合于采用壓型鋼板和大型鋼筋混凝土面板，薄坡度一般在1/12~1/8之間，依據(jù)題意要求選擇了梯形屋架，其中屋架的跨度L為18m，又因為，，取，。其余桿件尺寸如下圖所示：</p><p><b>　　圖1屋架結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　圖2屋架尺寸及內(nèi)力圖</p><p><b>　　3．荷載和內(nèi)力

20、計算</b></p><p><b>　　3．1 荷載計算</b></p><p>　　可變荷載：0.4kN/m2 永久荷載：0.82 KN/m2</p><p>　　恒載計算：恒載設(shè)計值按分項系數(shù)1.2為 KN/m2，節(jié)點載荷KN</p><p>　　活載計算：分項系數(shù)1.4，活載 KN/m2，KN<

21、/p><p><b>　　3.2 荷載組合</b></p><p>　?。?）全跨永久荷載＋全跨可變荷載</p><p>　?。?）全跨永久荷載＋半跨可變荷載</p><p><b>　　3.3.內(nèi)力計算</b></p><p>　　組合分為全跨活載荷和半跨活載荷兩種情形，求這兩

22、種情形的內(nèi)力系數(shù)的單位荷載見圖3與圖4，其中“恒+全”一欄所列數(shù)值表示恒載與全跨活載的組合值，而“恒+半”一欄所列數(shù)值表示恒載與半跨活載的組合值。</p><p>　　圖3計算內(nèi)力系數(shù)的全跨荷載</p><p>　　圖4計算內(nèi)力系數(shù)的半跨荷載</p><p><b>　　表1屋架內(nèi)力組合表</b></p><p><

23、;b>　　4. 桿件截面選擇</b></p><p>　　腹桿最大內(nèi)力161.7286KN（壓）由屋架節(jié)點板厚度參考表可知支座支節(jié)點板厚度取。</p><p>　　桿件截面選擇見下表2</p><p>　　表2 屋架桿件截面選擇表</p><p><b>　　4.1 上弦</b></p>

24、<p>　　整個上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計算。</p><p>　　最大內(nèi)力為-157.1KN，，則平面外計算長度：</p><p>　　若獲得平面，則應(yīng)有，選用兩不等肢角鋼短肢相并比較適當(dāng)。</p><p>　　假定沒有相似資料參照，故先設(shè)以幫助選擇截面。設(shè)，屬于軸心壓桿b類，有書上附錄查得。取強度設(shè)計值=215 KN/m2，根據(jù)所設(shè)的，截面應(yīng)該有&l

25、t;/p><p>　　應(yīng)大于，節(jié)點板厚度，有型鋼表查得（取a=8mm），并由短肢相并構(gòu)成壓桿，查得A=2×16=32，，用實際截面驗算。</p><p><b>　?。ㄈ菰S長細(xì)比）</b></p><p>　　對此短肢相并的不等邊雙角鋼截面，，可取，，查得，</p><p><b>　　所選截面合適。&l

26、t;/b></p><p><b>　　4.2 下弦</b></p><p>　　整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算。</p><p>　　最大內(nèi)力為161.7KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×4.29=8.58，</p><p><b>　　強

27、度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p>　　4.3 腹桿A-a與I-e</p><p>　　最大內(nèi)力為-10.42KN，</p><p>　　選用（a取

28、8mm），A=2×3.49=6.98，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　根據(jù)查得</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b&g

29、t;</p><p>　　4.4 腹桿B-a與H-e</p><p>　　最大內(nèi)力為-119.9KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：&

30、lt;/b></p><p><b>　　根據(jù)查得</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p>　　4.5 腹桿B-b與H-d</p><p>　　最大內(nèi)力為61.9KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×3

31、.49=6.98，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p>　　4.6 腹桿C-b與G-d</p><p>　　

32、最大內(nèi)力為-20.8KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×3.49=6.98，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　根據(jù)查得</b></p&g

33、t;<p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p>　　4.7 腹桿D-b與F-d</p><p>　　最大內(nèi)力為-24.2KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b>&

34、lt;/p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　根據(jù)查得</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p><b>　　4.8 腹桿D-c</b></p><p>　　

35、最大內(nèi)力為-14.3KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　根據(jù)查得</b></p&

36、gt;<p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p><b>　　4.9 腹桿F-c</b></p><p>　　最大內(nèi)力為-11.5KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×8.16=16.32，</p><p><b>　　容許的長

37、細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　根據(jù)查得</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b></p><p>　　4.10 腹桿E-c</p><p>　　最大

38、內(nèi)力為-10.4KN，</p><p>　　選用（a取8mm），A=2×3.49=6.98，</p><p><b>　　容許的長細(xì)比驗算：</b></p><p><b>　　強度和剛度驗算：</b></p><p><b>　　所選截面符合要求。</b></

39、p><p><b>　　5 節(jié)點設(shè)計</b></p><p>　　用E43焊條時，角焊縫的抗拉抗壓和抗剪強度設(shè)計值。</p><p>　　由書本可知角鋼焊縫內(nèi)力分配系數(shù)。對于等肢角鋼一肢相連的情況；對于不等肢角鋼短肢相連，。</p><p><b>　　焊縫實際長度：</b></p>&l

