1、 ?鋼結構設計?課程設計設計名稱 鋼屋架設計 學 院 水土保持學院 專 業 土木工程 班 級 土木0-班 學 號 00 4 姓 名 指導教師 2021年 6月18日目錄第一節 鋼結構課程設計題目2第二節 鋼屋架設計計算3一、屋架類型3二、鋼材及焊條 3三、屋架形式及幾何尺寸3 四、支撐布置4五、荷載和內力計算1. 荷載計算52. 荷載組合53. 內力計算7六、桿件截面設計1. 上弦桿102. 下弦桿113. 端斜桿124. 斜腹桿135. 豎桿14七、節點設計1. 下弦節點b172. 上弦節點B183. 屋脊節點K194. 下弦跨中節點f205. 支座節點a21第一節 鋼結構課程設計題目一、設

2、計題目某30m跨度熱加工車間鋼屋架設計。二、設計任務與要求 1選擇鋼屋架的材料。 2屋架選型；確定各桿件截面形式、計算長度和節點形式。 3屋架及屋蓋支撐的布置及布置圖；4荷載計算及內力分析；5各桿件截面設計包括計算過程和非拷貝的計算簡圖。6節點設計包括支座設計。包括計算過程和非拷貝的計算簡圖。7設計要求 1完成計算書一套(應有封面和目錄)。 2按制圖標準繪制鋼屋架施工圖電子拷貝圖不能計分及材料表。3計算書書寫工整，圖紙布局均勻、圖面整潔，線型正確，比例適當。8最晚放假前2周，提交紙質文本和手繪圖件A2或提交電子文本與CAD圖件。e-mail：三、設計資料 某一熱加工車間，跨度 30m，車間長度

3、 90m，柱距 6m。車間設有二臺 205t橋式吊車，中級工作制JC25，一端設有5t和3t的鍛錘各一臺。當地計算溫度高于20。地震設防烈度8度。屋面采用15×6m預應力大型屋面板為無檁體系。上鋪 80mm厚泡沫混凝土保溫層；三氈四油防水層；屋面坡度為110；當地雪荷載為0.3kNm2。屋架鉸接在鋼筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×600mm，混凝土強度等級為C20。大型屋面板自重按15kNm2含灌縫。第二節 鋼屋架設計計算一、屋架類型選擇由于車間內部設有5 t和3 t鍛錘各一臺，又具有加熱設備爐，跨度較大30m，屋面坡度較小i=110，故擬采用梯形鋼屋架，受

4、力均勻、腹桿較短、且與柱子連接可為鉸接，鋼筋混凝土柱，混凝土采用 C20fc= Nmm2。二、鋼材及焊條 根據該地區的冬季計算溫度和荷載性質，以及設計標準要求，鋼材采用AY3F(甲類頂吹氧氣轉爐3號沸騰鋼)，要求保證抗拉強度，伸長率。屈服強度，冷彎試驗及碳、硫、磷含量合格。屋架連接方法采用焊接，焊條選用E43型，手工焊，根據結構的重要性，焊縫質量要求到達一級標準。三、屋架形式及幾何尺寸因屋面采用預應力混凝土大型屋面板，屋面坡度i=110，故采用平坡梯形屋架。屋架計算跨度取支柱軸線間的距離減去300mm。=30000300=29700mm。 取屋架在30m軸線處的端部高度=1990mm與屋架中部

5、高度及屋面坡度相關，我國常將取為1.82.lm等較整齊的數值，以利多跨屋架時的屋面構造。當屋架與柱剛結時，有足夠的大小，亦能較好地傳遞支座彎矩而不使端部弦桿產生過大內力。 屋架中部高度: 2000+29700/2×0.1=34853490mm屋架的高跨比: =349029700=l85，在經濟范圍16110內。屋架在處，兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮，取60mm。屋架形式及幾何尺寸如圖一所示。四、支撐布置根據車間長度90m60m，屋架跨度=30m，荷載情況，以及吊車、鍛錘設置情況，布置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規格

