1、北京廣播電視大學(xué)鋼屋架課程設(shè)計(jì)計(jì)算書 姓 名 學(xué) 號(hào) 教 學(xué) 點(diǎn) 指導(dǎo)教師 日 期 成 績 北京電大鋼結(jié)構(gòu)課程普通鋼屋架課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料要求按下列條件設(shè)計(jì)某車間的屋架和布置屋蓋支撐。車間跨度18m，長90m，柱距6m。采用普通梯形鋼屋架，屋面坡度1/10，上鋪1.56m鋼筋混凝土大型屋面板，保溫層采用8cm厚泡沫混凝土（=5KN/m3），水泥砂漿找平層2及三氈四油防水層。屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400400，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20。地區(qū)雪壓標(biāo)準(zhǔn)值0.45KN/，冬季計(jì)算溫度-29，不考慮地震設(shè)防。二、鋼材和焊條的選用屋架采用焊接連接，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，可選用Q235.B.F，材料應(yīng)

2、保證抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服點(diǎn)，冷彎試驗(yàn)和常溫沖擊韌性以及S.P.C含量合格。焊條采用E43型，手工焊，屋架錨栓和屋架與支撐連接用C級(jí)螺栓。三、屋架形式和幾何尺寸由于采用1.56m大型屋面板和卷材屋面，i1/10，故采用緩坡梯形屋架。屋架計(jì)算跨度：l0l300180030017700屋架端部高度取h01515跨中高度hh0il0/215150.117700/22400 屋架高跨度比h/l02.4 /17.71/7.42 符合經(jīng)濟(jì)高度(1/61/10)要求。為使屋架上弦節(jié)點(diǎn)受荷，腹桿采用人字式，上弦節(jié)點(diǎn)水平間距取1.5m。屋架各桿件幾何尺寸見圖1。圖1 屋架的幾何尺寸（參考圖）四、屋蓋支撐布置參見

3、鋼結(jié)構(gòu)教材P191193圖2 屋架支撐的布置（參考圖）五、荷載和內(nèi)力的計(jì)算表1. 荷載計(jì)算匯總表編號(hào)荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值KN/m2設(shè)計(jì)值KN/m2備注12345防水層（三氈四油，上鋪小石子）找平層（2厚水泥砂漿）8cm厚泡沫混凝土隔氣層（一層油氈刷油兩遍）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（包括灌縫）屋架自重，包括支撐（0.120.011l）0.40.40.40.051.40.318沿屋面坡向分布同上同上同上同上沿水平面分布恒荷載總重2.9681.22.9683.562因屋面坡度小，故16項(xiàng)可直接相加使用荷載雪荷載0.70.45沿水平面分布同上活荷載總重0.71.40.70.98取7、8項(xiàng)中的較大者節(jié)點(diǎn)荷載

4、計(jì)算使用階段：P恒=3.5621.56= 32.058KNP活=0.981.56=8.82KN階段施工（半跨安裝屋面板時(shí)）：P恒=1.20.3181.56= 3.4344KNP活=（1.21.41.40.7）1.56=23.94KN在半跨單位力作用下用圖解法求桿力系數(shù)，圖解結(jié)果見圖3；并列表求使用和施工階段各桿件在全跨恒載和半跨活載作用時(shí)的桿力和桿力組合得到的計(jì)算桿力值，見表2。圖3 圖解法求內(nèi)力（參考圖，具體以各自繪制為準(zhǔn)）GABCDEabcdF表2 桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱桿力系數(shù)桿件內(nèi)力（KN）計(jì)算桿力（KN）組合項(xiàng)目P=1使用階段施工階段P恒P活P活P恒P活P活左半跨右半跨全跨全跨恒載左

5、右全左右上弦AB0000000000BD-5.86-2.51-8.37-268.45-51.70-22.16-40.70-140.34-60.14-342.31-100.83+DF-7.18-4.31-11.49-368.19-63.31-37.99-55.82-171.84-103.11-469.48-158.93FG-5.65-5.65-11.31-362.45-49.86-49.86-54.95-135.33-135.33-462.48-190.28下弦ab3.641.365.00160.2932.0712.0324.3087.0532.65204.394+5+6bc6.943.4610

