梯形鋼屋架鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　鋼 結(jié) 構(gòu)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目：梯形鋼屋架</p><p><b>　　班 級： </b></p><p>　　設(shè)計(jì)期限：2012年12月31日～2013年1月7日

2、</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)的意義與目的</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)是建筑工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一個重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的基本技能、提高學(xué)生對實(shí)際結(jié)構(gòu)工作情況的認(rèn)識和鞏固所學(xué)的理論知識有重要作用。課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下目的：</p><p>　　了解鋼屋蓋設(shè)計(jì)

3、的一般程序和內(nèi)容，為畢業(yè)后從事實(shí)際設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)：</p><p>　　鞏固鋼結(jié)構(gòu)課程中所學(xué)內(nèi)容(例如材料性能及材料的選擇，連接設(shè)計(jì)及計(jì)算，基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算等)，并應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)中：</p><p>　　掌握鋼屋架施工圖的表達(dá)方法和制圖規(guī)定：</p><p><b>　　學(xué)習(xí)書寫結(jié)構(gòu)計(jì)算書</b></p><p>　

4、　學(xué)習(xí)運(yùn)用規(guī)范及有關(guān)技術(shù)資料。</p><p><b>　　二、 設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　機(jī)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(nèi)設(shè)有兩臺20／5噸中級工作制吊車。采用1.5×6m預(yù)應(yīng)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(biāo)號為C25；計(jì)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(fēng)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(fēng)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(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1．屋蓋支撐體系布置設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　2．屋架設(shè)計(jì)

10、計(jì)算；</b></p><p>　　屋架尺寸的確定，腹桿的布置，荷載及內(nèi)力計(jì)算，桿件截面的設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。</p><p>　　3．編寫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書一份。要求步驟清楚，計(jì)算正確，書寫工整。</p><p>　　計(jì)算書封面寫明如下內(nèi)容：課程設(shè)計(jì)名稱——梯形鋼屋架設(shè)計(jì)；系別；班級；姓名；學(xué)號。計(jì)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(xiàn)。要

11、求附內(nèi)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(nèi)力圖，構(gòu)件詳圖，零件或節(jié)點(diǎn)大樣圖，材料表，說明。</p><p>　　注意構(gòu)件詳圖中桿件截面和節(jié)點(diǎn)尺寸比例是軸線比例的兩倍。即：軸線比例1：20；節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件比例1：10。構(gòu)件長度取5mm或10mm的倍數(shù)。構(gòu)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(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　表1 設(shè)計(jì)任務(wù)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(jié)構(gòu)荷載規(guī)范《GB50009-2001》</p><p>　　2．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范《GB50017-2003》</p><p>　　3．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 劉錫良、丁陽主編.天津大學(xué)出版社.</p><p>　　4．建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 劉錫良、陳志華主編.天津大學(xué)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(shè)計(jì)指導(dǎo)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(shè)計(jì)時間及參考進(jìn)度</p><p><b>　　設(shè)計(jì)時間為一周</b></p><p><b>　　參考進(jìn)

15、度：</b></p><p><b>　　鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)布置：見任務(wù)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(jié)構(gòu)縱向剛度，承擔(dān)縱向水平荷載；</p><p>　　增大結(jié)構(gòu)橫向剛度，協(xié)調(diào)橫向框架受力；</p><p>　　減小屋架弦桿/框架柱的平面外計(jì)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止傾倒；</p><p>　　增大結(jié)構(gòu)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(yīng)超過60m，否則應(yīng)加設(shè)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(shè)兩道；布置系桿增強(qiáng)屋架側(cè)向穩(wěn)定，減小弦桿計(jì)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(shè)計(jì)</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(jì)算分析</p><p><b>　　1）計(jì)算假定</b></p><p>　　鋼屋架的節(jié)點(diǎn)為鉸接；所有桿件的軸線在同一平面內(nèi)，匯交于節(jié)點(diǎn)中心；荷載作用在屋架節(jié)點(diǎn)上，且在屋架平面內(nèi)。</p><p>　　2）普通鋼屋架的荷載</p>&

20、lt;p>　　荷載類型：永久荷載 結(jié)構(gòu)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(nèi)力分析</b></p><p>　　按平面桁架計(jì)算桿件軸向力：靜定結(jié)構(gòu)；數(shù)解法（節(jié)點(diǎn)法，截面法）/圖解法。</p><p>　　3．普通鋼屋架的桿件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）桿件的計(jì)算長度</b></p><p>　　屋架平面內(nèi)：節(jié)點(diǎn)中心的距離，由于節(jié)點(diǎn)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(qiáng)。</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(diǎn)嵌固作用較大），l為桿件幾何長度。</p><p>　　屋架平面外：側(cè)向支撐點(diǎn)間距l(xiāng)1。</p><p>　　上弦桿：屋面板與屋架3點(diǎn)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(cè)向支撐點(diǎn)間距為桿件節(jié)間長度的2倍時，取桿件內(nèi)力為此二節(jié)間內(nèi)力較大值，桿件計(jì)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(jì)算長度相配合，使桿件兩個方向的長細(xì)比接近相等，即達(dá)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(yīng)在兩肢間設(shè)置墊板，墊板長應(yīng)伸出角鋼肢

26、15~20mm，寬60mm左右（50～80mm），與節(jié)點(diǎn)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(jì)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(nèi)力較小的桿件一般按剛度要求選擇截面。</p><p>　　軸心拉桿：強(qiáng)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(jì)算中鋼材采用Q345鋼材時，長細(xì)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(diǎn)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則</b></p><p>　　a.桿件形心線應(yīng)與鋼屋架幾何軸線重合并匯交于節(jié)點(diǎn)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(yīng)予以加強(qiáng)；</p><p>　　c.節(jié)點(diǎn)板的外形應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)板應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證弦桿和腹桿的內(nèi)力傳遞，節(jié)點(diǎn)板厚度6~20

30、mm，同一榀屋架節(jié)點(diǎn)板厚度相同，支座節(jié)點(diǎn)板比中間節(jié)點(diǎn)板厚2mm。</p><p>　　2）節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和構(gòu)造（5個節(jié)點(diǎn)）</p><p>　　根據(jù)桿件與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫長度確定節(jié)點(diǎn)板大小。</p><p>　　a.無節(jié)點(diǎn)荷載的下弦節(jié)點(diǎn)</p><p>　　*腹桿與節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)</p><p><b>　　腹桿焊縫同上；</b></p><p>　　上弦桿與節(jié)點(diǎn)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(yàn)算：</b></p><p>　　c.弦桿拼接節(jié)點(diǎn)（屋脊和跨中下弦拼接節(jié)點(diǎn)）</p><p>　　工廠拼接：軸力較小的節(jié)間；工地拼接：設(shè)在節(jié)點(diǎn)</p><p>　　弦桿拼接采用拼接角鋼，作用：傳遞內(nèi)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(zhì)量及角鋼密貼，切肢尺寸；為減小應(yīng)力集中，如弦桿肢寬＞130mm，應(yīng)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(yīng)留10mm間隙。</p><p>　　角鋼之間焊縫計(jì)算：承受弦桿最大軸力，4條焊縫均分。</p><p>　　下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間焊縫計(jì)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(diǎn)板在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點(diǎn)荷載P與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力。</p><p><b>　　d.支座節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　支座節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)板、加勁肋、支座底板及錨栓構(gòu)成。</p><p>　　加勁肋：增強(qiáng)支座節(jié)點(diǎn)側(cè)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(gòu)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(diǎn)計(jì)算：</b></p><p>　　底板可采用方形或矩形，