鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計--簡支人字形屋架設(shè)計

1、<p><b>　　簡支人字形屋架設(shè)計</b></p><p><b>　　一、設(shè)計題目</b></p><p>　　設(shè)計普通人字形鋼屋架，熟練掌握普通人字開鋼屋架的設(shè)計步驟和施工圖的繪制方法。</p><p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><

2、;b>　　1、屋蓋結(jié)構(gòu)體系；</b></p><p>　　2、檁條和屋蓋支撐的布置；</p><p>　　3、屋架的形式和主要尺寸；</p><p>　　4、鋼材及焊條的選用；</p><p>　　5、荷載、內(nèi)力計算和內(nèi)力組合；</p><p><b>　　6、桿件截面選擇；</b&g

3、t;</p><p><b>　　7、節(jié)點設(shè)計；</b></p><p>　　8、鋼屋蓋施工圖的繪制。</p><p><b>　　三、設(shè)計資料</b></p><p>　　1、長尺壓型鋼板屋面，焊接工字鋼檀條（間距5m）；</p><p>　　2、屋架間距（柱距）為12m；

4、</p><p>　　3、屋面離地面高度約為20m。</p><p><b>　　4、荷載</b></p><p>　?。?）壓型鋼板：0.15KN/㎡；</p><p>　?。?）檁條：0.10KN/㎡；</p><p>　?。?）屋架及支撐自重：gk=(0.12+0.10L)KN/㎡，L為屋架

5、的標(biāo)志跨度（m）；</p><p>　?。?）風(fēng)荷載為0.2KN/㎡和雪荷載為0.55KN/㎡，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5KN/㎡。</p><p><b>　　5、材料</b></p><p>　?。?）鋼材采用Q235-B，焊條采用E43型；</p><p>　?。?）屋架支撐于鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm&#

6、215;400mm，混凝土強(qiáng)度等級為C25。</p><p><b>　　四、設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1、計算書</b></p><p>　　（1）支撐布置體系及檁條設(shè)計(有檁屋蓋)；</p><p>　?。?）屋架設(shè)計詳細(xì)步驟。</p><p>　　計

7、算書完整包括：設(shè)計資料、結(jié)構(gòu)形式與布置、荷載計算、內(nèi)力計算、桿件設(shè)計和節(jié)點設(shè)計。</p><p><b>　　2、施工圖</b></p><p>　?。?）繪制支撐布置圖；</p><p>　?。?）繪制鋼屋架施工詳圖。</p><p>　　圖紙內(nèi)容包括以下幾項：</p><p>　　屋架簡圖(一

8、般布置在圖面的左上角)；</p><p><b>　　屋架正立面圖；</b></p><p>　　上、下弦桿俯視圖，必要的剖面；</p><p>　　屋架支撐詳圖及零件詳圖；</p><p><b>　　材料表；</b></p><p><b>　　施工圖說明；&l

9、t;/b></p><p><b>　　標(biāo)題欄</b></p><p>　　繪制要求：采用鋼筆或CAD繪制，圖面布置合理，文字規(guī)范，線條清楚并符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到施工圖要求。</p><p><b>　　五、參考資料</b></p><p>　?。?）《鋼結(jié)構(gòu)》（第二版），魏明鐘主編，武漢理工大

10、學(xué)出版社，2002；</p><p>　?。?）《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計》，王國周，瞿履謙主編，清華大學(xué)出版社，1993；</p><p>　?。?）《鋼結(jié)構(gòu)》盧鐵鷹主編，西南師范大學(xué)出版社，1993；</p><p>　　（4）《鋼結(jié)構(gòu)》陳紹蕃主編，中國建筑工業(yè)出版社，1994；</p><p>　?。?）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-20

11、03），中國計劃出版社，2003。</p><p>　　六、人字形鋼屋架課程設(shè)計實例</p><p><b>　　1、設(shè)計資料</b></p><p>　　已知條件是人字形鋼屋架跨度27m，地點在北京，屋面坡度為1：10，屋架間距為12m，廠房長度為96m，屋架支撐于鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm，混凝土強(qiáng)度等級為C

12、25。車間跨度27m，柱距為12m，屋面采用長尺寸壓型鋼板，軋制H型鋼檁條，水平間距為4.5m,基本風(fēng)壓為0.2KN/㎡,屋面離地面高度約為20m，雪荷載為0.55KN/㎡。鋼材采用Q235-B焊條為E43型。</p><p>　　2、屋架尺寸，支撐布置</p><p>　　LO=L-300=2700-300-2400mm，端部及中部高度均取作2000mm。屋架桿件幾何長度及支撐布置見下圖

