1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)題 目： 武漢某車間鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì) 院 （系）： 城市建設(shè)學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 土木090 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 蔣華 2012年6月11日至2012年6月15日華中科技大學(xué)武昌分校制鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目武漢某車間鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1、確定屋架型式與尺寸；選擇鋼材及焊接材料，并明確提出對(duì)保證項(xiàng)目的要求；2、進(jìn)行屋蓋支撐布置，按比例繪出屋架結(jié)構(gòu)及支撐的布置圖；3、進(jìn)行荷載匯集、桿件內(nèi)力計(jì)算、內(nèi)力組合，內(nèi)力圖，選擇各桿件截面；4、設(shè)計(jì)下弦節(jié)點(diǎn)、上弦節(jié)點(diǎn)、支座節(jié)點(diǎn)、屋脊節(jié)點(diǎn)及下弦中央節(jié)點(diǎn)等。（荷載組合選其一，1全跨永久+全跨不變，2全跨永久+半跨不變，3

2、全架屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活載）三、原始資料某車間跨度為18（21 24）m 我選擇的是18m廠房總長(zhǎng)度90m，柱距6m，采用1.56 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，級(jí)防水，卷材屋面，桁架采用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為450450mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，鋼材選用Q235，焊條采用E43型，設(shè)計(jì)規(guī)范為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）。四、要求的設(shè)計(jì)成果1、計(jì)算書：要求計(jì)算書內(nèi)容要有系統(tǒng)地編排，字體要端正，表示要清楚，計(jì)算步驟明確，計(jì)算公式和數(shù)據(jù)來源應(yīng)有依據(jù)，并應(yīng)附有與設(shè)計(jì)有關(guān)的插圖和說明；2、圖紙：要求圖紙比例適當(dāng)，并詳細(xì)展示屋架結(jié)構(gòu)及

3、支承布置情況。五、主要參考資料1 陳紹蕃主編.鋼結(jié)構(gòu).第二版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002年7月2 陳紹蕃主編.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京:科學(xué)出版社，20023 趙根田、孫德發(fā).鋼結(jié)構(gòu).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20054 張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京:高等教育出版社，20055鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500172003）6建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50017-2002)目錄一、設(shè)計(jì)資料 . 5二、屋架幾何尺寸及檁條布置 .51、屋架幾何尺寸 . 52、檁條布置 . 6三、支撐布置 . 61、上弦橫向水平支撐 . 62、下弦橫向和縱向水平支撐. 63、垂直支.撐 .74、系桿 .7四、荷載與內(nèi)力計(jì)算 .

4、 71、荷載計(jì)算 . 72、荷載組合 . 73、內(nèi)力計(jì)算 . 8一、設(shè)計(jì)資料：1、某車間跨度為18m,廠房總長(zhǎng)度90m，柱距6m。2、采用1.5m6m，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，級(jí)防水，卷材屋面桁架，板厚 100mm，檁距不大于 1800mm。檁條采用冷彎薄壁斜卷邊 C 形鋼 C22075202.5，屋面坡度i=l/10。3、鋼屋架簡(jiǎn)支在鋼筋混凝土柱頂上，柱頂標(biāo)高18.000m，柱上端設(shè)有鋼筋混凝土連系梁。上柱截面為 450mm450mm，所用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C30，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值14.3N/mm2。抗風(fēng)柱的柱距為 6m，上端與屋架上弦用板鉸連接。4、鋼材用 Q235，焊條用 E43

5、系列型。5、屋架采用平坡梯形屋架，無天窗，外形尺寸（取一半）如圖 1 所示。 圖1二、屋架幾何尺寸及檁條布置1、屋架幾何尺寸 屋面采用1.5m6m的鋼筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；屋架上弦節(jié)點(diǎn)用大寫字母 A, B, C連續(xù)編號(hào)，下弦節(jié)點(diǎn)以及再分式腹桿節(jié)點(diǎn)用小寫字母 a, b, c連續(xù)編號(hào)。由于梯形屋架跨度 L = 30m 24m ，為避免影響使用和外觀，制造時(shí)應(yīng)起拱 f = L / 500 = 60mm 。屋架計(jì)算跨度 l0 = L - 2 0.15 = 30 - 2 0.15 = 29.7m 。 跨中高度H0=h0+i l0 /2=3585mm。為使屋架上弦節(jié)點(diǎn)受荷，腹桿采用人

