钢结构屋架设计

钢结构屋架设计设计要求1.课程设计计算书一份，计算书须用钢笔书写，插图应用铅笔按1:1-1:5比例绘制，做到眉目清晰，文图配合。装订顺序：封面目录设计任务书计算书2.绘制厂房钢屋架的施工图，用铅笔绘制A1图纸。设计的节点应尺寸齐备，满足构造要求。3.屋架跨度、保温层及积灰荷载取值见附表所示。请将自己的取值填入设计任务书中。钢结构课程设计一、题目某厂房总长度120m，跨度____，纵向柱距6m。二、设计内容1.作屋盖结构及支撑的布置图；2.选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；3.对钢屋架进行内力计算、确定杆件截面尺寸；计算书给出一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等的详细设计过程及设计图。4.绘制运送单元的施工图，用铅笔绘制白纸图。设计的节点应尺寸齐备，满足构造要求。三、设计资料1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度，屋面结构采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）；地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制）。2.屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。3.荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式g=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，g为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；②屋面活荷载：屋面活荷载标准值为0.5KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值____KN/m2，积灰荷载标准值____KN/m2。③屋面各构造层的荷载标准值：改性沥青（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层____KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/m2预应力混凝土屋面板1.45KN/m2四、设计步骤及方法1.屋架形式及几何尺寸设计任务书已给出屋架的型式及几何尺寸，如下图所示：2.支撑布置根据厂房长度、屋架跨度、荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆，绘制屋架支撑布置图。1990135022902590289031902608285931193370253528593129339615091508150AacegIBCDFGHI15008=12000×150815081508150815081508起拱50钢结构单层厂房的组成垂直支撑大型屋面板柱间支撑上弦横向支撑天窗架屋架(a)无檩屋盖优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久缺点：屋面自重较大，抗震不利(b)有檩屋盖屋架柱间支撑檩条拉条上弦横向支撑柱间支撑檩条垂直支撑优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑纵向水平支撑垂直支撑系杆组成屋盖支撑类型1．上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大间距为60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。2．下弦横向水平支撑当屋架间距12m时，尚应在屋架下弦设置横向水平支撑，一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定体系的基本组成部分。但当屋架跨度比较小（18m）又无吊车或其他振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。3．纵向水平支撑当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。屋架间距12m时，通常布置在屋架下弦平面。屋架间距≥12m时，宜布置在屋架的上弦平面内。上弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑4．垂直支撑无论有檩屋盖或无檩屋盖，通常均应设置垂直支撑。屋架的垂直支撑应与上、下弦横向水平支撑设置同一柱间。垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆(或斜杆)间平面内设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下，当梯形屋架跨度l≤30m时在两端和跨度中央共设三道。当l＞30m时在两端以及跨度l／3处或天窗架侧柱处共设四道。l/3l/3l/35．系杆在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。在屋架上弦平面内，对无檩体系屋盖应在屋脊处和屋架端部处设置系杆；对有檩体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。系杆能保证无横向水平支撑的所有屋架在上弦杆平面外的稳定和安装时屋架的稳定。3.荷载和内力计算（1）荷载作用在屋架上的荷载有永久荷载、可变荷载、施工荷载。永久荷载：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。可变荷载：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载等。可由荷载规范和吊车规格查得。雪荷载和积灰荷载的计算应考虑其在屋面上的不均匀分布情况。积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。施工荷载：考虑在施工中采取临时性措施。根据任务书确定永久荷载标准值和可变荷载标准值。（2）荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：①全跨永久荷载+全跨可变荷载：即全跨永久荷载+全跨屋面活载或雪荷载（取较大值）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。②全跨永久荷载+半跨可变荷载：即全跨永久荷载+半跨屋面活载（或半跨雪荷载）+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。