钢屋架课程设计.docx

资源描述

钢屋架课程设计.docx

《钢屋架课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢屋架课程设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

钢屋架课程设计.docx

钢屋架课程设计

《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、截面设计和节点设讣；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C20o柱顶截面尺寸为400x400mm。

钢屋架设计不考虑抗震设防。

厂房柱距选择：

6米

2•三角形屋架

1）属有標体系：

檯条采用槽钢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）

40.4

注:

1•以上荷载值均为水平投影2AB屋架的形式与尺寸见图1

图1

3.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

3.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3.85mo5•上下弦杆为连续杆件，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L（由教师具体指定计算要求）

7.屋架节点设计J

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（594mmx841mm）

3.图面内容：

1屋架索引图（习惯画在图面左上角）比例尺取1：

130〜1：

500

2屋架正面图（画对称的半棉\轴线比例尺：

1：

20或1：

3上下弦俯视图J杆件比例尺：

1：

10或1：

4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）

⑥标题栏（写明：

题目、指导老师、姓名、班级、日期。

）

4•作图要求：

釆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，图纸应叠成讣算书一般大小，与计算书装订后一起上交。

5.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

6.主要参考资料

1.《钢结构设计规范》

2.《工业与民用建筑荷载规范》

3•标准图集《梯形钢屋架G511》

4.《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，中国建筑工业岀版社

d2B:

积灰荷载0.26kn/加

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400x400mm。

钢屋架设计不考虑抗震设防。

厂房柱距选择：

6m。

雪荷载为0.35KN/m2

1、屋架尺寸和標条，支撑布置

（1）屋架尺寸

屋架计算跨度：

/（）=/-300=24000-300=23700〃"

屋面倾角：

a=acrtan（1/2.5）=2148’,sin«=0.3714,cosa=0.9285

屋架跨中高度：

h=23700/（2x250）=4740〃?

〃？

上弦长度：

L=/o/2cosa=23700/（2x0.9285）=12763m”

节间长度：

a=12763/6=2127〃?

〃？

节间水平投影长度：

a=acosa=2127x0.9285=1975mm

屋架几何尺寸（单位:

mm）

（2）標条和支撐的布置

根据屋面材料的最大容许標距，可将標条布置于上弦节上（见下

图），標距为节间长度。

在標条的跨中设置一道拉条©IO。

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。

上弦因有標条亦可不设系杆，如图所示：

2、桁架设计

（一）荷载计算

屋而坡度6/=21°48<25\雪荷载按不均匀分布最不s*=1.25x0.3=0.375（如/沪）

雪荷载与活荷载不同时考虑，取较大值，俺雪荷载计算。

作用在標条上的均不线荷载为

永久荷载：

（坡面）波形石棉瓦:

0.20x0.709=0.14如/〃？

保温木丝板：

0.25x0.709=0.18hi/m

標条及拉条：

0.20/77/m

合计g.=0.52如/加

雪荷载重佈I=0.375x0.709Xcos"=0.24（如/加）

標条均布荷载设计值：

（gx+4J=（gi+4）sin"=0.96x0.3714=0・357如/m

（gi、+4、）=（&+）cosa=0.96x0.9285=0.891^/?

因標条沿节间布置，先将標条作为桁架集中荷载计算，再按经验公式计算桁架

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。

標条作用在桁架上弦的集中力

Q=（gi+0］）x6=0.96x6=5.76kn

桁架和支撐自重，按轻屋盖估算

gr=pi=0.01x23.7=0.231kn/nr

节点荷载设计值

P=3Q+grX“x6=3x5.76+0.237x1.975x6=20.088/rn

（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,先查得杆件内力系数，再乘以节点荷载P=20.088^7?

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

P=20.088^?

（kN）

-14.81

-297.50

上

—13.66

-274.40

-14.07

-282.64

弦

-13.70

-275.21

-12.75

-256.12

下

+13.75

+276.21

+11.25

+225.99

弦

+7.50

+150.66

-2.79

-56.05

-1.21

-24.31

+2.50

+50.22

+3.75

+75.33

+6.25

+125.55

0.00

上弦杆局部弯矩计算。

按两跨连续梁计算

=Q"3=5.76X1.975/3=3.792（如/m）

端节间=0.8M°=0.8x3.792=3.034（如/〃?

）

中间节间及节点=±0.6M（）=±0.6x3.792=±2.275（如/in）

（三）杆件截而选择

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

杆件编号

内力设计值N

（kN）

计算长度

选用

截

面

截面面积

（cm2）

杆件受礼类型

长细比

容许长细比

［九］

（PniJn

N/（pA

N/An

/ox

/oy

九V

或

—

上

弦

AB,BC

CD,DE

-297.50

212.7

417

100

27.6

11<

杆

68.48

93.5

150

0.598

205.35

140.4

下弦

AH,HJ,

+276.21+225.99+150.66

497.6

1185

75X

50X

12.24

压杆

346

315

350

199.38

腹杆

-2431

+125.559

133.1

166.4

L50

7.8

压杆

86.48

68.48

150

0.644

42.76

CJ,

-56.05

274.96

343.7

45X

6.98

压杆

199.25153.44

350

63,57

+75.33

343.7

687.4

45X

6.98

压杆

249306

350

198.8

+50.22

204.4

255.5

50X

7.8

压杆

132.7

105

150

0.375

169.3

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。

上弦杆。

上弦杆内力有:

7Vab=—297.50如,N&=—274.40加,妙=2.962如•m,M2=一2.222如•m

该杆按压弯杆计算。

验算2L100x7组成的T形截面见上表：

A=2x13.8=27.6cw2,=3.09c/w2,i、=4.46c/n2,1的<=2x48.6=97.2伽'

W2x=2x18.1=36.2cm3,Z0=2.7icm,=1.05,yx2=1.20

1）强度验算。

截面强度验算由负弯矩控制。

=107.8（/?

