梯形鋼屋架鋼結構課程設計

1、<p><b>　　鋼 結 構</b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　課程設計題目：梯形鋼屋架</p><p><b>　　班 級： </b></p><p>　　設計期限：2012年12月31日～2013年1月7日

2、</p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　課程設計的意義與目的</p><p>　　鋼結構課程設計是建筑工程專業(yè)教學計劃中一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學生的基本技能、提高學生對實際結構工作情況的認識和鞏固所學的理論知識有重要作用。課程設計應達到如下目的：</p><p>　　了解鋼屋蓋設計

3、的一般程序和內容，為畢業(yè)后從事實際設計工作奠定基礎：</p><p>　　鞏固鋼結構課程中所學內容(例如材料性能及材料的選擇，連接設計及計算，基本構件的設計計算等)，并應用于課程設計中：</p><p>　　掌握鋼屋架施工圖的表達方法和制圖規(guī)定：</p><p><b>　　學習書寫結構計算書</b></p><p>　

4、　學習運用規(guī)范及有關技術資料。</p><p><b>　　二、 設計資料</b></p><p>　　機械廠欲建一金工車間，其平面及柱網(wǎng)布置如圖所示，廠房的跨度分別取l8m、21m、24m，長度為54m，柱距6m。車間內設有兩臺20／5噸中級工作制吊車。采用1.5×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。梯形屋架，屋架端高分別為1.8m、1.9m、2.0

5、m，屋面坡度為i=1/10，屋架支撐在鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm，混凝土標號為C25；計算溫度最低－20℃．</p><p>　　L分別為18m、21m、24m。</p><p><b>　　柱網(wǎng)布置圖</b></p><p><b>　　1. 屋面做法：</b></p><p

6、>　　W1：二氈三油上鋪小石子防水層（0.35 kN/m2）</p><p>　　20厚水泥砂漿找平層 (0.4 kN/m2)</p><p>　　80厚泡沫混凝土保溫層 (0.5 kN/m2)</p><p>　　1.5m×6m鋼筋混凝土大型屋面板（1.4 kN/m2）</p><p>　　鋼屋架及支撐自重：0.12+0.0

7、11L （kN/m2）</p><p>　　基本雪壓0.25kN/m2，</p><p>　　屋面活荷載0.30kN/m2，</p><p>　　不考慮風荷載，積灰荷載和地震荷載。</p><p>　　W2：二氈三油上鋪小石子防水層（0.35 kN/m2）</p><p>　　20厚水泥砂漿找平層(0.4 kN/m2)

8、</p><p>　　80厚泡沫混凝土保溫層 (0.5 kN/m2)</p><p>　　1.5m×6m鋼肋GRC大型屋面板（0.55kN/m2）</p><p>　　鋼屋架及支撐自重：0.12+0.011L （kN/m2）</p><p>　　基本雪壓0.40kN/m2，</p><p>　　屋面活荷載0.

9、70kN/m2，</p><p>　　不考慮風荷載，積灰荷載和地震荷載。</p><p>　　2. 鋼材種類：G1：Q235B； G2：Q345B</p><p><b>　　三、 設計內容</b></p><p>　　1．屋蓋支撐體系布置設計；</p><p><b>　　2．屋架設計

10、計算；</b></p><p>　　屋架尺寸的確定，腹桿的布置，荷載及內力計算，桿件截面的設計，節(jié)點設計。</p><p>　　3．編寫結構設計計算書一份。要求步驟清楚，計算正確，書寫工整。</p><p>　　計算書封面寫明如下內容：課程設計名稱——梯形鋼屋架設計；系別；班級；姓名；學號。計算書正文要求書寫工整，必要的圖表不可缺少；注明所用參考文獻。要

11、求附內力系數(shù)圖。</p><p>　　4．繪制屋架施工圖一張(1號圖，手繪)。</p><p>　　鋼屋架施工圖中包括屋架幾何尺寸及內力圖，構件詳圖，零件或節(jié)點大樣圖，材料表，說明。</p><p>　　注意構件詳圖中桿件截面和節(jié)點尺寸比例是軸線比例的兩倍。即：軸線比例1：20；節(jié)點和構件比例1：10。構件長度取5mm或10mm的倍數(shù)。構件截面根據(jù)受力取5~6種。角

12、鋼的尺寸≥45×4或56×36×4。</p><p>　　鋼屋架施工圖的圖簽格式如下：</p><p><b>　　四、 設計參數(shù)</b></p><p>　　表1 設計任務分布表</p><p>　　表2 每組荷載和鋼材種類組合表</p><p><b>

13、　　五、 參考資料</b></p><p>　　1．建筑結構荷載規(guī)范《GB50009-2001》</p><p>　　2．鋼結構設計規(guī)范《GB50017-2003》</p><p>　　3．鋼結構設計原理 劉錫良、丁陽主編.天津大學出版社.</p><p>　　4．建筑鋼結構設計 劉錫良、陳志華主編.天津大學出版社</p&g