6、與中間柱間支撐的規格有所不同。在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設置了柔性系桿，以傳遞山墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如下圖。五、荷載和內力計算1荷載計算屋面活荷載與雪載一般不會同時出現，從前面可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重包括支撐按經驗公式pw=0.120.011×跨度計算，跨度單位為m。a、永久荷載標準值：三氈四油綠豆砂(防水層) 0.35kNm220厚1：3水泥砂漿找平層 0.02×20=0.40kNm

7、2泡沫混凝土保溫層80厚 0.08×6=0.48kNm2大型屋面板含灌縫 1.50kNm2屋架和支撐自重 0.120.011×30=0.45kNm2管道自重 0.1kNm2 3.28kNm2b、可變荷載標準值屋面活載 0.7kNm2 0.7kNm2 以上荷載計算中，因屋面坡度較小，風荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。 永久荷載設計值：1.2×3.28=3.936kNm2 可變荷載設計值：1.4×0.7=kNm22、荷載組合計算屋架是應考慮以下三種荷載組合情況：1全跨永久荷載十全跨可變荷載 節點荷載：P=3.×1

8、.5×6=4N2全跨永久荷載十半跨可變荷載全跨節點永久荷載：P1=3.936×1.5×6= 半跨節點可變荷載：P20.98×1.5×6kN3全跨屋架包括支撐十半跨屋面板自重十半跨屋面活荷載 全跨節點屋架自重：P3=1.2 ××1.5×6=kN半跨節點屋面板自重及活載： P4=(1.2×1.5+×)×1.5×6=2kN以上1，2為節點荷載情況，3為施工階段荷載情況。3、內力計算 按圖解法，解析法或電算法均可計算屋架各桿件內力。 本設計采用圖解法計算內力。應用圖解法求得單位荷載作

9、用于全跨及半跨各節點的各桿內力，即內力系數，然后可求出當荷載作用于全跨及半跨各節點時的桿件內力，并求出三種荷載組合下的桿件內力，上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿，內力均到達最大，在第2種和第3種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內力可能到達最大或發生變號。因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內力均應計算，而在半跨荷載作用下僅需計算靠近跨中的斜腹桿內力。具體計算見圖3。屋架各桿件內力組合見下表。桿件名稱桿件內力系數P=1第一種組合第二種組合第三種組合計算內力kN全跨左半跨右半跨P×P1×+P2×P1×+P2×P3×+P

10、4×P3×+P4×上弦AB000-0BD-11.3595-2-1-DF-18.19-6.25-7-6-2-FH-21.53-14.62-8.46-8-4-3-HI-285-8-4-3-IK30-8-4-3-下弦ab4.841.83221bc15.3611.304.986531cd20.2114.147.43874028de249.3998439ef21.23888833斜腹桿aB-11.34-8.667-4-4-2-1-Bb6.472.873332011bD534-3-2-16-10-3Dc5.393.394232211823cF33-1-16-1-7-1Fd2.

11、620.882H122-6-5-He0.2951.891-24;-2eg1.53086-4;-4gK2.164.07-2.32111-411;-4gI0.490.54-0.062212豎桿Aa540-2-2-1-1-2.67-2Cb-1.00-0-4-4-2-4Ec-0-4-4-2-4Gd-0-4-3-2-4.76Jg-0-3-2-4.13Ie-1.42-1.430-62.83-5-42.68-6.90Kf0.02000.880.710.100.10六、桿件截面選擇1. 上弦桿 整個上弦采用等截面，按桿件最大內力設計，即NIK= - kN。上弦桿計算長度：在屋架平面內

12、，為節間軸線長度L0X= L0=1508mm；在屋架平面外，本屋架為無檁體系，并認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據支撐布置和內力變化情況，取L0Y =3×1508=4524mm。 根據屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內力N= kN壓力需穩定計算，查桁架節點板用度選用表，支座節點板厚度選用12mm，節點板厚度選用10mm。設=60，按3號鋼Q235，軸心受壓構件屬 b類載面。查附表 ，得穩定系數=0.807，那么需要截面積為A=mm2需要的回轉半徑： ， 根據A、ix、iy查附表，選用2L160×100×12，肢背間距a

