人字形钢结构设计.doc

键入文字装订线 本科生课程设计 题目： 学 院 专 业 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日简直人字形屋架设计一、设计题目设计普通人字形钢屋架，熟练掌握普通人字开钢屋架的设计步骤和施工图的绘制方法。二、设计内容1、屋盖结构体系；2、檩条和屋盖支撑的布置；3、屋架的形式和主要尺寸；4、钢材及焊条的选用；5、荷载、内力计算和内力组合；6、杆件截面选择；7、节点设计；8、钢屋盖施工图的绘制。三、设计资料1、长尺压型钢板屋面，H型钢或焊接工字钢檀条（间距3-6m）；2、屋架间距（柱距）为6m；3、屋面离地面高度约为15m。4、荷载（1）压型钢板：0.11-0.15KN/；（2）檩条：0.11KN/；（3）屋架及支撑自重：gk=(0.12+0.11L)KN/，L为屋架的标志跨度（m）；（4）风荷载为0.50KN/和雪荷载为0.55KN/，屋面活荷载标准值为0.5KN/。5、材料（1）钢材采用Q235-B，焊条采用E43型；（2）屋架支撑于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm，混凝土强度等级为C25。四、设计要求1、计算书（1）支撑布置体系及檩条设计(有檩屋盖)；（2）屋架设计详细步骤。计算书完整包括：设计资料、结构形式与布置、荷载计算、内力计算、杆件设计和节点设计。2、施工图（1）绘制支撑布置图；（2）绘制钢屋架施工详图。图纸内容包括以下几项：1） 屋架简图(一般布置在图面的左上角)；2） 屋架正立面图(如果对称可只画半榀屋架，但中央屋脊节点和下弦中央节点必须画完整)；3） 上、下弦杆俯视图，必要的剖面（如支座节点、端竖杆、中央竖杆、托架及垂直支撑连接处）；4） 屋架支撑详图及零件详图；5） 材料表；6） 施工图说明；7） 标题栏（题目、指导教师、姓名、学号、班级、日期和成绩等）。绘制要求：采用钢笔或CAD绘制，图面布置合理，文字规范，线条清楚并符合制图标准，达到施工图要求。五、参考资料（1）钢结构（第二版），魏明钟主编，武汉理工大学出版社，2002；（2）钢结构原理与设计，王国周，瞿履谦主编，清华大学出版社，1993；（3）钢结构卢铁鹰主编，西南师范大学出版社，1993；（4）钢结构陈绍蕃主编，中国建筑工业出版社，1994；（5）钢结构设计规范（GB50017-2003），中国计划出版社，2003。六、人字形钢屋架课程设计实例1、设计资料已知条件是人字形钢屋架跨度30m，地点在沈阳，屋面坡度为1：10，屋架间距为12m，厂房长度为60m，屋架支撑于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm，混凝土强度等级为C25。车间跨度30m，柱距为12m，屋面采用长尺寸压型钢板，轧制H型钢檩条，水平间距为5m,基本风压为0.55 KN/,雪荷载为0.5KN/积灰荷载标准值0.4 KN/，屋面活荷载标准值为0.5KN/，注意屋面活荷载和雪荷载不同时考虑。钢材采用Q235-B焊条为E43型。2、荷载、内力计算及内力组合1）永久荷载（水平投影面）压型钢板自重0.15=0.151KN/檩条自重：0.1KN/屋架及支撑自重G=0.12+0.011l=0.45KN/恒载：0.701 KN/2)屋面活荷载标准值为0.5 KN/，与雪荷载一样，所以不考虑雪荷载的作用。3)风荷载高度变化系数为1.25, 屋面迎风面为-0.6，背风面为-0.5,所以负风压的设计（垂直于屋面）为迎风面 1=-1.40.61.250.55=-0.578KN/背风面 2=-1.40.51.250.55=-0.481KN/1和2垂直于水平面的分力已略超过或接近于荷载分项系数取1.0时的永久荷载，帮受拉杆件在永久荷载与风荷载联合作用下将受压，但此压力很小，这里不计算风荷载产生的内力，只将所有拉杆的长细比控制在250以内。4）考虑屋面积灰荷载为0.4KN/5)上弦节点集中荷载的设计值由可变荷载效应控制的组合为:Q=(1.20.701+1.4（0.5+0.4）)56=63.036KN6)内力计算。跨度中央每侧各两根腹杆按压杆控制其长细比，不考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。因杆件较少，以数解法（截面法、节点法）求出各杆件内力，见图1数解法求解内力系数1.求1-1截面的内力系数 由 0.523602000sin84.3=0.52939h 得h=1598 由 M=0 即F2h2+F3h=0 得1598F3+1990F2=0由 Y=F2sin 5.7-F3sin36.9+0.5+3=0得F2=6F3+25求得F2=-2.952 F3=3.676注意 拉为正，压为负2.