厂房梯形钢屋架课程设计计算书.doc

课程设计成果说明书题 目： 梯形钢屋架课程设计 学生姓名： 学 号： 学 院： 船舶与建筑工程学院 班 级： 指导教师 浙江海洋学院教务处浙江海洋学院课程设计成果说明书规范要求课程设计说明书是课程设计主要成果之一，一般在20003000字。1说明书基本格式版面要求：打印时正文采用5号宋体，A4纸，页边距上、下、左、右均为2cm，行间距采用固定值20磅，页码底部居中。文中标题采用4号宋体加粗。2说明书结构及要求（1）封面（2）课程设计成绩评定表（3）任务书(指导教师下发)（4）摘要摘要要求对内容进行简短的陈述，一般不超过300字。关键词应为反映主题内容的学术词汇，一般为3-5个，且应在摘要中出现。（5）目录要求层次清晰，给出标题及页次。最后一项为参考文献。（6）正文正文应按照目录所确定的顺序依次撰写，要求论述清楚、简练、通顺，插图清晰整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。（7）参考文献浙江海洋学院课程设计成绩评定表2009 2010 学年 第 二 学期学院 船舶与建筑工程学院 班级 C07土木2班 专业 土木工程学生姓名(学 号) （071308235）课程设计名 称钢结构课程设计题 目梯形钢屋架课程设计指导教师评语指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩小组教师签名： 年 月 日浙江海洋学院课程设计任务书2009 2010 学年 第 二 学期学院 船舶与建筑工程学院 班级 C07土木2班 专业 土木工程 学生姓名(学号) （071308235）课程名称钢结构设计题目梯形钢屋架课程设计完成期限自 2010 年 6 月 21 日至 2010 年 6月 25 日 共 1 周设计依据课程设计是土木工程专业十分重要的实践性教学环节，是将课程基本概念转化为课程实践活动的“桥梁”，设置钢结构课程设计，是通过进一步的设计训练，使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般钢结构设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案，熟练地进行结构设计计算，并学会利用各种设计资料。设计要求及主要内容设计要求：（1）掌握钢屋架荷载的计算，杆件内力的计算和组合，杆件的计算长度、截面型式、截面选择及构造要求，填板的设置及节点板的厚度，普通钢屋架节点设计的原则和要求，主要节点的设计及计算和构造，以及钢屋架施工图的内容和绘制。（2）设计成果应包括设计计算书（A4纸装订成册）和施工图纸1张；每个学生应认真独立完成全部设计任务，成果表面和技术质量符合工程设计文件的要求。 主要内容：（1）作屋盖结构及支撑的布置图；（2）对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算；设计一个下弦节点、一个上弦节点、屋脊节点、支座节点；（3）绘制运输单元的施工图，设计的节点应尺寸齐备，满足构造要求。参考资料（1）土木工程专业 钢结构课程设计指南，周俐俐、姚勇等编著，中国水利水电出版社、知识产权出版社，2006年1月第1版；（2）钢结构（上册）钢结构基础，陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，2007年6月第二版；（3）建筑结构荷载规范（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2006年11月第二版；（4）钢结构设计规范（GB50017-2003），中国计划出版社，2003。指导教师签字日期2010.4.26.摘要：梯形钢屋架时由双梯形合并而成，它的外形和荷载引起的弯矩图形比较接近，因而弦梯形钢屋架设计杆内力沿跨度分布比较均匀，材料比较经济。梯形钢屋架设计有屋架荷载计算与荷载效应组合，屋架杆件内力计算，屋架杆件设计，屋架节点设计屋架施工图绘制等步骤。通过设计掌握钢屋架荷载的计算，内力计算和组合，杆件的计算长度，截面型式，截面选择及构造要求，填板的设置及节点板的厚度。掌握节点设计的原则及要求，主要节点的设计及计算和构造，施工图内容与绘制。关键词：梯形钢屋架设计、内力计算、杆件设计、节点设计、施工图。目录1. 设计资料 2. 结构形式与布置 3. 荷载计算 4. 内力计算 5. 杆件设计 6. 节点设计 7. 参考文献 1. 设计资料1.1 某厂房总长度102m，跨度27m，纵向柱距9m。1.2 结构形式：钢筋混凝土柱子，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，截面300300mm。屋面边缘高度为234cm屋面坡度i=1/10；地区计算温度高于200，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，厂房内设有2台200/50中级工作制吊车，轨顶标高为8.500。1.3 屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q390钢，焊条为E50型。