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1、钢结构设计课程设计设计名称钢屋架设计学院水土保持学院专业土木工程班级土木O-班学号004姓名指导教师2011年6月18日目录第一节钢结构课程设计题目2第二节钢屋架设计计算3一、屋架类型3二、钢材及焊条3三、屋架形式及几何尺寸3四、支撑布置4五、荷载和内力计算1 .荷载计算52 .荷载组合53 .内力计算7六、杆件截面设计1 .上弦杆102 .下弦杆113 .端斜杆124 .斜腹杆135 .竖杆14七、节点设计1 .下弦节点b172 .上弦节点B183 .屋脊节点K194 .下弦跨中节点f205 .支座节点a21第一节钢结构课程设计题目一、设计题目某30m跨度热加工车间钢屋架设计。二、设计任务与
2、要求1 .选择钢屋架的材料。2 .屋架选型；确定各杆件截面形式、计算长度和节点形式。3 .屋架及屋盖支撑的布置及布置图；4 .荷载计算及内力分析；5 .各杆件截面设计（包括计算过程和非拷贝的计算简图）。6 .节点设计（包括支座设计。包括计算过程和非拷贝的计算简图）。7 .设计要求（1）完成计算书一套（应有封面和目录）。（2）按制图规范绘制钢屋架施工图（电子拷贝图不能计分）及材料表。（3）计算书书写工整，图纸布局均匀、图面整洁，线型正确，比例适当。8.最晚放假前2周，提交纸质文本和手绘图件（A2）或提交电子文本与CAD图件）。e-mail：三、设计资料某一热加工车间，跨度30m,车间长度90m,
3、柱距6m。车间设有二台20/5t桥式吊车，中级工作制（JC25%）,一端设有5t和3t的锻锤各一台。当地计算温度高于一20。地震设防烈度8度。屋面采用1.5X6m预应力大型屋面板（为无楝体系）。上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层；屋面坡度为1/10；当地雪荷载0.3kN/m20屋架被接在钢筋混凝土柱上，上柱截面bXh=400X600mm,混凝土强度等级为C20。大型屋面板自重按1.5kN/m2（含灌缝）。第二节钢屋架设计计算一、屋架类型选择由于车间内部设有5t和3t锻锤各一台，又具有加热设备炉，跨度较大(30m),屋面坡度较小(i=l10),故拟采用梯形钢屋架，受力均匀、腹杆较短、
4、且与柱子连接可为较接，钢筋混凝土柱，混凝土采用C20(fc=9.6Nmm2)o二、钢材及焊条根据该地区的冬季计算温度和荷载性质，以及设计规范要求，钢材采用AY3F(甲类顶吹氧气转炉3号沸腾钢)，要求保证抗拉强度，伸长率。屈服强度，冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条选用E43型，手工焊，根据结构的重要性，焊缝质量要求达到一级标准。三、屋架形式及几何尺寸因屋面采用预应力混凝土大型屋面板，屋面坡度i=l10,故采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度取支柱轴线间的距离减去300mm00=/-215()=30000-300=29700mm0取屋架在30m轴线处的端部高度为二199Omm(与
5、屋架中部高度及屋面坡度相关,我国常将从取为L82.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。当屋架与柱刚结时.，鼠有足够的大小，亦能较好地传递支座弯矩而不使端部弦杆产生过大内力)。屋架中部高度：h=h+lj2i=2000+29700/20.1=34853490mm屋架的高跨比：o=3490/29700=1/8.5,在经济范围(1/6-1/10)内。屋架在29.7m处，两端的高度为=2.005根。屋架跨中起拱按/0500考虑，取60mm。屋架形式及几何尺寸如图一所示。10架形式和几缺邻四、支撑布置根据车间长度90m60m,屋架跨度/二30m,荷载情况，以及吊车、锻锤设置情况，布置三道上、下弦
6、横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图所示。60006000*15500CM留1 -LG2LG2LG2LG2gCJGG2亚cijT,GG2BLG2斌LG2SbDJ2S(OSbGGlgS26000IOoooc6000*1560005001.G4LG3LG4LG4LGlZ6000500LI1.GlLG4Zlg一Z
