梯形钢屋架课程设计(度)

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流梯形钢屋架课程设计(2017年度).精品文档.长沙理工大学继续教育学院梯形钢屋架课程设计年 级： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 时间： 2017 年 月 日 目录课 程 设 计 任 务 书1一、设计资料：2二、屋架几何尺寸及檩条布置2三、支撑布置3四、荷载与内力计算5五、杆件截面设计7六、节点设计11七、填板设计24长沙理工大学继续教育学院课 程 设 计 任 务 书专 业土木工程层次专升本指导老师课程设计名称梯形钢屋架课程设计课程代码课程设计题目梯形钢屋架课程设计课程设计依据和设计要求：1、确定屋架型式与尺寸；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；2、进行屋盖支撑布置，按比例绘出屋架结构及支撑的布置图；3、进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，内力图，选择各杆件截面；4、设计下弦节点、上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。（荷载组合选其一，1全跨永久+全跨不变，2全跨永久+半跨不变，3全架屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活载）课程设计内容：1、设计资料2、屋架几何尺寸及檩条布置3、支撑布置4、荷载与内力计算5、杆件截面设计6、节点设计7、填板设计参考文献：1 陈绍蕃主编.钢结构.第二版.北京:中国建筑工业出版社，2002年7月2 陈绍蕃主编.钢结构设计原理.北京:科学出版社，20023 赵根田、孙德发.钢结构.北京:机械工业出版社，20054 张耀春.钢结构设计原理.北京:高等教育出版社，20055钢结构设计规范（GB500172003）6建筑结构荷载规范(GB50017-2002)一、设计资料：1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m，柱距6m。2、采用1.5m6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面桁架，板厚 100mm，檩距不大于 1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢 C22075202.5，屋面坡度i=l/10。3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为 450mm450mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值14.3N/mm2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4、钢材用 Q235，焊条用 E43 系列型。5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图 1 所示。 图1二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸 屋面采用1.5m6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；屋架上弦节点用大写字母 A, B, C连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母 a, b, c连续编号。由于梯形屋架跨度 L = 30m 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f = L / 500 = 60mm 。屋架计算跨度 l0 = L - 2 0.15 = 30 - 2 0.15 = 29.7m 。 跨中高度H0=h0+i l0 /2=3585mm。为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。图2运输单元的最大尺寸为长度 15m，高度 4m。此屋架跨度 30m，高度 3.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为 15m，高为 3.3m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。2、檩条布置 采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为 1.5m。檩条跨度 l = 6 ，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。檩条、拉条和撑杆的设置如图 3 所示。三、支撑布置1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。本车间长度为96m, 因此需要布置四道横向水平支撑，如图4所示。 图 42、下弦横向和纵向水平支撑屋架跨度 L = 30m 16m ，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图 5所示 图53、垂直支撑 垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。图64、系杆 没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中，檩条长细比 = 194.6 200 ，故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。下弦平面设置两道柔性系杆（图 5），可采用 45 5 的单角钢。四、荷载与内力计算1、荷载计算1）永久荷载 （1）永久荷载 预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2 檩条自重 0.07kN/m2 屋架及支撑自重 0.45kN/m2永久荷载总和： 1,92kN/m2（2）可变荷载（a）活荷载：屋面活荷载 0.5kN/m 2活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置 风荷载计算信息: 不计算风荷载2、荷载组合 设计屋架时，应考虑以下四种组合：（1）组合一：全跨永久荷载全跨活荷载 永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为q = 1.2 1.92 + 1.4 0.5 = 3.0kN/m2屋架上弦节点荷载为P = qA = 3.0 1.5 6 =27kN（2）组合二：全跨永久荷载半跨活荷载 全跨永久荷载：q1 = 1.2 1.92 = 2.304kN/m2P = q1 A = 2.304 1.5 6 = 20.74kN半跨活荷载：q2 = 1.4 0.5 = 0.7kN/m 2P2 = q2 A = 0.7 1.5 6 = 6.3kN（3）组合三：全跨屋架及支撑自重半跨屋面板重半跨施工荷载 全跨屋架及支撑自重：q3 = 1.0 0.45 = 0.45kN/m 2P3 = q3 A = 0.45 1.5 6 = 4.05kN半跨屋面板重半跨屋面活荷载：q4 = 1.2 ( 0.30 + 0.07 ) + 1.4 0.5 = 1.144kN/m2P4 = q4 A = 1.1444 1.5 6 = 10.30kN上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、内力计算 本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），内力计算结果如表 1 所示杆件内力系数（P=1）组合一组合二组合三计算内力名称全跨左半跨右半跨PP1 +P1 +P3 +P3 +(kN)P2P2P4P4AB000000000BC-10.7-7.7-3-288.9-270.428-240.8-122.6-74.2-288.9CD-10.7-7.7-3-288.9-270.428-240.8-122.6-74.2-288.9DE-17.3-11.9-5.4-467.1-433.78-392.8-192.6-125.7-467.1上EF-17.3-11.9-5.4-467.1-433.78-392.8-192.6-125.7-467.1弦FG-20.6-13.3-7.3-556.2-511.0.