③采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载：全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载。可变荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：fQiKniciQiKQQGKG)(2110fQiKniciQiGKG)(10荷载组合：活荷载积灰荷载fKQKQGK)]9.07.0(4.135.1[210021(1.21.41.40.7)GKQKQKf积灰荷载活荷载积灰荷载活荷载fKQKQGK)]9.04.14.12.1[210全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载fKQKQGK)4.12.12.1(210半跨屋面板重半跨屋面活荷载（3）内力计算24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值Aa+4.730.000-8.72-13.53-15.26-14.71-14.71-8.87-5.44-2.46+0.02-1.08+6.88+3.70+1.11-1.08-1.0-1.0-1.0-0.5+11.53+14.65+15.17+15.17cegIBCDEFGHI0.51.01.01.01.01.01.01.01.0Aacegg'e'c'a'+3.480.000-6.25-9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-4.49-2.470.000.00-6.53-3.14+0.71+1.55+1.39+1.56+1.80+2.12+4.76+1.90-0.45-2.47-1.53-1.75-2.03-2.34-1.0-1.0-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+1.25BCDEFGHIH'G'F'E'D'C'B'A'0.51.01.01.01.01.01.01.01.0Ii设计步骤：（2）假定柱的长细比=50～100fNAoyyoxxlili;xiyi（3）由已知截面面积A、两个主轴的回转半径、，参照钢结构书附表，选择截面形式；当截面有削弱时：fANn整体稳定验算：fAN4.杆件截面设计在截面设计时应对所有杆件进行设计，包括：（1）上弦（2）下弦（3）斜腹杆（4）竖杆（1）确定杆件的计算长度，即l0x和l0y；（4）按照选择的截面形式，验算刚度、强度及稳定性。B.中间腹杆：考虑到节点处受到拉杆的牵制作用，视为弹性嵌固。lox=0.8l（1）在桁架平面内（P180）A.弦杆、支座斜杆、支座竖杆：本身线刚度大，但两端节点嵌固程度较低，视为两端铰接杆件。lox=l1.杆件的计算长度（2）在桁架平面外A.上弦：一般取上弦横向水平支撑的节间长度。B.下弦：取纵向水平支撑点与系杆或系杆与系杆间的距离。C.腹杆：所有腹杆均取loy=l2.杆件的截面形式基本上采用由两个角钢组成的T形截面或十字形截面形式的杆件，也可用H型钢剖开而成的T形钢代替双角钢组成的T形截面。受力较小的次要杆件可采用单角钢。桁架杆件截面型式应根据用料经济、连接构造简单和具有必要的强度、刚度等要求确定。一般桁架中全部或多数杆件为轴心受力杆件，应尽量使杆件在桁架平面内和平面外的长细比相接近，这样刚度和稳定好而钢材省。等稳定原则.即可使两方向的长细比接近相等。ABCDbeGdJHIEFgfca截面选择等稳定上弦杆采用双不等肢角钢短边相并的T形截面，宽大的翼缘有利放置檩条或屋面板；较大的侧向刚度也有利于运输和吊装的稳定要求。垫板宜采用不等边角钢短肢相并或等边角钢相连的截面；上弦杆：通常采用不等边角钢短肢相连的截面，或TW型截面以满足长细比要求。提高侧向刚度，利于满足运输、吊装的刚度要求，且便于与支撑侧面连接。下弦杆截面主要由强度条件决定，尚应满容许长细比要求。下弦杆：支座斜杆：端斜腹杆可采用两不等肢角钢长边相并的T形截面，其计算长度loy=lox=l；iy/ix=1.0。当杆件短．或内力小时可采用双等肢角钢T形截面。其他一般腹杆：宜采用等边角钢相并的截面；受力很小的腹杆（如再分杆等次要杆件），可采用单角钢截面。连接垂直支撑的竖腹杆宜采用两个等边角钢组成的十字形截面；中竖杆：由双角钢组成的T形或十字形截面杆件按实腹式杆件进行计算，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板。双角钢杆件的填板：填板的间距对压杆l1≤40i1，拉杆l1≤80i1；在T形截面中，i1为一个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径；在十字形截面中，填板应沿两个方向交错放置，i1为一个角钢的最小回转半径，在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块填板。填板的宽度一般取50～80mm；填板的长度：对T形截面应比角钢肢伸出10～20mm，对十字形截面则从角钢肢尖缩进10～15mm。填板的厚度与桁架节点板相同。3.杆件的截面形式考虑扭转效应时，双角钢组合T型截面绕对称轴的稳定应取计及扭转效应的换算长细比λyz代替λy，简化计算如下：（1）等边双角钢截面当时：当时：0y/0.58/btlb4yzy220y0.475(1)blt0y/0.58/btlb220yyz43.9(1)18.6ltbtb（2）长肢相并的不等边双角钢截面当时：当时：20y2/0.48/btlb42yzy220y1.09(1)blt20y2/0.48/btlb220y2yz425.1(1)17.4ltbtb腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。节点板应伸出弦杆10～15mm以便焊接。计算确定肢尖、肢背焊缝计算肢尖、肢背焊缝的长度肢尖焊缝:肢背焊缝:2wf2f2227.02fwhfhNkl1wf1f1127.02fwhfhNklminmax,ffhh12,ffhh5.节点计算（1）下弦节点c12:NNN式中肢背焊缝≥1fhwfwflNk7.021下弦杆与节点板的连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻节间内力之差，按下式计算:通常因ΔN很小，实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定，并沿节点板全长满焊。节点板的平面尺寸，应根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝长度画出大样图来确定。2fhwfwflNk7.022肢尖焊缝≥为便于大型屋面板或檩条的放置，常将节点板缩进上弦角钢背，缩进距离不宜小于(0.