18M钢结构课程设计之欧阳道创编.docx

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18M钢结构课程设计之欧阳道创编

一、课程设计（论文）的内容

时间：

2021.03.06

创作：

欧阳道

通过某工业厂房钢屋架的设计，培养学生综合运用所学的理论知识和专业技能，解决钢结构设计实际问题的能力。

要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，遵照国家设计规范要求和规定，按进度独立完成设计计算，并绘制钢屋架施工图。

具体内容包括：

进行屋架支撑布置，并画出屋架结构及支撑的布置图；进行荷载计算、内力计算及内力组合，设计各杆件截面；对钢屋架的各个节点进行设计并验算一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点；绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架简图及材料表等。

二、课程设计（论文）的要求与数据

1、课程设计（论文）的要求

学生的课程设计资料包括封面（按学校统一规定格式打印）、课程设计（论文）任务书、正文及按规定要求折叠的工程图纸，应按以上排序装订后提交。

学生应掌握课程的基本理论，基本知识扎实，概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，设计说明书撰写规范，绘图符合标准，工程图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB/T50001—2001）》和《建筑结构制图标准（GB/T50105—2001）》的要求。

2、课程设计数据

（1）结构形式

某厂房跨度为18m，总长72m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面450×450，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为

。

地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7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）屋架形式及选材

屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。

屋架采用的钢材及焊条为：

学号尾数为单号的同学用

钢，焊条为

型；学号尾数为双号的同学用

钢，焊条为

型。

（3）荷载标准值（水平投影面计）

1永久荷载：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2

水泥砂浆找平层0.4KN/m2

保温层0.7KN/m2（按附表取）

一毡二油隔气层0.05KN/m2

水泥砂浆找平层0.3KN/m2

预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2

屋架及支撑自重：

按经验公式

计算：

0.318KN/m2

悬挂管道：

0.25KN/m2

2可变荷载：

屋面活荷载标准值：

雪荷载标准值：

0.5KN/m2

积灰荷载标准值：

0.75KN/m2（按附表取）

保温层及积灰荷载取值与设计方案编号有关，详见附表一。

每位同学须对照附表一中的设计方案编号将相应的荷载取值填入课程设计任务书中。

附表一设计方案安排表

设计方案

学号

保温层

积灰荷载

1

081010131700027,101010131380018,

101010131700001～101010131700006

0.7

0.75

2

101010131700007～101010131700021

0.6

0.9

3

101010131700022～101010131700030

0.5

1.0

4

101010131700033～101010131700062

101010132420024

0.45

1.2

三、课程设计（论文）应完成的工作

1、计算书部分

进行屋架支撑布置，画出屋架结构及支撑的布置图；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行荷载计算、内力计算及内力组合，设计各杆件截面；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。