13、。</p><p>　　3、荷載、內(nèi)力計算及內(nèi)力組合</p><p>　　1）永久荷載（水平投影面）</p><p><b>　　壓型鋼板自重</b></p><p>　　0.15×=0.151/㎡</p><p>　　檁條自重(約為0.5KN/m)</p><p&g

14、t;<b>　　0.5KN/㎡</b></p><p><b>　　屋架及支撐自重</b></p><p>　　0.01L=0.30KN/㎡</p><p>　　以上三項自重合計為0.551KN/㎡</p><p>　　2)因屋架受荷水平投影面積超過60㎡，故屋面均布活荷載取為（水平投影面）0.30

15、KN/㎡，小于雪荷載，這里雪荷載取0.55KN/㎡。</p><p>　　3)風(fēng)荷載高度變化系數(shù)為1.25, 屋面迎風(fēng)面為-0.6，背風(fēng)面為-0.5,所以負(fù)風(fēng)壓的設(shè)計（垂直于屋面）為</p><p>　　迎風(fēng)面 ω1=-1.4×0.6×1.25×0.50=-0.525KN/㎡</p><p>　　背風(fēng)面 ω2=-1.4×

16、;0.5×1.25×0.50=-0.4375KN/㎡</p><p>　　ω1和ω2垂直于水平面的分力已略超過或接近于荷載分項系數(shù)取1.0時的永久荷載，幫受拉桿件在永久荷載與風(fēng)荷載聯(lián)合作用下將受壓，但此壓力很小，這里不計算風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，只將所有拉桿的長細(xì)比控制在250以內(nèi)。</p><p>　　4）上弦節(jié)點集中荷載的設(shè)計值由可變荷載效應(yīng)控制的組合為:</p&g

17、t;<p>　　Q=(1.2×0.551+1.4×0.55)×4.5×12=77.28KN</p><p>　　5)內(nèi)力計算?？缍戎醒朊總?cè)各兩根腹桿按壓桿控制其長細(xì)比，不考慮半跨荷載作用情況，只計算全跨滿載時的桿件內(nèi)力。</p><p>　　因桿件較少，以數(shù)解法（截面法、節(jié)點法）求出各桿件內(nèi)力，見圖1</p><p&

18、gt;<b>　　4、桿件截面選擇</b></p><p>　　腹桿最大內(nèi)力N=-305.676KN，因本屋架最大內(nèi)力所在節(jié)點無豎腹桿又無加勁肋加強(qiáng)，應(yīng)將最大壓力乘以1.25(等于382KN)，查《單壁式屋架節(jié)點板厚度選用表》,選用中間節(jié)點板厚度t=10mm。</p><p>　　1）上弦。整個上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計算。Nmax=-728.113kN，==452

19、.2cm。選用TM195×300×10×16，A=68.35㎡，=5.03cm，=7.26cm，=3.4cm。</p><p>　　===89.9﹤=150</p><p>　　===62.9﹤=150</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　其中：&l

20、t;/b></p><p><b>　?。īO）</b></p><p><b>　?。īO）</b></p><p><b>　　由查得 </b></p><p>　　2）下弦。下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計算。</p><p><b>　

21、　。</b></p><p>　　選用TW125×250×9×14，，。</p><p><b>　　3）斜腹桿。</b></p><p>　　桿件a-2： N=+266.555kN,。</p><p>　　選用2∟75×50×6(長肢相并)，，。</p

22、><p><b>　　填放板放兩塊，。</b></p><p>　　桿件b-2: N=-305.676kN, ，。</p><p>　　選用2∟90×7，，。</p><p><b>　　因為:</b></p><p><b>　　所以:</b>

23、</p><p><b>　　填板放兩塊，。</b></p><p>　　桿件b-3： N=+166.105,，。</p><p>　　選用2∟50×5，，。</p><p><b>　　填板放兩塊，。</b></p><p>　　桿件c-3： N=-183.4

24、06,，。</p><p>　　選用2∟80×5，，。</p><p><b>　　填板放兩塊，。</b></p><p>　　桿件c-4： N=+55.368,，。</p><p>　　選用2∟63×5，，。</p><p><b>　　填板放兩塊，。</b

25、></p><p>　　桿件d-4： N=-61.135,，。</p><p>　　選用2∟63×5，，。</p><p><b>　　填板放兩塊，。</b></p><p>　　具體桿件截面見下表。連接垂直支撐中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計算長度。</p><p><