6、.40333.3761.1830.5350.54166.0782.88425.09cd6.675.0011.67374.0258.8044.1056.70159.61119.70476.92斜腹桿aB-5.41-2.03-7.43-238.29-47.68-17.88-36.12-129.42-48.53-303.85Bb3.271.694.96158.8528.8114.9024.0878.1940.43202.55bD-1.79-1.58-3.36-107.84-15.76-13.91-16.35-42.78-37.75-137.51Dc0.361.351.7154.883.1811.92

7、8.328.6232.3769.98cF0.861.292.1568.807.5711.3610.4320.5430.8387.72Fd-1.881.13-0.75-24.08-16.569.94-3.65-44.9626.98-14.144+67+8豎桿 aA-0.500.00-0.50-16.03-4410.00-2.43-11.970.00-20.444+5+6Cb-1.000.00-1.00-32.06-8.820.00-4.86-23.940.00-40.88Ec-1.000.00-1.00-32.06-8.820.00-4.86-23.940.00-40.88Gd0.630.631

8、.2640.235.565.516.1015.0814.9651.30六、桿件截面選擇1上弦整個(gè)上弦桿不改變截面。1）按使用階段最大桿力設(shè)計(jì)：N=-（ 469.5 ）KN，計(jì)算長度l0x=151,l0y=302。由于腹桿最大桿力為（303.9）KN，取中間節(jié)點(diǎn)板厚度t=10,支座節(jié)點(diǎn)板厚度t=12。(P199表7-3)假設(shè)，由附錄表查得（B類）。(P225表4-2)需要的截面面積 A= = 2需要的回轉(zhuǎn)半徑： 根據(jù)需要的A、ix 、iy查角鋼規(guī)格，選用2（ ）（ ）（ ）的不等邊角鋼短邊相連組成T形截面，A=（ ）2，ix=（ ）,iy=（ ）。(P240-241表7-5)驗(yàn)算： 根據(jù) =（

9、）,可查表得 ，故滿足使用階段要求。2）施工階段上弦穩(wěn)定驗(yàn)算： 半跨吊裝屋面板時(shí)N1=-（ ）KN，N2=0，上弦桿的屋架平面外計(jì)算長度按下列近似公式計(jì)算(l1是半跨長)： 且l0y0.66l1 查得。 滿足要求，允許半跨吊裝。2.下弦不變截面。N=（ ）KN，l0x=300,l0y=900,需要的凈截面面積：選用2（ ）（ ）（ ）的不等邊角鋼短邊相連組成T形截面，A=（ ）2,ix =（ ） ,iy =（ ）驗(yàn)算： 滿足要求。Cd桿段內(nèi)力達(dá)（ ）KN，接近de桿段的最大內(nèi)力（ ）KN。cd桿段內(nèi)有螺栓孔削弱,應(yīng)使螺栓孔的位置至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離a100。3.端斜桿N=-（ ）KN，l0x=l

10、0y= l =（ ）,選用2（ ）（ ）（ ）不等邊角鋼長邊相連組成T形截面，A=（ ）2, ix =（ ） ,iy =（ ）。驗(yàn)算： 查出：驗(yàn)算： 滿足要求。4.斜腹桿Bb桿：N=（ ）KN，l0x=0.8l=0.8（ ）=（ ），l0y=l=（ ）選用2（ ）（ ），A=（ ）2 ，ix =（ ） ,iy =（ ） 。驗(yàn)算： 滿足要求。BD桿：N=（ ）KN，l0x=0.8l=0.8（ ）=（ ），l0y=l=（ ）選用2（ ）（ ），A=（ ）2 ，ix =（ ） ,iy =（ ） 。驗(yàn)算： 查出：驗(yàn)算： 滿足要求。其余斜桿截面選擇，見表3。5.豎桿Cb、Ec桿：N=-（ ）KN，Ec桿

11、最長，其l0x=0.8l=0.8（ ）=（ ），l0y=l=（ ）。因桿力很小，可按容許長細(xì)比，選擇截面： 選用2505,A=9.612, ix =1.53, iy =2.45.驗(yàn)算： Gd桿：N=（ ）KN， 十字形斜平面 l0=0.9 l = 0.9（ ）=（ ）, 為便于連接支撐，選用2636組成十字形截面。A=14.582，imin=2.43驗(yàn)算： 滿足要求。端豎桿Aa也是為了便于連接支撐，選用2636組成T形截面。七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 1.腹桿桿端所需連接焊縫計(jì)算aB桿：N=-372.1KN，按構(gòu)造要求（P28），取肢背焊縫的焊腳尺寸hf1=8,肢尖hf2=5,則肢背： 肢尖: lw1、lw