13、=10mm，A=6010.8mm2，ix=28.2mm， iy7mm。 按所選角鋼進行驗算： 滿足要求由于x<y，只需求，查附表得，=0813故所選截面適宜。2下弦桿 整個下弦也采用同一截面，按最大內力NDE=kN設計拉力不需穩定計算。按下弦支撐布置情況：=3000mm，=14850mm因跨中有通長系桿，計算所需下弦截面凈面積： 因為? ，故采用不等肢角鋼，短肢相并，查附表得，選用2L140×90×12，肢背距離a=10mm，A=5280mm2，ix=2mm，iy=6mm，截面如下圖。 驗算：如果連接支撐的螺栓孔中心至節點板邊緣距離不小于100mm，螺栓孔對下弦截面的

14、削弱可不考慮，所以An=A。 滿足要求每個節間設一塊墊板。3. 端斜桿aB桿件軸力NAG=-kN，計算長度= 2534mm因為=，故采用不等肢角鋼，長肢相并，令ix iy 。查附表，肢背距離a=10mm，選用2L125×80×10，長肢相并，那么 A=mm2，ixmm，iy3mm。驗算， 由于y>x，只需求，查表有=0707 滿足要求，截面如下圖。 4. (1) 斜腹桿Bb NGB= kN，拉桿，幾何長度為=2608mm，=08=08×2608=20864mm，=2608mm。所需截面面積：采用等肢角鋼，肢背距離a=10mm，查附表，選用2 L80×

15、;7，那么A=2172mm2，ix=24.7mm，iy=3mm 驗算： 滿足要求，其他腹桿截面選擇過程和Bb桿相同。(2) 腹桿eg-gK此桿在g節點處不斷開，采用通長桿件。最大拉力：NgK，Neg最大壓力：Neg，NgK再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內的計算長度取節點中心間距=2301mm，在桁架平面外的計算長度：選用2 L80×7，那么A=2172mm2，ix=24.7mm，iy=3mm 由于x<y，只需求，查表有= 拉應力：5豎桿IeNIe= kN，=0.8 =0.8×3191=2552mm，=3190mm。由于內力較小，按允許長細比而150選擇角鋼，所需回轉

16、半徑為: 根據ix、iy查附表，節點板厚度選用10mm，選截面時略大，選用2L63×5，那么 A1229mm2，ix1mm，iy2m。 由于x>y，只需求，查表有=0378 其他各桿件的截面選擇計算過程不再一一列出，現將計算結果列于下表。屋架各桿件截面選擇表名稱桿件編號內力kN計算長度cm截面的規格截面面積cm2回轉半徑cm長細比容許長細比穩定系數計算應力N/A(N/mm2)loxloyixiyxyxy上弦IK-1005.67 150.8 452.4 2L160×100×12短肢相并2.82 7.75 53.48 58.37 150.00 0.813 205

17、.79 下弦de978.68 300.0 1485.0 2L140×90×12短肢相并2.54 6.81 118.11 218.06 350.00 185.36 斜腹桿aB-501.73 253.4 253.4 2L125×80×10長肢相并3.98 3.31 63.67 76.56 150.00 0.707 180.01 Bb389.79 208.6 260.8 2L80×72.47 3.67 84.47 71.06 350.00 179.46 bD229.5 286.9 2L125×80×10長肢相并3.98 3.31

18、57.67 86.68 150.00 0.641 132.18 Dc228.7 285.9 2L56×51.72 2.69 132.98 106.28 350.00 220.20 cF250.8 312.6 2L80×62.47 3.65 101.54 85.64 150.00 0.542 183.73 Fd249.5 311.9 2L80×62.47 3.65 101.02 85.45 350.00 61.68 dH271.6 339.5 2L80×62.47 3.65 109.96 93.01 150.00 0.493 77.91 He270.8 3

19、38.5 2L80×62.47 3.65 109.64 92.74 150.00 0.493 eg230.1 455.4 2L63×51.94 2.96 118.61 153.86 150.00 0.295 136.88 gK230.1 455.4 2L63×51.94 2.96 118.61 153.86 150.00 0.295 91.49 gI165.9 207.4 2L56×51.72 2.69 96.45 77.10 350.00 20.42 豎桿Aa199.0 199.0 2L63×41.96 3.02 81.63 65.89 15

20、0.00 0.675 36.20 Cb183.2 229.0 2L63×41.72 2.69 106.51 85.13 150.00 0.511 86.96 Ec207.2 259.0 2L63×41.72 2.69 120.47 96.28 150.00 0.432 102.86 Gd231.2 289.0 2L63×41.72 2.69 134.42 107.43 150.00 0.365 119.32 Jg127.6 158.9 2L63×41.72 2.69 74.19 59.07 150.00 0.720 53.08 Ie-62.91 255.