-473.2-220.4-158.6-556.2杆GH-20.6-13.3-7.3-556.2-511.0-473.2-220.4-158.6-556.2HI-21.5-12.5-8.9-580.5-524.66-502-215.8-178.7-580.5IJ-21.9-13-8.9-591.3-536.1-510.3-222.6-180.4-591.3JK-21.9-13-8.9-591.3-536.1-510.31-222.6-180.4-591.3ac5.74.21.5153.9144.68127.6766.338.5153.9下ce14.410.24.2388.8362.9325.1163.4101.6388.8弦eg19.212.86.4518.4478.8438.5209.6143.7518.4杆gi21.213.18.1572.4522.22490.7220.8169.3572.4ik20.410.210.2550.8487.36487.36187.7187.7550.8aB-11.1-8.2-2.9-299.7-281.9-248.5-129.4-74.8-299.7Bc8.96.32.6240.3224.3201100.962.8240.3cD-7.5-4.9-2.5-202.5-186.42-171.3-80.8-56.1-202.5斜De5.53.32.3148.5134.86128.5656.346.0148.5腹eF-4.3-2.1-2.2-116.1-102.4-103-39.0-40.1-116.1杆Fg2.80.8275.663.170.7619.631.975.6gH-1.60.3-1.9-43.2-31.3-45.2-3.4-26.0-43.2Hi0.4-0.41.810.85.819.64-2.520.210.8/-2.5ij1.53.5-2.1-40.553.217.8842.1-15.642.1/-40.5jk2.24.3-2.1-59.472.732.453.2-12.772.7/-59.4Ij0.60.6016.216.216.28.62.416.2Aa-1-0.50-27-23.89-20.74-9.2-4.05-27Cc-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27竖Ee-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27杆Gg-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27Ii-1.5-1.50-40.5-50.01-31.1-21.525-6.075-40.5Kk000000000Ij-1-10-27-27-20.74-14.35-4.05-27 表1五、杆件截面设计1、节点板厚度 对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力（一般在支座处）按下表取用：梯形桁架腹杆内力或三角形屋架弦杆端节间内力 (kN)=180181300301500501700701905中间节点板厚 (mm)68101214支座节点板厚(mm)810121416本屋架中腹杆最大内力 N = 299.7kN ，因此中间节点板厚取 8mm，支座节点板厚取10mm。2、杆件计算长度系数及截面形式（1）上弦杆面内计算长度系数= 1.0 。根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4），面外计算长度系数= 4.0 。= 4，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短肢相并组成的T形截面。（2）下弦杆与上弦杆类似，面内计算长度系数= 1.0 ，由图 5 可知，面外计算长度= 6m 。下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（3）支座腹杆（Aa、aB） 面内和面外计算长度系数都为 1.0，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（4）再分式腹杆（ij、jK）面内计算长度系数= 1.0 ，面外计算长度采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 形截面。（5）跨中竖腹杆（Kk） 采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为 0.9。（6）其它腹杆面内计算长度系数= 0.8 ，面外计算长度系数= 1.0 ，根据等稳定原则，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。3、上弦杆上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 IJ、JK 杆的最大内力设计，即 N =-591.3kN 。计算长度= l = 1507mm ， = 4l =6028mm 。截面选用 2110 70 10 ，短肢相并，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A = 39.4cm 2 ， ix = 2.26cm ， iy = 6.11cm 。（1）刚度验算 ，满足（2）整体稳定验算 bt/t=125/10=12.5As=15086mm2,满足要求。（b）底板的厚度节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，所受应力为： =5.1N/mm2两支承边之间的对角线长度以及支承边交点到对角线的距离分别为由，查附表2可得，则单位宽度的最大弯矩为底板厚度为（2）节点板的尺寸（a）腹杆与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“Aa”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 4mm ，l1 = 50mm；肢尖 = 4mm，l2 = 50mm。“aB”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 5mm，l1 = 120mm；肢尖 = 5mm ,l2 =60mm 。（b）下弦与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算如表 3 所示。“ac”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背= 5mm ，l1 = 70mm ；肢尖 = 5mm ， l2 = 50mm 。