求2-2截面的内力系数 由 M=0 得34850-0.54850-F11990=0得F1=6.093由 Y=2.952sin 5.7+F3y-F1y+0.5-3=0 得F3cosarcsin2500/3364-6.093sin 5.7+2.952 sin5.7=2.5 得F3=-4.203内力系数和荷载组合杆件编号内力系数活荷载恒载积灰荷载杆件内力(KN)a-b-2.9520.50.7010.4-186.082b-c-8.0000.50.7010.4-504.288c-d-10.5130.50.7010.4-662.6971-20.0000.50.7010.40.0002-3 6.0930.50.7010.4 384.0783-4 9.8790.50.7010.4 622.7334-5 11.1390.50.7010.4702.158a-2 3.6760.50.7010.4 231.720b-2-4.2030.50.7010.4-264.940b-3 2.2960.50.7010.4 144.731c-3-2.5270.50.7010.4-159.292c-4 0.7660.50.7010.4 48.286d-4-0.8430.50.7010.4-53.139d-5 2.2170.50.7010.4 139.7514、杆件截面选择腹杆最大内力N=-264.94KN，因本屋架最大内力所在节点无竖腹杆又无加劲肋加强，应将最大压力乘以1.25(等于331.2KN)，查单壁式屋架节点板厚度选用表,选用中间节点板厚度t=10mm。1）上弦。整个上弦不改变截面，按最大内力计算。Nmax=-662.8kN，=502.5.5cm。选用TM1953001016，A=68.37，=5.03cm，=7.26cm，=3.4cm。=99.9=150=69.2=150=其中： （）（）由查得 2）下弦。下弦也不改变截面，按最大内力计算。选用TW125250914，。 3）斜腹杆。杆件a-2： N=231.7N,。选用275505(长肢相并)，。填放板放两块，。杆件b-2: N=-264.9kN, ，。选用2907，。 因为: 所以: 填板放两块，。杆件b-3： N=+144.7,，。 选用2505，。 填板放两块，。连接垂直支撑中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度。屋架杆件截面杆件号计算长度（m）选用截面截面面积A（）长细比计算应力（mpa）容许长细比杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝(mm)填板数(每节间)a-b5.0255.025TM195300101668.3799.969.2(72.2)0.555174.9150-2b-cc-d1-25.0255.025TW12525091446.09151238.5-152.6250-12-33-44-5a-22.9392.9392 7550512.25123134-189.52506-1405-902b-22.6913.3642 90724.6091.182.7(87.3)0.578186.81506-1505-1002b-32.4423.0522 5059.60150124.6-150.82506-905-602c-32.9613.364280515.8210292.7(99.1)0.502200.51506-1005-603c-42.4423.0522 63512.28119103.1-39.31506-605-603d-42.6913.3642 63512.28130113.6(117)0.352122.91506-605-603d-51.80025059.6093.8-145.52006-905-6045、节点设计由于上弦杆腹板厚度10mm，下弦杆腹板厚度9mm，故支座节点和中间节点的节点板厚度均取用10mm。（1）下弦节点“2”如图（3） 腹杆与节点的连接焊缝，a-2杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取，则所需焊缝长度如下:肢背 ，取140mm肢尖 ，取90mm腹杆b-2杆肢背6-150及肢尖5-100。验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差，由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度是50.0cm，对接焊缝长度50.0cm（加引弧板施焊），厚度9mm。此对接焊缝承受剪力V=384.4kN,弯矩剪应力 弯曲应力 （满足要求）（2）上弦节点“b” 此上弦节点连接b-2和b-3两根腹杆，经计算，b-2杆端焊缝为：肢背6-150，肢尖5-100，而b-3杆端焊缝为：肢背6-90，肢尖5-60.由于上弦腹板较宽，经用大样图核实，此节点可以将腹杆直接焊接在腹板上，而不必另加节点板。（3）屋脊节点“d”（拼接节点）如图（5）弦杆的拼接采用水平盖板和竖向拼接板连接，水平盖板（宽340mm，厚16mm）和竖向拼接板(宽120mm，厚10mm)与T字钢弦杆的翼缘和腹板等强度连接，计算如下。翼缘焊缝（采用）水平盖板长: 腹板焊缝（采用）竖向拼接板的内侧不能焊接，将其端部切斜以便施焊。竖向拼接板长L=500mm，其端部和外侧纵焊缝已超过需要的焊缝长度。（4）支座节点“a”如图（6）弦杆与支座节点板的对接焊缝计算，此焊缝承受 剪应力 (满足要求)正应力 (满足要求) 计算底板及加劲肋等.1）底板计算支反力 ，,所需底板面积 锚栓直径取,锚栓孔直径为，则所需底板面积 按构造要求采用底板面各，锚栓垫板采用，孔径。底板实际应力计算如下。 ，查表轴心受压构件计算长度系数值得,则 所需底板厚度 按构造取，底板尺寸为。2）加劲肋与节点板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为 加劲肋高度取与支座节点板相同，厚度取与支座节点板相同，截面为。采用，验算焊缝应力，焊缝计算长度对V 对M （满足要求）3）节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算取，实际的焊缝总长度 焊缝设计应力 （满足要求） 4）人字形屋架施工图见下：