14、t;<p>　　5．土木工程專業(yè)建筑工程方向課程設計指導書 張三柱 主編 中國水利水電出版社</p><p><b>　　6．課程教材</b></p><p>　　六、 設計時間及參考進度</p><p><b>　　設計時間為一周</b></p><p><b>　　參考進

15、度：</b></p><p><b>　　鋼結構課程設計指導</b></p><p>　　一、課程設計任務布置：見任務書</p><p><b>　　二、屋蓋支撐體系</b></p><p><b>　　1、支撐體系的作用</b></p><p&

16、gt;　　增大結構縱向剛度，承擔縱向水平荷載；</p><p>　　增大結構橫向剛度，協(xié)調橫向框架受力；</p><p>　　減小屋架弦桿/框架柱的平面外計算長度；</p><p>　　維持托架及中間屋架的穩(wěn)定性；</p><p>　　保證安裝過程中結構穩(wěn)定性，防止傾倒；</p><p>　　增大結構的抗扭剛度。<

17、;/p><p>　　2、屋蓋支撐種類及布置原則</p><p>　　屋蓋支撐包括上弦橫向支撐、下弦橫向支撐、下弦縱向支撐、豎向支撐（垂直支撐）、系桿及天窗支撐等。</p><p>　　屋蓋支撐布置的原則為：廠房兩端布置上下弦橫向支撐和豎向支撐；屋架兩邊布置下弦縱向支撐，形成封閉體系；橫向及豎向支撐間距不應超過60m，否則應加設支撐；豎向支撐一般布置屋架跨中和端豎桿平面，

18、S>30m時，在跨中1/3處加設兩道；布置系桿增強屋架側向穩(wěn)定，減小弦桿計算長度，傳遞水平荷載。</p><p>　　3、屋蓋支撐布置：繪圖說明</p><p>　　三、普通梯形鋼屋架設計</p><p>　　1．鋼屋架的形式和尺寸</p><p>　　形式：梯形鋼屋架、人字型腹桿布置</p><p>　　尺寸：

19、24m跨度屋架跨中起拱L/500。</p><p>　　2、普通鋼屋架的計算分析</p><p><b>　　1）計算假定</b></p><p>　　鋼屋架的節(jié)點為鉸接；所有桿件的軸線在同一平面內，匯交于節(jié)點中心；荷載作用在屋架節(jié)點上，且在屋架平面內。</p><p>　　2）普通鋼屋架的荷載</p>&

20、lt;p>　　荷載類型：永久荷載 結構及屋面自重；</p><p>　　可變荷載 屋面活荷，雪荷。</p><p>　　荷載組合：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>　　全跨屋架和支撐自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷</p><p><b>　　

21、3）內力分析</b></p><p>　　按平面桁架計算桿件軸向力：靜定結構；數(shù)解法（節(jié)點法，截面法）/圖解法。</p><p>　　3．普通鋼屋架的桿件設計</p><p><b>　　1）桿件的計算長度</b></p><p>　　屋架平面內：節(jié)點中心的距離，由于節(jié)點剛度，壓桿失穩(wěn)時將受到拉桿的約束（彈性

22、嵌固），拉桿越多，拉力越大，約束作用越強。</p><p>　　受壓（上）弦桿/下弦桿/支座豎桿（端豎桿）/端斜桿：l0x=l；其它腹桿：l0x=0.8l；（與下弦連接的節(jié)點嵌固作用較大），l為桿件幾何長度。</p><p>　　屋架平面外：側向支撐點間距l(xiāng)1。</p><p>　　上弦桿：屋面板與屋架3點焊可靠連接時，l0y=2B且≤3m；否則，l0y=l1<

23、;/p><p>　　下弦桿 l0y=l1（下弦橫向水平支撐或系桿的間距）；腹桿 l0y=l。</p><p>　　側向支撐點間距為桿件節(jié)間長度的2倍時，取桿件內力為此二節(jié)間內力較大值，桿件計算長度：l0y= l1(0.75+0.25N2/N1) 且l0y≥0.5 l1</p><p>　　對雙角鋼十字形截面和單角鋼截面的腹桿，斜平面屈曲，l0x=0.9l。</p&

24、gt;<p><b>　　截面形式</b></p><p>　　截面形式選擇的原則是與桿件兩個方向的計算長度相配合，使桿件兩個方向的長細比接近相等，即達到等穩(wěn)定。</p><p>　　等邊角鋼 T型截面 iy≈(1.3-1.5)ix, 普通鋼屋架的腹桿；</p><p>　　不等邊角鋼 T型截面 短肢相連 iy≈(2.6-2.9)