/nun2）

、+H=297.50x&+1.963x10’

A,YxWnx27.6xl021.2x36.2x103

2）弯矩作用平而内的稳定性验算。

=/0A//r=212.7/3.09=68.8<150,GB50017

附录C表C-2

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A.=0.85

按正弯矩验算：

=152.72（/?

/mm2）

N卩少x297.50xlO30.85x2.617xl06

°一^0,758X27-6X1°21.05x97.2x10■x（1

xnJ1077.73

补充验算:

297.50xlO3

0.85x2.617xl06

27.6xl02

00750

1.2x36.2x103x（1-1.25「*）

1077.73

=29.59（“/mm2）<215n

N久M

A沁（1-1・25寿

3）弯矩作用平面外的稳定性验算。

此稳定性由负弯矩控制

/（）v=1{（0.75+0.25N?

/y）=2x212.7x（0.75+0.25x242.44/297.5）=405.717（c〃）

Av=ZOv/zv=405.717/4.46=90.97<150

查GB50017附表只=0.598®=1（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，取久=0.85。

NP297.50X1030.85xl.963xlO6,'、一’,

+=7+:

—=226.34（〃/mm~）

/mm~（pxA輕0.598x27.6x1021x36.2x10’

4）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

iY=3.09cm,40/.=40x3.09=123.6（cm）

上弦为压杆，节间长度为拉杆，整个下弦采用等截面，按最大内力心“=+244.04如计算。

桁架平面内力计算长度按最大节间JJ，即h=497.6“”计算；桁架平面外计算长度因跨中有一道系杆，故/0>=1185c”

下弦杆所需截面面积为An=N/f=244.04xlO3/215=1135（""）=11.35（c/7?

2）

选用2L75x50x5,A=2x6.12=12.24（cm2）,采用短肢相并，J=1.44cm,iy=3"cm。

强度验算

□〕A=244.04xlO3/（12.24xl02）=199.38（/?

/mm2）

/mm2

刚度验算

&=/Ov/zv=497.6/1.44=346<350

2=lQy/i=1185/3.76=3315<350

•••

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=2.39w,拉杆按

80/=80x2.39=191.2cm

AH、HJ节间各设一块填板:

343.7/2=171.35<191.2cm

JJ节间设两块填板：

497.2/3=165.73<191.2cm

故填板尺寸为80mmx10mmx70mm。

（3）中间竖腹杆JG。

对于中间竖腹杆，yv=0,/=474c/no

对连接垂直支撑的桁架，采用2L56x4组成的十字形截面，单个角钢

L56X4,「min=1•1lc”o

/0=0.9/=0.9x474=426.6（17"）

4=/0//min=426.6/2.18=196<350

填板设置按拉杆考虑：

80/min=40x1.11=88.8c/h，设置5块，464/6=79V87.2cm,故填板尺寸

为80mmx10mmx1OOmim

（4）主斜腹板JK、KGo主斜腹板JK、KG两杆采用相同截而，

lOx=343.1cmJov=2x343.7=687.4c/n,内力设计值N=+110.93如

所需净截面面积A”=N//=110.93x10、/215=515.95（呦2）=5.16cm2

选用2L45x4,A=2x3.49=6.98（c7n2）,ir=1.3&m,i、.=2.24cm

考虑桁架分为两个棍单元运输，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,则实际观=6.98-2x1.75x0.4=5.5%沪

强度验算：

N/A”=110.93x103/（5,58x102）=198.8（n/mtn1）

4=lQx/ix=343.7/1.38=249050

刚度验算:

J=/0/i=687.4/2.24=306050

••・

填板设置：

按80/>80x1.38=110.4cm,JK、KG各设置2块,343.7/3=114.57（cm）=110.41cm。

填板尺寸为80/77/72X10/77/77X65/77/77。

（5）腹板DJ

Ndi=—49.52如，/（）1=0.8/=0.8x255.5=204.4c/?

l（ty=1=255.5cm

选用2L50x4,A—2x3.9=7.8（c/?

t2）,ix=1.54cm,zv=2.43cm

或选用2L45x4,A=2x3.486=6.972亦）,.=138cm,iy=2.16cm

/=204.4/138=148JV150

人

若按2L45X4计算：

;=255.5/2」6=118.3<150

按b类截面查表得乞=°・31°

—=49.52xlO3/（0.31x6.972xl02）=229.1（〃/=215n/mm2

故腹板DJ截面选用2L50x4

填板按40/min=40x1.54=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Mmmx10mmx70mmo