7、L3OOoOG09-09olco8loq089-809林下放支梯布置图XXLG5/X、LG5XXCC2GG2CC4GG2CC2垂直支撑ITPCIOGlLG4CC3Kl垂直支撵2-2GGlCCI1.G47匍居柒支樽布置Se-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GG-刚性系杆；LG-柔性系杆五、荷载和内力计算1.荷载计算屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，从前面可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式PW=（0.12+0.0IlX跨度）计算，跨度单位为m。a、永久荷载标准值：三毡四油绿豆砂（防水层）0.35kN/m220厚1：3水泥砂
8、浆找平层泡沫混凝土保温层80厚大型屋面板（含灌缝）屋架和支撑自重管道自重0.0220=0.40kN/m20.086=0.48kN/m21.50kNm20.12+0.01130=0.45kN/m2O.lkNm23.28kNm2b、可变荷载标准值屋面活载0.7kN/m20.7kN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑,所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值：1.2X3.28=3.936kNm2可变荷载设计值：1.4X0.7=0.98kNm22、荷载组合计算屋架是应考虑下列三种荷载组合情况：（1）全跨永久荷载十全跨可变荷载节点荷载：P=（3.936+0.9
9、8）1.56=44.244kN（2）全跨永久荷载十半跨可变荷载全跨节点永久荷载：P=3.9361.56=35.424kN半跨节点可变荷载：P2=0.981.56=8.82kN（3）全跨屋架（包括支撑）十半跨屋面板自重十半跨屋面活荷教全跨节点屋架自重：P3=1.20.451.56=4.86kN半跨节点屋面板自重及活载：P4=(1.21.5+1.40.7)1.56=25.02kN以上(1),(2)为节点荷载情况，(3)为施工阶段荷载情况。3、内力计算按图解法，解析法或电算法均可计算屋架各杆件内力。本设计采用图解法计算内力。应用图解法求得单位荷载作用于全跨及半跨各节点的各杆内力，即内力系数，然后可求
10、出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杆件内力，上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第2种和第3种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算靠近跨中的斜腹杆内力。具体计算见图3。屋架各杆件内力组合见下表。杆件名称杆件内力系数(P=I)第一种组合第二种组合第三种组合计算内力(kN)全跨左半跨右半跨PXPIX+P2XPlX+P2XP3X+P4XP3X+P4X上弦ABO00-0.000.000.000.000.000.00BD-11.35-8.
11、49-3.45-502.17-476.94-432.49-267.58-141.48-502.17DF-18.19-13.08-6.25-804.80-759.73-699.49-415.67-244.78-804.80FH-21.53-14.62-8.46-952.57-891.63-837.30-470.43-316.31-952.57HI-22.36-13.98-10.25-989.30-915.38-882.49-458.45-365.12-989.30IK-22.73-14.39-10.20-1005.67-932.11-895.15-470.51-365.67-1005.67下弦a
12、b6.334.841.83280.06266.92240.37151.8676.55280.06be15.3611.304.98679.59643.78588.04357.38199.25679.59cd20.2114.147.43894.17840.63781.45452.00284.12894.17de22.1214.449.39978.68910.94866.40468.79342.44978.68ef21.2311.6811.68939.30855.07855.07395.41395.41939.30斜腹杆aB-11.34-8.66-3.27-501.73-478.09-430.55-271.79-136.93-501.73Bb8.816.472.87389.79369.15337.40204.70114.62389.79bD-7.55-5.23-2.84-334.04-313.58-292.50-167.55-107.75-334.04Dc5.393.392.44238.48220.84212.46111.0187.24238.48cF-4.23-2.25-2.43-187.15-169.69-171.28-76.85-81.36-187.15Fd2.62O.882.13115.92100.57111.6034.7566.03