40、t;p><b>　　計算長度：</b></p><p><b>　　肢背處焊縫面積：</b></p><p><b>　　肢尖處焊縫面積：</b></p><p>　　由于此設(shè)計中上弦桿采用短肢相并，腹桿與下弦桿采用等邊角鋼相連。</p><p>　　根據(jù)以上公式可求得下

41、表：</p><p><b>　　表3 焊縫計算表</b></p><p><b>　　5.1 下弦節(jié)點b</b></p><p>　　由上表3可知，Bb桿肢背焊縫為5-90，肢尖焊縫為4-90；Db桿肢背焊縫為5-90，肢尖焊縫為5-90，Cb桿肢背焊縫為5-90，肢尖焊縫為4-90。</p><p&

42、gt;　　根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點詳圖（如下圖5所示），可得到節(jié)點板的尺寸為。</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板的焊縫連接長度為440mm，，焊縫承受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差</p><p><b>　　驗算肢背焊縫強度</b></p><p><b>　　滿足要求。<

43、/b></p><p><b>　　圖5 節(jié)點b</b></p><p><b>　　5.2 上弦節(jié)點B</b></p><p>　　根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點詳圖（如下圖6所示），可得到節(jié)點板的尺寸為。</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板

44、的焊縫連接長度為510mm，，焊縫承受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差</p><p><b>　　驗算肢背焊縫強度：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　圖6上弦節(jié)點B</b></p><p><b>　　5.3 上弦節(jié)點C

45、</b></p><p>　　根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點詳圖（如下圖7所示），可得到節(jié)點板的尺寸為如圖所示。</p><p><b>　　驗算肢背焊縫強度：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>&l

46、t;b>　　圖7 節(jié)點C</b></p><p><b>　　5.4 上弦節(jié)點D</b></p><p>　　根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點詳圖（如下圖8所示），可得到節(jié)點板的尺寸為。</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板的焊縫連接長度為440mm，，焊縫承受的力為左右兩下弦桿的

47、內(nèi)力差</p><p><b>　　驗算肢背焊縫強度：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　圖8 節(jié)點D</b></p><p><b>　　5.5 下弦節(jié)點c</b></p><p>

48、;　　根據(jù)求得的焊縫長度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點詳圖（如下圖9所示），可得到節(jié)點板的尺寸為。</p><p>　　按等強度設(shè)計，設(shè)角焊縫焊腳尺寸，則接頭一側(cè)需要的焊縫計算長度為：</p><p><b>　　拼接角鋼的總長度：</b></p><p><b>　　，取</b></

49、p><p>　　拼接角鋼需要切去的高度，即剩余豎肢高度為30mm。</p><p><b>　　圖9 節(jié)點c</b></p><p><b>　　5.6 上弦節(jié)點E</b></p><p>　　角鋼肢尖焊縫應(yīng)取上弦內(nèi)力的15%進行計算，即，產(chǎn)生的偏心彎矩：</p><p>　　現(xiàn)

50、取節(jié)點板尺寸如圖所示。</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　按照等強度設(shè)計，設(shè)角焊縫焊腳尺寸，則接頭一側(cè)需要的焊縫計算長度為：</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　拼接角鋼的總長度：</b></p>

51、<p><b>　　，取</b></p><p>　　拼接角鋼需要切去的高度，取△=20mm，即剩余豎肢高度為60mm。</p><p><b>　　圖10 節(jié)點E</b></p><p><b>　　5.7 上弦節(jié)點A</b></p><p>　　根據(jù)求得的焊縫長

52、度，比考慮到桿件肢尖應(yīng)有的間隙以及制作裝配等誤差，那比例繪出節(jié)點詳圖（如下圖10所示），可得到節(jié)點板的尺寸為如圖所示。</p><p><b>　　驗算肢背焊縫強度：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　圖11 節(jié)點A</b></p>&l

53、t;p><b>　　5.8 支座設(shè)計</b></p><p>　　為便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取140mm，在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度取12mm。</p><p>　　（1）支座底板的計算</p><p><b>　　支座反力：</b></p>

54、<p>　　支座底板的平面尺寸采用</p><p>　　驗算鑄頂混凝土的抗壓強度：</p><p>　　（式中—混凝土強度設(shè)計值。對C25混凝土，）。</p><p>　　底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為相鄰邊支撐而另兩邊自由的板，求每塊板的單位寬度的最大彎矩。</p><p><b

55、>　　底板下的平均應(yīng)力</b></p><p>　　兩支承邊的對角線長度：</p><p><b>　　，根據(jù)幾何關(guān)系，有</b></p><p><b>　　底板厚度，取</b></p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算</p><p>　　

56、偏于安全的假定一個加勁肋的受力為屋架反力的1/4，即：，則焊縫內(nèi)力為：，</p><p>　　設(shè)焊縫，焊縫計算長度：</p><p><b>　　則焊縫應(yīng)力為：</b></p><p>　?。?）節(jié)點板、加勁肋和底板的連接焊縫計算</p><p>　　設(shè)焊縫傳遞的全部支座反力，其中每塊加勁肋個傳遞,節(jié)點板傳遞。</

57、p><p>　　節(jié)點板與底板的連接焊縫長度，去焊縫尺寸為，則</p><p>　　加勁肋與底板的焊縫尺寸，取，則</p><p><b>　　圖12 支座節(jié)點</b></p><p><b>　　6 主要參考資料</b></p><p>　　1．曹平周，朱召泉主編，鋼結(jié)構(gòu)（第三版