（6）腹板BH、CH、EK、FKo4根杆均匀为压杆，受力及长度均小于DJ杆，故可按DJ

杆选用2厶50x4,只采用1块填板。

（7）腹杆HD、DKo两者均为拉杆。

N=+44.37如，1=343.5,仍选用2厶45x4,验算如

下：

N/A=44.37x10'x6.98xl02=63.57（/7/wm2）

/mm1

2.二h/ix=0.8x343.7/1.38=199.25<350

填板设置。

按80^=80x1.38=110.%“，各设3块，343.7/4=85.93cm<110.4cm,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

棍小桁架。

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而2厶75x50x5，肢背处削棱切肢△=5+5+5=15（〃呦

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

N=Af=12.24x1（）2x215=253000（N）,取如=5mm.

拼接角钢长度/=2x12.7+1=26.4（c7h）,取270〃"。

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ZW二15%xN“”=15%xl33.11=19.97（如）,，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接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸为J=5叽®2=4〃叽则所需的焊缝长度为

叶二匕.0.7x110.93x10“____z、吋“

肢背：

Li=+10=79.33（〃〃”）,取80加加。

2x0.7x4x160

肢矢：

1“=+8=45.14（〃〃”）,取

2x0.7x4x160

弦杆肢背与节点板的连接焊缝采用塞焊缝，屋脊节点处標条传来的力为P/3=17.748/3=5.916（如），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%/Vmax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，可取15%%=0.15x229.84=34.48（如）。

M=34.48e=34.48x（10.0-3.0）=241.36（Z:

n-cm）

按绘制的节点图可知

=32c/w,取％=4/w/w,,则

a=Jb/J+tj—Vt/2.3752+1.8662=3.296（Ztz/cm2）=32.92N/mm2<1・22f；=1.22x160=195.2（N/mm2）

拼接角钢与上弦连接焊缝长度确定，设知=5〃叽则

I.=-二）•聖x£02h=112.61（片〃力），取115mm<>

4x0.7x5x1607

拼接角钢总长度为

/=/“+50=2x115+50=280加加

中间竖肢杆与节点板连接焊缝，因N=0,按结构取何=4〃州,实际长度根据绘制施工图确定为〈=90加加。

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=-49.52M取耳=4〃叽则焊缝长度为肢背/、.=°?

心\5一g1（）*&=46.69（〃〃“）,取50〃?

加。

”2x0.7x4x160

取肢尖焊缝L=50mm.

其余两腹杆内力均小丁DJ杆，故按构造决定肢背=6mm,肢尖hf=5mmo

上弦杆与节点板焊缝。

节点板尺寸如图所示，节点板缩入深度为6mm,按肢背塞焊缝承受的集中荷载Q进行计算，你=//2=10/2=5〃劝,则

6==:

=0.74（/tnm2）＜160N/mtn1

/0,（2x0.7%/,1.22x2x0.7x5x790

肢尖焊缝承受弦杆的内力差=249.71-243.15=6.15（如），偏心距e=100-30=70（〃切）。

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400/W/nx4OO//7/71的钢筋混凝土柱上，支座混凝土垫块强度等级为C20

级，便于施焊，取底板至于下弦中心线距离为160mm,下弦截面为2000x7。

下弦杆与节点板焊缝计算：

因NAfl=+244.04h?

故

卄二匕,0.7x224.04x10s——“

肢背:

I、|=12=137（加片7）,取150〃?

〃?

。

2x0.7x2x160

卄小,0.3x224.04xlO3o亠_巾“、

肢夫:

=+8=91.7（771/71）,取90加阳°

2x0.7x4x160

上弦杆与节点板焊缝计算。

^,=-262.85^,肢背为塞焊缝，肢背、肢尖均按节点板满

焊，巧=5〃叽焊缝长度仅考虑节点中心右边板长的焊缝长度

/w.=45.5/cos21.8°=48（c/72）

承受荷载为AN=297.5（如），M=297.5x（10-3）=2082.5（如・c〃7）,取％=5mm

=128.2n/mm2<\.22/^=1.22x160=195.2（〃/mm2）

J…丝口一一）2+（5

V2x0.7x0.5x482x0.7x0.5x482

支座底板计算:

支座反力7?

=6F=6xl7,748=106.488（如）

支座底板需要的受压净面积

I.21匚2

A）=2x（i.—+5x5）=2x（1.—+5x5）=69.64（cm2）^70cm2

f2424

则所需面积为A=4+观=112.09+70=182.09（cm2）

根据构造要求底板的实际净面积为25x25-70=555（期2）>a

底板所受均布荷载反力为

q=R/A=106.488xlO3/（555xl03）=1.92（n/mm2）<9.5n/mm2o

所需底板厚度t的计算

按两相邻支承边的板计算

勺/再=88/177?

=0.5,查表得0=0.058。

M=Pqci^=0.058x1.92x1772=3489（”•mm）

r=yj6M/f=>^6x3489/215=9.87（/?

）,耳

底板尺寸为250/?

展开阅读全文