6、字式，下弦節(jié)點(diǎn)的水平間距取1.5m,起拱后屋架桿件幾何尺寸和節(jié)點(diǎn)編號(hào)如圖 2 所示（其中虛線為原屋架，實(shí)線為起拱后屋架）。 圖2運(yùn)輸單元的最大尺寸為長(zhǎng)度 15m，高度 4m。此屋架跨度 30m，高度 3.3m，所以可將屋架從屋脊處斷開，取一半屋架作為運(yùn)輸單元，長(zhǎng)度為 15m，高為 3.3m。兩個(gè)運(yùn)輸單元分別在工廠里面制作完成后，再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接。2、檁條布置 采用長(zhǎng)尺復(fù)合屋面板，單坡內(nèi)不需要搭接，在屋架上弦節(jié)點(diǎn)設(shè)置檁條，水平檁距為 1.5m。檁條跨度 l = 6 ，在跨中三分點(diǎn)處設(shè)置兩道拉條，為檁條提供兩個(gè)側(cè)向支撐點(diǎn)。由于風(fēng)荷載較大，故在屋檐和屋脊處都設(shè)置斜拉條和剛性撐桿，以將拉條的拉

7、力直接傳遞給屋架。檁條、拉條和撐桿的設(shè)置如圖 3 所示。三、支撐布置1、上弦橫向水平支撐 上弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在廠房?jī)啥说牡谝粋€(gè)柱間，且間距不宜超過60m。本車間長(zhǎng)度為96m, 因此需要布置四道橫向水平支撐，如圖4所示。 圖 42、下弦橫向和縱向水平支撐屋架跨度 L = 30m 16m ，故應(yīng)設(shè)置下弦橫向和縱向水平支撐。下弦橫向水平支撐與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間，如圖 5所示 圖5 3、垂直支撐 垂直支撐必須設(shè)置。對(duì)于本屋架結(jié)構(gòu)，在跨度中央設(shè)置一道中間垂直支撐，在屋架兩端各設(shè)置一道垂直支撐。垂直支撐只設(shè)置在有橫向水平支撐的同一柱間的屋架上，如圖 6 所示。圖64、系桿 沒有設(shè)置橫向水平

8、支撐的屋架，其上下弦的側(cè)向支撐點(diǎn)由系桿來充當(dāng)。上弦平面內(nèi)，屋脊和屋檐處需要設(shè)置剛性系桿，其它支撐點(diǎn)處設(shè)置柔性系桿。本屋蓋結(jié)構(gòu)中，檁條長(zhǎng)細(xì)比 = 194.6 200 ，故可兼充上弦平面的剛性和柔性系桿。下弦平面設(shè)置兩道柔性系桿（圖 5），可采用 45 5 的單角鋼。四、荷載與內(nèi)力計(jì)算1、荷載計(jì)算1）永久荷載 （1）永久荷載 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2 檁條自重 0.07kN/m2 屋架及支撐自重 0.45kN/m2永久荷載總和： 1,92kN/m2（2）可變荷載（a）活荷載：屋面活荷載 0.5kN/m 2活荷載計(jì)算信息: 考慮活荷載不利布置 風(fēng)荷載計(jì)算信息: 不計(jì)算風(fēng)荷載2、荷載組

9、合 設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下四種組合：（1）組合一：全跨永久荷載全跨活荷載 永久荷載與活荷載大小接近，活荷載起控制作用，荷載設(shè)計(jì)值為q = 1.2 1.92 + 1.4 0.5 = 3.0kN/m2屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載為P = qA = 3.0 1.5 6 =27kN（2）組合二：全跨永久荷載半跨活荷載 全跨永久荷載：q1 = 1.2 1.92 = 2.304kN/m2P = q1 A = 2.304 1.5 6 = 20.74kN半跨活荷載：q2 = 1.4 0.5 = 0.7kN/m 2P2 = q2 A = 0.7 1.5 6 = 6.3kN（3）組合三：全跨屋架及支撐自重半跨屋面板重半跨施工