2、图纸部分

绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架简图及材料表。

附图一

图1.118米跨屋架几何尺寸

图1.218米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值

图1.318米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值

18m钢屋架课程设计（方案）

计

算

书

1荷载计算

钢材选择用Q235-D，E50焊条。

荷载计算

说明：

屋面活荷载标准值与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。

1.1永久荷载

永久荷载：

标准值

单位

1/cos（α）

单位

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层

0.4

KN/m2

0.402

KN/m2

水泥砂浆找平层

0.4

KN/m2

0.402

KN/m2

保温层

0.7

KN/m2

0.704

KN/m2

一毡二油隔气层

0.05

KN/m2

0.050

KN/m2

水泥砂浆找平层

0.3

KN/m2

0.302

KN/m2

预应力混凝土大型屋面板

1.4

KN/m2

1.407

KN/m2

屋架及支撑自重：

按经验公式计算

0.318

KN/m2

0.320

KN/m2

悬挂管道：

0.25

KN/m2

0.251

KN/m2

共

3.837

KN/m2

1.2可变荷载

可变荷载

标准值

单位

1/cos（α）

单位

屋面活荷载标准值：

0.7

KN/m2

0.704

KN/m2

积灰荷载标准值：

0.75

KN/m2

0.754

KN/m2

共

1.457

KN/m2

1.3设计桁架时，考虑以下三种荷载组合

1.3.1全跨永久荷载+全跨可变荷载

（按永久荷载控制）根据公式（书本第9页：

1.3.13）及查规范得屋面均布活荷载组合值系数0.7，

积灰荷载组合值系数0.9

F=（1.35*3.837+1.4*0.7*0.7+1.4*0.9*0.75）*1.5*6=61.342KN/m2

1.3.2全跨永久荷载+半跨可变荷载

1.3.2.1全跨永久荷载

F1.1=（1.35*3.837）*1.5*6=46.621KN/m2（按永久荷载为主的组合）

F1.2=（1.2*3.837）*1.5*6=41.441KN/m2

F1.3=（1.0*3.837）*1.5*6=34.534KN/m2（对结构有利）

1.3.2.2半跨可变荷载

F2.1=1.4*（0.7*0.7+0.9*0.75）*1.5*6=14.679KN/m2（按永久荷载为主的组合）

F2.2=1.4*（0.7+0.9*0.75）*1.5*6=17.368KN/m2

1.3.3全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载的组合为主）

1.3.3.1全跨桁架包括支撑

F3.1=（1.2*0.318）*1.5*6=3.434KN/m2

F3.2=（1.0*0.318）*1.5*6=2.862KN/m2

1.3.3.2半跨屋面板自重及半跨屋面活荷载

F4=（1.2*1.4+1.4*0.7）*1.5*6=23.94KN/m2

1.3.1与1.3.2为使用阶段荷载情况

1.3.3为施工阶段荷载情况

2桁架计算简图

图1.118米跨屋架几何尺寸

图1.218米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值

图1.318米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值

3桁架杆件内力计算

3.1桁架杆件内内力组合表

杆件名称

内力系数

第一种组合

第二种组合

第三种组合

计算杆件内力/KN

全跨①

左半跨②

右半跨③

Fx①

F1.ix①+F2.ix②

F1.ix①+F2.ix③

F3.ix①+F4x②

F3.ix①+F4x③

上弦

AB

0

0

0.000

0.00

0.00

BC

-6.221

-4.371

-1.850

-381.61

-381.61

CD

0

0

0.000

0.00

0.00

DE

-8.993

-5.636

-3.357

-551.65

-551.65

EF

0

0

0.000

0.00

0.00

FG

-9.102

-4.551

-4.551

-558.33

-558.33

下弦

ac

3.47

2.537

0.933

212.86

212.86

ce

7.962

5.325

2.637

488.41

488.41

eg

9.279

5.312

3.967

569.19

569.19

斜腹杆

aB

-6.502

-4.754

-1.748

-398.85

-398.85

Bc

4.739

3.158

1.581

290.70

290.70

cD

-3.382

-1.862

-1.520

-207.46

-207.46

De

1.884

0.54

1.344

115.57

115.57

eF

-0.690

0.615

-1.305

-42.33

-23.14

-51.32

12.75

-33.61

-51.32

12.75

Fg

-0.462

-1.632

1.170

-28.34

-55.75

10.29

-40.66

26.69

-55.75

26.69

竖杆

Aa

-0.500

-0.5

0.000

-30.67

-30.67

Cc

-1.000

-1

0.000

-61.34

-61.34

Ee

-1.000

-1

0.000

-61.34

-61.34

Gg

0.812

0.406

0.406

49.81

49.81

3.2斜腹杆eF和Fg内力计算组合表

杆件名称

全跨①

左半跨②

右半跨③

F1.i

F2.i

F1.ix①+F2.ix②

F1.ix①+F2.ix③

斜腹杆

eF

-0.690

0.615

-1.305

46.621