1.4 屋盖结构及荷载（1） 无檩体系：采用1.59.0m预应力混凝土屋面板（考虑屋面板起系杆作用）；（2） 荷载：屋架及支撑自重：按经验公式，q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为1.0 KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.30KN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为1.2 KN/m2， 屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.2KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层 0.55KN/m2 一毡二油隔气层 0.02KN/m2 水泥砂浆找平层 0.15KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.8KN/m22. 结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示 图1屋架几何尺寸 根据厂房长度99m、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。梯形钢屋架支撑布置图如图所示。 图2 SC上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑；GG刚性系杆；LG柔性系杆；GWJ钢屋架3. 荷载计算永久荷载设计值：g1.2（0.2+0.4+0.55+0.15+1.8+0.417）4.22 KN/m2可变荷载设计值： q1.2（1.0+1.2）2.64KN/m2设计屋架时，应该考虑一下三种荷载组合：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载 4.221.5956.97 KN 半跨节点可变荷载 2.641.5935.64 KN全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面可变荷载 全跨节点屋架自重 0.501.596.75KN 半跨节点屋面板自重及活荷载 （2.16+2.64）1.5964.8KN 、为使用节点荷载情况，为施工阶段荷载情况。4. 内力计算 屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下图所示： 有图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用用户全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如下表所示。表2 内力组合表杆件名称杆力系数P=1使用阶段施工阶段计算杆力/kK组合项目*（3）*（1）*（2）*（3）*（1）*（2）左半跨右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）上弦AB0000000000（4）+（5）+（6）BD-7.39-2.99-10.38-605.36-275.35-111.41-75.67-490.84-198.59-992.12（4）+（5）+（6）DF-11.24-5.11-16.35-953.53-4118.80-167.40-119.19-744.53-339.41-1539.73（4）+（5）+（6）HI-12.52-8.58-21.1-1230.55-466.49-319.69-153.82-829.32-569.88-2016.73（4）+（5）+（6）FH-12.52-6.95-19.47-1135.49-466.49-227.68-141.94-831.57-460.09-1829.66（4）+（5）+（6）IK-11.62018.580-20.201178.06-432.96-319.69-146.65-771.80-569.881930.71（4）+（5）+（6）杆件名称杆力系数P=1使用阶段施工阶段计算杆力/kK组合项目*（3）*（1）*（2）*（3）*（1）*（2）左半跨右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）下弦ab+4.20+1.575.77336.51156.4958.4942.06278.96104.27551.49（4）+（5）+（6）bc+9.64+4.0213.66796.65359.18149.7899.58640.28267.011305.61（4）+（5）+（6）cd+12.09+6.0518.141057.92450.47198.19132.24803.02401.841706.58（4）+（5）+（6）de+12.35+7.7420.091171.64460.16253.56146.45820.28514.091885.36（4）+（5）+（6）ef+9.74+9.7419.481136.07362.98319.08142.01646.93646.931818.06（4）+（5）+（6）斜腹杆aB-8.16-2.95-11.11-647.93-304.04-109.92-80.99-541.98-195.93-1061.89（4）+（5）+（6）Bb6.14+2.618.75510.3228.7797.2563.78407.81173.36836.32（4）+（5）+（6）bD-4.84-2.23-7.07-412.32-180.33-83.09-51.54-321.47-148.12-675.74（4）+（5）+（6）Dc+3.27+2.255.52321.93121.8483.8340.24217.93149.45527.60（4）