10、荷載 全跨屋架及支撐自重：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載：q4 = 1.2 ( 0.30 + 0.07 ) + 1.4 0.5 = 1.144kN/m2P4 = q4 A = 1.1444 1.5 6 = 10.30kN上述各組合中，端部節(jié)點(diǎn)荷載取跨中節(jié)點(diǎn)荷載值的一半。3、內(nèi)力計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用數(shù)值法計(jì)算桿件在單位節(jié)點(diǎn)力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)（單位節(jié)點(diǎn)力分別作用于全跨、左半跨和右半跨），內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表 1 所示桿件內(nèi)力系數(shù)（P=1）組合一組合二組合三計(jì)算內(nèi)力名稱全跨左半跨右半跨PP1

11、+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桿GH

12、-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.

13、4518.4478.8438.5209.6143.7518.4桿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.

14、5腹eF-4.3-2.1-2.2-116.1-102.4-103-39.0-40.1-116.1桿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-1-0.50-27-2

15、3.89-20.74-9.2-4.05-27Cc-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27豎Ee-1-10-27-27.04-20.74-14.35-4.05-27桿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1三、桿件截面設(shè)計(jì)1、節(jié)點(diǎn)板厚度 對(duì)于梯形屋架，節(jié)點(diǎn)板厚度由腹桿最大內(nèi)力（一般在支座處）按下表取用：梯形桁架腹桿內(nèi)力或三角形屋架弦桿端節(jié)間內(nèi)力 (kN)=

16、180181300301500501700701905中間節(jié)點(diǎn)板厚 (mm)68101214支座節(jié)點(diǎn)板厚(mm)810121416本屋架中腹桿最大內(nèi)力 N = 299.7kN ，因此中間節(jié)點(diǎn)板厚取 8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚取10mm。2、桿件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)及截面形式（1）上弦桿面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)= 1.0 。根據(jù)上弦橫向水平支撐的布置方案（圖 4），面外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)= 4.0 。= 4，根據(jù)等穩(wěn)定原則，采用兩不等邊角鋼短肢相并組成的T形截面。（2）下弦桿與上弦桿類似，面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)= 1.0 ，由圖 5 可知，面外計(jì)算長(zhǎng)度= 6m 。下弦桿受拉，不需要考慮穩(wěn)定性，因此下弦桿采用兩等肢角鋼組成的 T

17、形截面。（3）支座腹桿（Aa、aB） 面內(nèi)和面外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)都為 1.0，采用兩等肢角鋼組成的 T 形截面。（4）再分式腹桿（ij、jK）面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)= 1.0 ，面外計(jì)算長(zhǎng)度采用兩不等邊角鋼短肢相并組成的 T 形截面。（5）跨中豎腹桿（Kk） 采用兩個(gè)等肢角鋼組成的十字形截面，斜平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為 0.9。（6）其它腹桿面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)= 0.8 ，面外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)= 1.0 ，根據(jù)等穩(wěn)定原則，采用兩等肢角鋼組成的 T 形截面。3、上弦桿上弦桿需要貫通，各桿截面相同，按 IJ、JK 桿的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)，即 N =-591.3kN 。計(jì)算長(zhǎng)度= l = 1507mm ， = 4l =602

18、8mm 。截面選用 2110 70 10 ，短肢相并，肢背間距 a=6mm，所提供的截面幾何特性為： A = 39.4cm 2 ， ix = 2.26cm ， iy = 6.11cm 。（1）剛度驗(yàn)算 ，滿足（2）整體穩(wěn)定驗(yàn)算 bt/t=125/10=12.5As=15086mm2,滿足要求。（b）底板的厚度節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分為四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，所受應(yīng)力為： =5.1N/mm2兩支承邊之間的對(duì)角線長(zhǎng)度以及支承邊交點(diǎn)到對(duì)角線的距離分別為由，查附表2可得，則單位寬度的最大彎矩為底板厚度為（2）節(jié)點(diǎn)板的尺寸（a）腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫焊縫尺寸列表計(jì)算如表 3 所示。