14.679

-23.14

-51.32

-0.690

0.615

-1.305

41.441

17.368

-17.91

-51.26

-0.690

0.615

-1.305

34.534

14.679

-14.80

-42.98

-0.690

0.615

-1.305

34.534

17.368

-13.15

-46.49

Fg

-0.462

-1.632

1.170

46.621

19.782

-53.82

1.61

-0.462

-1.632

1.170

41.441

22.428

-55.75

7.10

-0.462

-1.632

1.170

34.534

19.782

-48.24

7.19

-0.462

-1.632

1.170

34.534

22.428

-52.56

10.29

全跨①

左半跨②

右半跨③

F3.i

F4

F3.ix①+F4x②

F3.ix①+F4x③

eF

-0.690

0.615

-1.305

3.434

23.940

12.35

-33.61

-0.690

0.615

-1.305

2.862

23.940

12.75

-33.22

Fg

-0.462

-1.632

1.170

3.434

23.940

-40.66

26.42

-0.462

-1.632

1.170

2.862

23.940

-40.39

26.69

4支撑

4.1上弦横向水平支撑

选用节间距的2倍

4.2下弦水平横向支撑同上弦支撑

4.3下弦纵向水平支撑不设置

4.4垂直支撑

5杆件计算

5.1上弦杆

按受力最大值取杆截面统一选择用一种规格

整个上弦杆采用单截面

按FG最大截面内力计算

N=-558.33*1000=-558330N

上弦杆计算长度

LOX=150.8cm

LOy=2x150.8cm=311.6cm

截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并

由于是梯形桁架，则节点板由腹杆内力确定

查表9.6.4，得398.65KN选用节点板厚度10mm，支座节点板厚度12mm

设λ=80，查表附录4得φ=0.688

A=N/（φf）=558330N/（0.688x215N/mm2）=3774.54mm2

需要求回转半径

ix=LOX/λ=150.8/80=1.89

iy=LOY/λ=311.6/80=3.9

由iy/ix=3.9/1.89=2.07

查附录8

选用2└125x80x10

A=3942mm2，ix=2.26cm，iy=6.11cm，b1/t=125/10=12.5

验算：

λX=LOX/ix=150.8/2.26=66.73

因为b1/t=125/10=12.5﹤0.56xLOY/t=0.56*311.8/12.5=13.96

λyz=λy=LOY/ix=311.6/6.11=51

查表b类截面λX=66.73得φY=0.771

558330N/（0.771x3942mm2）=183.7N/mm2﹤215N/mm2

所选截面合适

5.2下弦杆

整个下弦杆采用同一截面

按eg最大截面内力计算

N=569.19*1000N=569190N

LOX=300cm

LOy=900-15cm=885cm

A=N/（f）=569190N/（215N/mm2）=2647.40mm2

Loy》LOX，截面选用两个不等肢角钢，短肢相并

查附录8

选用2└100x63x10

A=3093mm2，ix=1.745cm，iy=5.02cm

验算：

λX=LOX/iX=300/1.745=172﹤350

λY=LOY/iY=885/5.02=176.29﹤350

所选截面合适

5.3端斜杆aB

N=-398.85*1000=-398850N

LOX=253cm

LOy=253cm

根据书本319页表9.6.3

截面选用两个不等肢角钢，长肢相并

设λ=80，查表附录4得φ=0.688

A=N/（φf）=398850N/（0.688x215N/mm2）=2696mm2

需要求回转半径

ix=LOX/λ=253/80=3.16

iy=LOY/λ=253/80=3.16

查附录8

选用2└100x80x10

A=3433mm2，ix=3.12cm，iy=3.53cm，b2/t=80/10=8

验算：

λX=LOX/ix=253/3.12=81.09

因为b2/t=8﹤0.48xLOY/b2=0.48*253/10=12.14

λy=253/3.53=71.67

λyz=λyx（1+（1.09xb24）/（LOY2xt2））=76.67﹤150

查表b类截面λy=76.67插入法得φY=0.712

398850N/（0.712x3433mm2）=163.18N/mm2﹤215N/mm2

所选截面合适

5.4斜腹杆

cD按内力计算

N=-207.46*1000=-207460N

计算长度

LOX=0.8*286.4cm=229.12cm

LOy=286.4cm

截面选用两个等肢角钢

设λ=80，查表附录4得φ=0.688

A=N/（φf）=207460N/（0.688x215N/mm2）=1402mm2

需要求回转半径

ix=LOX/λ=229.12/80=2.86

iy=LOY/λ=286.4/80=3.58

查附录8

选用2└80x5

A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm

验算：

λX=LOX/ix=229.12/2.48=92.39

因为b/t=16﹤0.58xLOY/b=0.58x286.4/8=20.76

λy=286.4/3.63=78.9

Bc按内力计算

N=290.7*1000N=290700N

LOX=0.8*261.3cm=209.04cm

LOy=261.3cm

A=N/（f）=290700N/（215N/mm2）=1352mm2

查附录8

为确保所选规格不用太多,

选用2└80x5

A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm

验算：

λX=LOX/iX=209.04/2.48=84.29﹤350

λY=LOY/iY=261.3/3.63=71.98﹤350

所选截面合适

5.5竖杆

Ee杆:

N=-61.34*1000=-61340N

LOX=0.8*259cm=207.2cm

LOy=259cm

截面选用两个等肢角钢

设λ=80，查表附录4得φ=0.688

A=N/（φf）=61340N/（0.688x215N/mm2）=414.68mm2

需要求回转半径

ix=LOX/λ=207.2/80=2.59

iy=LOY/λ=259/80=3.24

查附录8，竖杆与腹杆选用同一规格

选用2└80x5

A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm

验算：

λX=LOX/ix=207.2/2.48=83.55

因为b/t=16﹤0.58xLOY/b=0.58x259/8=18.78

λy=259/3.63=71.35

查表b类截面λy=79.63利用插入法得φY=0.686

所选截面合适

6桁架杆件截面选择

6.1桁架杆件截面选择表

杆件名称

计算杆件内力/KN

截面规格

备注

与填缝板平行的回转半径

填板10mm位置最大间距设计值

填板位置间距

设计形心距离

实际形心距离

X0cm

Y0cm

X0cm

Y0cm

上弦

AB

0.00

2└125x80x10

短肢相并

3.98

159.2

75

1.92

2

BC

-381.61

2└125x80x10

短肢相并

3.98

159.2

75

1.92

2

CD

0.00

2└125x80x10

短肢相并

3.98

159.2

75

1.92

2

DE

-551.65

2└125x80x10

短肢相并

3.98

159.2

75

1.92

2

EF

0.00

2└125x80x10

短肢相并

3.98

159.2

75

1.92

2

FG

-558.33

2└125x80x10

短肢相并

3.98

159.2

75

1.92

2

下弦

ac

212.86

2└100x63x10

短肢相并

3.15

252

100

1.58

1.5

ce

488.41

2└100x63x10

短肢相并

3.15

252

100

1.58

1.5

eg

569.19

2└100x63x10

短肢相并

3.15

252

100

1.58

1.5

斜腹杆

aB

-398.85

2└100x80x10

长肢相并

3.12

124.8

100

3.12

3

Bc

290.70

2└80x5

2.48

198.4

100

2.15

2

cD

-207.46

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

De

115.57

2└80x5

2.48

198.4

100

2.15

2

eF

-51.32

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

12.75

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

Fg

-55.75

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

26.69

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

竖杆

Aa

-30.67

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

Cc

-61.34

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

Ee

-61.34

2└80x5

2.48

99.2

75

2.15

2

Gg

49.81

2└80x5

2.48

198.4

100

2.15

2

7节点设计

7.1上弦节点

F节点见图7.1

F节点

eF杆

选用焊缝肢背与肢尖为hf=6mm和5mm

N=-51.32x1000N=51320N

肢背：

L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x51320N/（2x0.7x6x160）=27mm

实际肢背：

27+2hf=39mm,取10hf=6cm

肢尖：

L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x51320N/（2x0.7x5x160）=14mm

实际肢尖：

14+2hf=24mm,取10hf=5cm

Fg杆

选用焊缝肢背与肢尖为hf=6mm和5mm

N=-55.75x1000N=55750N

肢背：

L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x55750N/（2x0.7x6x160）=29mm

实际肢背：

29+2hf=41mm,取10hf=6cm

肢尖：

L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x5750N/（2x0.7x5x160）=15mm

实际肢尖：

15+2hf=25mm,取10hf=5cm

为便于在上弦杆上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm

用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。

角焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度乘以0.8的折减系数

计算时略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中荷载与上弦杆垂直。

上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：

h’f=5mm，h”f=9mm

上弦肢尖角焊缝的剪应力为：

满足要求。

7.2下弦节点

e节点

图7.2e节点图

De杆：

选用焊缝肢背与肢尖为hf=6mm和5mm

肢背：

L’W=0.7N/（2hexffw）=0.7x115570N/（2x0.7x6x160）=60mm

实际肢背：

60+2hf=109+2*6=72mm，取8cm

肢尖：

L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x115570N/（2x0.