+（5）+（6）cF-2.09-2.21-4.3-250.77-68.46-82.34-31.34-138.81-146.78-401.57（4）+（5）+（6）杆件名称杆力系数P=1使用阶段施工阶段计算杆力/kK组合项目*（3）*（1）*（2）*（3）*（1）*（2）左半跨右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）斜腹杆Fd+0.84+2.01+2.85+163.2931.2974.8920.7755.79133.50269.47（4）+（5）+（6）dH+0.27-2.02-1.57-102.06+10.06-75.26-12.75+17.93-134.17-177.325.18（7）+（8）(4)+(6)He-1.29+1.74+0.45-26.24-48.06+64.83+3.28-85.68115.57-82.40+118.85（7）+（8）(7)+(9)eg+3.26-2.01+1.25+72.90+121.47-74.89+9.11+216.53-133.50-124.39225.64（7）+（9）(7)+(8)gk+2.95-2.03+0.92+53.65+109.91-75.63+6.71+195.94-134.83202.65128.12(7)+(8) （7）+（9）gl-0.530-0.53-30.90-19.740-3.86-35.200-50.64（4）+（5）竖杆Aa-0.50-0.5-29.16-18.630-3.64-33.210.00-47.79（4）+（5）GdCbEc-1.00-1-58.32-37.260.00-7.29-66.420.00-95.58（4）+（5）Ie-1.30-1.3-75.82-48.440-9.48-86.340-124.26(4)+(5)kf0000.000.000.000.000.000.0005杆件设计1.上弦杆设计整个上弦杆采用等截面，按HJ杆件的最大设计内力设计，即 N-2016.73 KN 上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度，即 m在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面只起到刚性杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取l0y为支撑点间的距离，即 m 根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆界面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如图所示。图4 上弦杆截面复杆最大内力N-1061.89KN，查表2.5，中间节点板厚度选用16mm，支座节点板厚度选用18mm。设，查表Q390钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为 需要的回转半径：， 根据需要A、查角钢规格表，选用220021516，肢背间距，则， 按所选角钢进行验算：满足长细比350的要求。 由于，只需要求。查表则所以所选截面符合要求。2.下弦杆设计 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。 N1885.36KN，（因为跨中有通长系杆），所需截面为 选用216010012，因为，故用不等肢角钢，短肢相并，如图所示。图5下弦杆截面，故所选的截面符合要求。 3.斜腹杆aB 杆件轴力： N-1061.89KN 计算长度： 因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使，选用21409012，如图所示。图6 端斜杆aB的截面图 则，因为，只需要求，查表的，则所选截面适合。4.竖杆le 杆件轴力： N-124.261KN ,。选用2638；，；由于，只需要求。查表则所以所选截面符合要求。 架杆件截面选择表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面形式和规格截面面积/回转半径/cm长细比容许比细长【】稳定系数计算应力上弦HI-1930.91150.8310.62L200*215*1699.473.429.8843311500.795255下弦de+1885.3630014852L160*100*1260.112.517.92106188350320斜腹杆Ba-1061.89284.7284.72L140*90*1252.804.443.8464741500.795320Bb+836.32232.8291.02L125*839.403.885.417554350273bD-675.74254.5318.12L110*1042.523.384.9394651500.595267Dc527.6253.7317.12L110*1042.523.384.939464350209cF-401.57275.7344.92L100*623.863.104.29111801500.561300Fd269.47271.2339.02L90*621.272.794.0512184350286dH-177.32297.8372.32L90*621.272.794.05133921500.324223He-82.4188.85289.0361.32L70*513.752.163.241341