12、2皆大于8hf,小于60hf,滿足構(gòu)造要求。(P33表3-2取K) 其它腹桿所需焊縫，計(jì)算方法相同，計(jì)算結(jié)果列于表4。表4 腹桿桿端焊縫計(jì)算桿件名稱設(shè)計(jì)內(nèi)力KN肢背焊縫肢尖焊縫lhflhfaB-303.8513081205Bb202.55908805bD-137.5708605Dc69.98508505cF87.72508505Fd-14.14508505未列入表中的其它腹桿桿力很小，皆按構(gòu)造取hf=5,l=50桿件名稱設(shè)計(jì)內(nèi)力KN幾何長度計(jì)算長度截面形式及規(guī)格截面面積2回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)力N2上弦-469.5 150.81513022125801039.422.266.1166.8

13、49.50.77155下弦476.9300.03009002110701034.331.965.48153219139斜桿件aB-303.9213.2213.2213.2211080827.893.143.3468640.763143Bb202.6223178.4223263614.581.932.9892.475139bD-137.5246196.8246280618.82.473.6580670.688106Dc70246196.8246263614.581.932.9810282.548cF87.7270.4216.3270.4263614.581.932.98112910.481125

14、Fd-14.1270.4216.3270.4263614.581.932.981129110豎桿Aa-20.4151.5151.5151.5263614.581.932.9878.5510.70420Cb-40.918014418025059.611.532.4594.173.50.59472Ec-40.921016821025059.611.532.45110860.49386Gd51.3240斜平面216263614.5835表3 屋架桿件截面選用表2.節(jié)點(diǎn)焊縫驗(yàn)算繪施工圖時(shí)，根據(jù)腹桿桿端需要的焊縫長度，確定節(jié)點(diǎn)大小，然后驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)處弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，必要時(shí)設(shè)計(jì)拼接連接。以下就五個(gè)典型

15、節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，說明其驗(yàn)算方法。（1）下弦一般節(jié)點(diǎn)中的節(jié)點(diǎn)b（見表2）（P201圖7-23）根據(jù)腹桿Bb、Cb和Db與節(jié)點(diǎn)板連接所需角焊縫的長度，確定的節(jié)點(diǎn)板尺寸及形狀，見施工圖。下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受下弦桿二節(jié)間的桿力差，N=457.4-198.1=259.3KN，假設(shè)焊腳尺寸hf=51.5=1.5=4.7，滿足構(gòu)造要求。一個(gè)角鋼與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫長度為肢背： 肢尖： 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板滿焊，其實(shí)際焊縫長度1=345，大于所需長度，滿足要求。（2）上弦一般節(jié)點(diǎn)中的節(jié)點(diǎn)B根據(jù)腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板連接所需焊縫長度確定的節(jié)點(diǎn)板尺寸及形狀，見施工圖。上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受的荷載及桿力差為：F=41.44

16、KN，N=346-0=346KN。同樣設(shè)焊腳尺寸hf=5,其實(shí)際焊縫長度為1=375，本例按無檁的屋架上弦節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)算焊縫： 則滿足要求。（3）下弦拼接節(jié)點(diǎn)e下弦拼接處最大桿力N=610.5KN下弦一側(cè)所需拼接焊縫長度為1，假設(shè)hf=8 拼接角鋼長度L=2l1+b=2186+20=392,取500。下弦與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算：設(shè)hf=50.15N=0.15610.5=91.6KN施工圖標(biāo)明的實(shí)際焊縫尺寸為160，滿足要求。(4)上弦拼接節(jié)點(diǎn)I上弦拼接處最大桿力N=590.1KN，上弦一側(cè)所需拼接焊縫長度為1，假設(shè)hf=8，每一側(cè)拼接角鋼與上弦所需的焊縫長度為l1，則拼接角鋼長度 =218050=410，取500上弦與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算：設(shè)hf=5 實(shí)際長度大于215，滿足要求。（5）支座節(jié)點(diǎn)支座處屋架反力N=8F=841.4