（c）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图8所示。（3）加劲肋的尺寸加劲肋的高度和厚度与节点板相同，分别为350mm和8mm；底部外边缘与底板大致齐平，宽度为115mm；为避免3条互相垂直的角焊缝相交于一点，加劲肋底端角部切除15mm；从轴线交点开始往上，加劲肋的宽度逐渐减小，顶部宽度取为，满足加劲肋的平面尺寸相见图8所示。（4）加劲肋与节点板的连接焊缝每块加劲肋近似按承受R/4计算 焊缝受力节点板和加劲肋厚度都为8mm，焊脚尺寸取为焊缝计算长度焊缝应力（5）加劲肋、节点板与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力，加劲肋和节点板厚8mm，底板厚20mm，焊脚尺寸取为焊缝总计算长度焊缝应力满足。其余各节点的计算过程：表 3 腹杆和下弦杆端部焊缝尺寸计算表杆件名称计算内力(kN)肢背焊缝长度肢尖焊缝长度(mm)(mm)(mm)lw1(mm)l1(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)(mm)lw2(mm)l2(mm)斜腹杆aB-168.30.70.34.7 9.65105 1204.7 9.6545 60Bc134.90.70.33.7 64105 1203.7 5445 60cD-113.70.70.34.2 7.2571 904.2 7.2540 50De83.40.70.34.0 4.8465 804.0 4440 50eF-65.20.70.34.0 4.8451 604.0 4440 50Fg42.50.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50gH-260.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Hi60.60.70.34.0 4.8447 604.0 4440 50jK53.20.70.34.0 4.8442 504.0 4440 50ij53.20.70.34.0 4.8442 504.0 4440 50Ij9.10.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50竖腹杆Aa-15.160.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Cc-15.160.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Ee-15.160.70.33.0 3.6340 503.0 3340 50Gg-15.160.70.33.0 3.6340 503.0 3340 50Ii-22.740.70.33.0 3.6340 503.0 3340 50Kk00.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50Jj-15.160.70.34.0 4.8440 504.0 4440 50下弦ac86.40 0.70.34.2 9.6554 704.2 6540 50ef309.30 0.70.34.2 9.65193 2104.2 6583 100表4下弦杆与节点板连接焊缝验算表节点名称计算内力(kN)l(mm)肢背焊缝验算肢尖焊缝验算结论(mm)lw1(mm)(N/mm2)(mm)lw2(mm)(N/mm2)下弦节点b131.90.70.3300529045.5 529019.5 满足c72.80.70.3290528026.0 528011.1 满足d30.30.70.3280527011.2 52704.8 满足e12.10.70.327052604.7 52602.0 满足g110.70.330052903.8 52902 满足表5 上弦肢尖与节点板连接焊缝验算表节点名称计算内力(kN)偏心e(mm)(mm)(mm)(mm)l(mm)(N/mm2)(N/mm2)应力比结论A0454.7 7.251700.00 0.00 0.00 满足B162.2454.7 7.25240100.75 118.27 0.87 满足C0454.7 7.251900.00 0.00 0.00 满足D100.1454.7 7.2522068.10 87.55 0.62 满足E0454.7 7.252000.00 0.00 0.00 满足F50454.7 7.2520037.59 53.42 0.36 满足G0454.7 7.252200.00 0.00 0.00 满足H13.6454.7 7.2519010.79 16.19 0.11 满足I6.1454.7 7.252403.79 4.45 0.03 满足J0454.7 7.252200.00 0.00 0.00 满足表6 上弦肢背与节点板连接槽焊缝验算表节点名称节点荷载(kN)坡度l(mm)偏心e(mm)节点板厚度(mm)(N/mm2)(N/mm2)槽焊缝应力比结论A7.580.1170061.10 11.0 0.07 满足B15.160.12401561.53 21.3 0.14 满足C15.160.1190061.95 19.5 0.13 满足D15.160.12202061.68 26.2 0.17 满足E15.160.1200061.85 18.5 0.12 满足F15.160.12001561.85 27.1 0.17 满足G15.160.1220061.68 16.8 0.11 满足H15.160.11901561.95 29.1 0.19 满足I15.160.12402061.53 23.2 0.15 满足J15.160.1220061.68 16.8 0.11 满足七、填板设计为了使双角钢截面整体工作，两角钢间必须设置填板。填板的尺寸和间距见表7所示。表 7 填板设计表杆件名称杆件长度(mm)截面规格回转半径（cm）轴力符号40i或80i(cm)填板个数填板间距(mm)填板厚(mm)填板宽(mm)填板高(mm)上弦杆15072110 70 101.961156.81753.5 65090下弦杆2850280 102.421193.611425.0 650100下弦杆3000280 102.421193.611500.0 650100斜腹杆aB2656263 102.88-1115.22885.3 65085Bc2656263 51.941155.211328.0 65085cD2942256 81.68-167.24588.4 65080De294225041.541123.22980.7 65070eF3201263 41.96-178.44640.2 65085Fg320124541.381110.421067.0 65065gH3466263 41.96-178.44693.2 65085Hj346624541.381110.43866.5 65065jK233224541.381110.42777.3 65065ij233224541.381110.42777.3 65065Ij211324541.381110.411056.5 65065竖杆Aa210024542.23-189.22700.0 65065Cc238224541.38-155.24476.4 65065Ee267925031.55-1624535.8 65070Gg297625631.75-1704595.2 65080Ii327325632.74-1109.621091.0 65080Kk358524541.380110.43896.3 65065Jj164424542.23-189.22548.0 65065