26、b>　　屋架桿件截面</b></p><p><b>　　5、節(jié)點設(shè)計</b></p><p>　　由于上弦桿腹板厚度10mm，下弦桿腹板厚度9mm，故支座節(jié)點和中間節(jié)點的節(jié)點板厚度均取用10mm。</p><p>　?。?）下弦節(jié)點“2”如圖（3）</p><p>　　腹桿與節(jié)點的連接焊縫，a-2桿肢

27、背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下:</p><p>　　肢背 ，取130mm</p><p>　　肢尖 ，取100mm</p><p>　　腹桿b-2桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼)。</p><p>　　肢背 ，取150mm</p><p

28、>　　肢尖 ，取100mm</p><p>　　驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫，內(nèi)力差，由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點板尺寸，量得實際節(jié)點板長度是50.0cm，對接焊縫長度50.0cm（加引弧板施焊），厚度9mm。此對接焊縫承受剪力V=422kN,彎矩。</p><p><b>　　剪應(yīng)力 </b></p><p>　　彎曲應(yīng)力 （

29、滿足要求）</p><p>　　（2）上弦節(jié)點“b”如圖（4）</p><p>　　腹桿b-2桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼)。</p><p>　　肢背 ，取180mm</p><p>　　肢尖 ，取100mm</p><p>　　腹桿b-3桿肢背及肢

30、尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼)。</p><p>　　肢背 ，取100mm</p><p>　　肢尖 ，取60mm</p><p>　　由于上弦桿腹板較寬，經(jīng)用大樣圖核實，此節(jié)點可以將腹桿直接焊在腹板上，面不必另加節(jié)點板如圖（4）</p><p>　　腹桿c-3桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取

31、，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼).</p><p>　　肢背 ，取110mm</p><p>　　肢尖 ，取60mm</p><p>　　腹桿c-4桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼).</p><p>　　肢背 ，取60mm</p>

32、<p>　　肢尖 ，取30mm</p><p>　?。?）屋脊節(jié)點“d”（拼接節(jié)點）如圖（5）</p><p>　　腹桿d-4桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼).</p><p>　　肢背 ，取50mm</p><p>　　肢尖 ，取30mm</p>

33、;<p>　　腹桿d-5桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼).</p><p>　　肢背 ，取100mm</p><p>　　肢尖 ，取60mm</p><p>　　弦桿的拼接采用水平蓋板和豎向拼接板連接，水平蓋板（寬340mm，厚16mm）和豎向拼接板(寬120mm，厚10mm)與T字鋼弦

34、桿的翼緣和腹板等強(qiáng)度連接，計算如下。</p><p><b>　　翼緣焊縫（采用）</b></p><p><b>　　水平蓋板長:</b></p><p><b>　　腹板焊縫（采用）</b></p><p>　　豎向拼接板的內(nèi)側(cè)不能焊接，將其端部切斜以便施焊。豎向拼接板長L

35、=500mm，其端部和外側(cè)縱焊縫已超過需要的焊縫長度。</p><p>　?。?）支座節(jié)點“a”如圖（6）</p><p>　　弦桿與支座節(jié)點板的對接焊縫計算，此焊縫承受</p><p><b>　　剪應(yīng)力</b></p><p><b>　　(滿足要求)</b></p><p&

36、gt;<b>　　正應(yīng)力 </b></p><p><b>　　(滿足要求)</b></p><p>　　計算底板及加勁肋等.</p><p><b>　　1）底板計算</b></p><p>　　支反力 ，,所需底板面積</p><p>　　錨栓直

37、徑取,錨栓孔直徑為，則所需底板面積</p><p>　　按構(gòu)造要求采用底板面各，錨栓墊板采用</p><p>　　，孔徑。底板實際應(yīng)力計算如下。</p><p>　　，查表《軸心受壓構(gòu)件計算長度系數(shù)值》得,則</p><p><b>　　所需底板厚度</b></p><p>　　按構(gòu)造取，底板尺寸

38、為。</p><p>　　2）加勁肋與節(jié)點板連接焊縫計算</p><p>　　一個加勁肋的連接焊縫所承受的內(nèi)力取為</p><p>　　加勁肋高度取與支座節(jié)點板相同，厚度取與支座節(jié)點板相同，截面為</p><p>　　。采用，驗算焊縫應(yīng)力，焊縫計算長度</p><p><b>　　對V</b>&l

39、t;/p><p><b>　　對M</b></p><p><b>　?。M足要求）</b></p><p>　　3）節(jié)點板、加勁肋與底板連接焊縫計算</p><p>　　取，實際的焊縫總長度</p><p><b>　　焊縫設(shè)計應(yīng)力</b></p&g