221500.320187270eK-128.12202.65391.2289.02L90*1220.312.714.4901101500.208303100Lg50.64176.56220.72L70*513.752.163.23102680.51968竖杆Aa-47.79188235.02L50*59.611.532.45153961500.298167Cb-95.58212256.62L70*513.752.163.23123821500.452154Ec-95.58236265.02L70*513.752.163.23136911500.452192Gd-95.58260295.02L70*513.752.163.231501011500.308225Ie-124.26284325.02L63*819.031.903.261491091500.197331Jg-95.58142355.02L50*59.611.533.26116720.459217Kf0斜平面=297.92L63*819.036.节点设计1. 下弦节点c设计各个杆件的内力由内力表查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：，取。肢尖：，取。其他腹杆所需焊缝长度的计算这里不再赘述，现将计算结果列于表中，未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取值。 腹杆杆端焊缝尺寸杆件名称设计内力/kN肢背焊缝肢尖焊缝aB-1061.891881412412Bb836.32137149612bD-675.74137148312Dc527.60114147112cF-401.571806896Fd269.471306686dH-177.32956536gK202.651056576Ie-124.26756446Cb Ec Gd -95.58646406He118.857364361) 下弦节点“b”按上表所列Bb和bD杆所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（见下图） 由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为440mm，设焊缝尺寸，焊缝承受节点左右 弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为 焊缝强度满足要求，该节点如下图所示。图7 下弦节点“b”2)上弦节点“B”由表所列腹杆杆Ba和bB所需的焊缝长度，确定节点形状和尺寸。量得上弦与节点板的焊缝长度为425mm，设，因节点板伸出上弦肢背15mm，故弦杆与节点板的4条焊缝共同承受节点集中荷载,和弦杆内力差的共同作用。忽略P对焊缝的偏心并视其与上弦垂直。则上弦肢背的焊缝应力为： 满足要求。图8 上弦节点“B”3)屋脊节点“K”（1）拼接角钢采用与上弦相同的截面2L200*215*16。设两者间的焊脚尺寸为14mm，竖直肢应切去。按上弦杆力，计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点一侧每条焊缝计算长度为拼接角钢的长度，拼接角钢长度取600mm。（2）上弦与节点板间焊缝计算上弦与节点板之间在节点两侧共8条焊缝，共同承受节点载荷P与两侧上弦内力的合力。近似的取值，该力的合力数值为： 设焊缝焊脚尺寸为8mm，每条焊缝所需长度为：满足要求。图9 屋脊节点“I”4)支座节点“a” （1）底板承受屋架的支座反力R=10P=955.8kN，柱采用C30混凝土，其轴心抗压强度设计值，锚栓直径为d=25mm，锚栓孔布置图如下图所示，栓孔面积按构造要求底板面积取为，满足要求。底板承受的实际均布反力：节点板和加劲肋板将底板分成4块相同的两相邻边支撑板，它们的对角长度及内角顶点到对角线的距离分别为：，查表得，两相邻边支撑板单位板宽得最大弯矩为：所需底板厚度： 取（按构造要求）。实取地板尺寸为280mm*280mm*23mm（3） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。焊缝长度等于加劲肋板的高度，也等于节点板的高度。由图量的焊缝长度为500.计算长度l=490-15=475mm,设焊脚尺寸=8mm，每块加劲肋板近似的按承受R/4计算，R/4作用点的焊缝的距离为,则焊缝所受剪力V及弯矩M为：则 焊缝强度验算： 满足要求。 （4） 加劲肋和节点板与底板的连接焊缝计算。上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为， 所需焊脚尺寸为。还应满足角焊缝的构造要求：，故取mm。其他节点计算不再一一赘述，详细构造见钢屋架施工图，如下图所示。图10 加劲肋计算简图图11 支座节点“a” 参考文献：1.土木工程专业 钢结构课程设计指南，周俐俐、姚勇等编著，中国水利水电出版社、知识产权出版社，2006年1月第1版；2.钢结构（上册）钢结构基础，陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，2007年6月第二版；3.钢结构（下册）房屋建筑钢结构设计，陈绍蕃主编，中国建筑工业出版社，2007年6月第二版；4.建筑结构荷载规范（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2001；5.钢结构设计规范（GB50017-2003），中国计划出版社，2003。