19、“Aa”桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸為：肢背= 4mm ，l1 = 50mm；肢尖 = 4mm，l2 = 50mm?！癮B”桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸為：肢背= 5mm，l1 = 120mm；肢尖 = 5mm ,l2 =60mm 。（b）下弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫焊縫尺寸列表計(jì)算如表 3 所示。“ac”桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸為：肢背= 5mm ，l1 = 70mm ；肢尖 = 5mm ， l2 = 50mm 。（c）節(jié)點(diǎn)詳圖根據(jù)上述焊縫長(zhǎng)度以及桿件截面，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙、制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，如圖8所示。（3）加勁肋的尺寸加勁肋的高度和厚度與節(jié)點(diǎn)板相同，分別為350mm和8mm

20、；底部外邊緣與底板大致齊平，寬度為115mm；為避免3條互相垂直的角焊縫相交于一點(diǎn)，加勁肋底端角部切除15mm；從軸線交點(diǎn)開始往上，加勁肋的寬度逐漸減小，頂部寬度取為，滿足加勁肋的平面尺寸相見圖8所示。（4）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 每塊加勁肋近似按承受R/4計(jì)算 焊縫受力節(jié)點(diǎn)板和加勁肋厚度都為8mm，焊腳尺寸取為焊縫計(jì)算長(zhǎng)度焊縫應(yīng)力（5）加勁肋、節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫設(shè)焊縫傳遞全部支座反力，加勁肋和節(jié)點(diǎn)板厚8mm，底板厚20mm，焊腳尺寸取為焊縫總計(jì)算長(zhǎng)度焊縫應(yīng)力滿足。其余各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過程：表 3 腹桿和下弦桿端部焊縫尺寸計(jì)算表?xiàng)U件名稱計(jì)算內(nèi)力(kN)肢背焊縫長(zhǎng)度肢尖焊縫長(zhǎng)度(mm)(mm)

21、(mm)lw1(mm)l1(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)(mm)lw2(mm)l2(mm)斜腹桿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

22、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豎腹桿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.

23、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下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)名稱計(jì)算內(nèi)力(kN)l(mm)肢背焊縫驗(yàn)算肢尖焊縫驗(yàn)算結(jié)論(mm)lw1(mm)(N/mm2)(mm)lw2(mm)(N/mm2)下弦節(jié)點(diǎn)b131

24、.90.70.3300529045.5 529019.5 滿足c72.80.70.3290528026.0 528011.1 滿足d30.30.70.3280527011.2 52704.8 滿足e12.10.70.327052604.7 52602.0 滿足g110.70.330052903.8 52902 滿足表5 上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)名稱計(jì)算內(nèi)力(kN)偏心e(mm)(mm)(mm)(mm)l(mm)(N/mm2)(N/mm2)應(yīng)力比結(jié)論A0454.7 7.251700.00 0.00 0.00 滿足B162.2454.7 7.25240100.75 118.27 0.87

25、 滿足C0454.7 7.251900.00 0.00 0.00 滿足D100.1454.7 7.2522068.10 87.55 0.62 滿足E0454.7 7.252000.00 0.00 0.00 滿足F50454.7 7.2520037.59 53.42 0.36 滿足G0454.7 7.252200.00 0.00 0.00 滿足H13.6454.7 7.2519010.79 16.19 0.11 滿足I6.1454.7 7.252403.79 4.45 0.03 滿足J0454.7 7.252200.00 0.00 0.00 滿足表6 上弦肢背與節(jié)點(diǎn)板連接槽焊縫驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)名稱節(jié)點(diǎn)

26、荷載(kN)坡度l(mm)偏心e(mm)節(jié)點(diǎn)板厚度(mm)(N/mm2)(N/mm2)槽焊縫應(yīng)力比結(jié)論A7.580.1170061.10 11.0 0.07 滿足B15.160.12401561.53 21.3 0.14 滿足C15.160.1190061.95 19.5 0.13 滿足D15.160.12202061.68 26.2 0.17 滿足E15.160.1200061.85 18.5 0.12 滿足F15.160.12001561.85 27.1 0.17 滿足G15.160.1220061.68 16.8 0.11 滿足H15.160.11901561.95 29.1 0.19 滿足I15.160.12402061.53 2