25、ix, 普通鋼屋架的上下弦桿，平面外支撐間距為節(jié)間長度的2-3倍；</p><p>　　不等邊角鋼 T型截面 長肢相連 iy≈(0.75-1.0)ix, 普通鋼屋架的端豎桿、端斜桿及有局部彎矩作用的上弦桿；</p><p>　　等邊角鋼 十字截面 iy≈ix, 有豎向支撐連接的豎腹桿；</p><p>　　為使兩個角鋼成為整體，應在兩肢間設置墊板，墊板長應伸出角鋼肢

26、15~20mm，寬60mm左右（50～80mm），與節(jié)點板等厚，間距不大于40i（壓桿）和80i（拉桿），且每根桿件至少兩塊，十字型截面墊板沿兩個方向交錯布置。</p><p><b>　　截面選擇和計算</b></p><p>　　角鋼規(guī)格不宜小于L45×4或L56×36×4；一般規(guī)格5-6種。</p><p>

27、　　弦桿采用一種規(guī)格，屋架中內力較小的桿件一般按剛度要求選擇截面。</p><p>　　軸心拉桿：強度 ；剛度λ≤[λ]=250～400。</p><p>　　軸心壓桿：穩(wěn)定性 ； 剛度λ≤[λ]=150～200；</p><p>　　注意計算中鋼材采用Q345鋼材時，長細比乘以鋼號換算系數(shù)查表得到穩(wěn)定系數(shù)，即根據(jù)查得值。</p><p>　

28、　4. 鋼屋架的節(jié)點設計</p><p><b>　　1）節(jié)點設計原則</b></p><p>　　a.桿件形心線應與鋼屋架幾何軸線重合并匯交于節(jié)點中心，避免偏心引起彎矩；</p><p>　　b.直接支承大型鋼筋混凝土屋面板的上弦角鋼應予以加強；</p><p>　　c.節(jié)點板的外形應盡量簡單，矩形/梯形/平行四邊形等

29、；</p><p>　　d.角鋼端部切割一般垂直于軸線，可切去部分肢，但不允許完全切去垂直肢；</p><p>　　e.節(jié)點中，桿件邊緣間距：焊接10~20mm，螺栓5~10mm；</p><p>　　f.單斜桿與弦桿連接，注意避免出現(xiàn)偏心彎矩；</p><p>　　g.節(jié)點板應有足夠的強度和剛度，保證弦桿和腹桿的內力傳遞，節(jié)點板厚度6~20

30、mm，同一榀屋架節(jié)點板厚度相同，支座節(jié)點板比中間節(jié)點板厚2mm。</p><p>　　2）節(jié)點的計算和構造（5個節(jié)點）</p><p>　　根據(jù)桿件與節(jié)點板之間的焊縫長度確定節(jié)點板大小。</p><p>　　a.無節(jié)點荷載的下弦節(jié)點</p><p>　　*腹桿與節(jié)點板的連接焊縫：腹桿軸力</p><p><b&g

31、t;　　； </b></p><p>　　*下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫：弦桿軸力差</p><p>　　b.有集中荷載的上弦節(jié)點</p><p><b>　　腹桿焊縫同上；</b></p><p>　　上弦桿與節(jié)點板之間的連接焊縫</p><p>　　弦桿軸力差：肢背焊縫；

32、 肢尖焊縫</p><p><b>　　集中力：；驗算：</b></p><p>　　c.弦桿拼接節(jié)點（屋脊和跨中下弦拼接節(jié)點）</p><p>　　工廠拼接：軸力較小的節(jié)間；工地拼接：設在節(jié)點</p><p>　　弦桿拼接采用拼接角鋼，作用：傳遞內力/保證剛度；焊接拼接前采用定位螺栓定位；拼接角鋼一般為同號角鋼，需切肢

33、切棱角以保證焊縫質量及角鋼密貼，切肢尺寸；為減小應力集中，如弦桿肢寬＞130mm，應斜切拼接角鋼兩肢；拼接角鋼需彎角時，可熱彎或切肢后冷彎；拼接角鋼長度有所需焊縫長度確定，且不小于40~60mm，被拼接角鋼間應留10mm間隙。</p><p>　　角鋼之間焊縫計算：承受弦桿最大軸力，4條焊縫均分。</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板間焊縫計算：承受15%弦桿最大軸力，肢尖、肢背焊縫分配。&

34、lt;/p><p>　　上弦與節(jié)點板在節(jié)點兩側共8條焊縫，共同承受節(jié)點荷載P與兩側上弦內力的合力。</p><p><b>　　d.支座節(jié)點</b></p><p>　　支座節(jié)點由節(jié)點板、加勁肋、支座底板及錨栓構成。</p><p>　　加勁肋：增強支座節(jié)點側向剛度和支座底板剛度，以便更均勻地傳遞支座反力。</p>

35、;<p>　　軸線與支座反力作用線重合。</p><p>　　為便于施焊，下弦桿與支座底板間距離h≥下弦水平肢寬及130mm。</p><p>　　錨栓按構造選用，M20~M25，為便于安裝，底板開大孔，加墊板。</p><p><b>　　支座節(jié)點計算：</b></p><p>　　底板可采用方形或矩形，