21、2 319.1 2L63×51.94 2.96 131.55 107.80 150.00 0.387 132.31 Kf0.71 314.1 314.1 2L63×41.94 2.96 161.91 106.11 200.00 0.58 七、節點設計1下弦節點b 各桿的內力由計算表1查得。這類節點的設計步驟是：先根據腹桿的內力計算腹桿與節點板連接焊縫的尺寸，即hf和，然后根據的大小按比例繪出節點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節點板的連接焊縫。 用E43焊條時，角焊縫的抗拉、拉壓和抗剪強度設計值=160Nmm2。設Bb桿的肢背和肢尖焊縫hf=7mm和6mm，所需焊縫長度為按

22、等肢角鋼連接的角焊縫內力分配系數計算 肢背=，取=200mm 肢尖=，取=110mm 設bD桿的肢背與肢尖的焊縫hf分別為6mm和5mm，長肢相并 肢背=，取=200mm 肢尖=，取=110mm Cb桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定取hf=5mm 根據以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作出節點詳圖，從而確定節點板尺寸為320×410mm。 下弦與節點板連接的焊縫長度為410mm，hf=5mm，焊縫所受的力為左右下弦桿的內力差N=6bc桿力ba桿力=3kN焊縫受軸力，受力較大的肢背處焊縫應力為 f= 焊縫強度滿足要求。該節點如以下圖所示2上弦節點

23、B Bb桿與節點板的焊縫尺寸和節點b相同，aB桿與節點板的焊縫尺寸按上述方法計算，設肢背焊縫hf=10mm，肢尖焊縫hf=6mm，那么NaBkN=,實際取=170mm=,實際取=150mm 為了便于擱置屋面板，上弦節點板的上邊緣縮進上弦肢背8mm，上弦角鋼與節點板間用槽焊連接，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，認為集中力P與上弦垂直。P=44kN，hf=5mm。根據斜桿焊縫長度確定節點板尺寸，得節點板長度460mm，焊縫計算長度：=46010=450mm，設上側焊縫負擔垂直焊縫的全部力，那么肢背焊縫應力為： 肢尖焊縫承受弦桿內力差N及偏心力彎距M。N=NABNBC=kN 偏心距e=100222=

24、6mm查附表得L140×90×12的x0=2mm 偏心力距M=N·e=×103×67.3=3.38×107N·mm，采用hf=8mm那么 f=N2he=×1032×07×8×450=9Nmm2 ,故合格3屋脊節點K 弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一局部寬度一般為thf5mm。拼接角鋼的局部削弱，可以借助節點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內力計算。 設焊縫高度hf=12mm，那么所需焊縫計算長度為：取

25、=210mm。 拼接角鋼長度取 600mm2×210=420mm上弦與節點板間的槽焊，假定承受節點荷載，因為荷載較小，故不再驗算。上弦肢尖與節點板的連接焊縫，應按上弦內力的15計算。設肢尖焊縫hf=12mm，節點板長度為500mm，節點一側弦桿焊縫的計算長度為=510=235mm，焊縫應力為： 4下弦跨中節點設計f 跨中起拱60mm，下弦接頭設于跨中節點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2L140×90×12，焊縫高度hf=12mm，焊縫長度：，取=270mm，連接角鋼長度=2×27010=550mm，取=570mm。 肢尖切去=thf+5=14105=29mm，截面削弱A=29×10=290mm2。 (滿足要求)下弦桿與節點板，斜桿與節點板之間的連接焊縫均按構造設計。 因屋架的跨中高度較大，需將屋架分成兩個運輸單元，在屋脊和下弦跨中設置工地拼接節點，左半邊的上弦、斜桿和豎桿與節點連接采用工廠焊，而右半邊的上弦，斜桿與節點板的連接采用工地焊。 腹桿與節點板連接焊縫的計算方法與以上幾個節點相同。5支座節點a為了便于施