钢结构设计(二本)201012(梯形、三角形)

('本文由gyq4282贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。南京工程学院课程设计任务书及指导书课程名称钢结构课程设计建筑工程学院土木工程建工081，建工082，院（系、部、中心）专班业级工程管理081，工程监理081，交通081起指止导日教期师2011.1.17-2011.1.21谢淮宁、过轶青1．课程设计应达到的目的根据教学大纲的要求，在钢结构课程课堂教学完成后，进行约50小时（一周）的课程设计。要求学生掌握钢屋盖（包括钢屋架、屋面及支撑系统）设计步骤和全过程，以巩固所学专业知识，培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力。2．课程设计题目及要求（一）设计题目：某单跨单层厂房钢屋盖设计（二）设计资料：屋架钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊。屋架支承在钢筋混凝土排架柱上，钢筋混凝土柱上柱截面尺寸为：400mm×400mm；混凝土强度等级为C25，屋架节点采用焊接方式。厂房柱距为6m，长度为90m，厂房内设A5级工作制桥式吊车，起重量Q≤200kN。地面粗糙度类别为B类，结构重要性系数为γ0=1.0。排水：外天沟。屋架形式：三角形钢屋架或梯形钢屋架，屋架下弦标高为9.8m。各种屋架及荷载资料如下：一）梯形钢屋架1.屋架跨度：A、18m2.屋面坡度：1：103.屋面材料：A、采用1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，卷材屋面（防水层：二毡三油上铺小石子；找平层：20毫米厚水泥沙浆）B、采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板，卷材屋面（防水层：2mm厚SBS防水卷材）4.预应力混凝土大型屋面板保温层情况：A、无保温层B、有100mm厚泡沫混凝土保温层（容重6.0kN/m3）C、有100mm厚珍珠岩保温层（容重3.5kN/m3）D、有80mm厚泡沫混凝土保温层并有0.5kN/m2积灰荷载。5.太空板悬挂管道情况：A、无悬挂管道B、有悬挂管道0.05kN/m2B、21mC、24m1C、有悬挂管道0.10kN/m2D、无悬挂管道但有0.5kN/m2积灰荷载。6.屋面均布活荷载（不与雪荷载同时考虑）为：0.5kN/m2。7.雪荷载：按建造地点雪荷载采用。8.风荷载：按建造地点风荷载采用。9.建造地点：A、黑龙江佳木斯市B、江苏南京市C、安徽霍山D、四川成都市E、新疆乌鲁木齐F、湖南长沙10.轴线处屋架端部高度为1.890m，距轴线0.15m处屋架端部高度h1为1.995m。各班各学号所对应的设计资料见下表：建班级造地点9A建工0819B屋架跨度1A1B1C1A1B1C1A9C工管0819D1B1C1A1B1C2A7E交通0817F2B2C2A2B2C保温4A191725334119172533411917253341屋面材料3A保温4B210182634422101826344221018263442保温4C311192735433111927354331119273543保温4D412202836444122028364441220283644悬挂5A513212937455132129374551321293745屋面材料3B悬挂5B614223038466142230384661422303846悬挂5C715233139477152331394771523313947悬挂5D816243240488162432404881624324048二）芬克式三角形钢屋架1.屋架跨度：A、15m2.屋面坡度：A、1：2B、18mB、1：2.5C、21mC、1：3.02D、24m3.屋面材料及保温层：檩条采用槽钢，岩棉保温层A、采用压型钢板屋面，有保温层。压型钢板重0.10kN/m2（每层）重0.10kN/m2；B、采用波形石棉瓦屋面（1800mm×745mm×6mm的中波瓦，檩条坡向间距700~850mm），木丝板保温层。波形石棉瓦重0.20kN/m2，木丝板重0.24kN/m2。4.屋面活荷载：0.3kN/m2。5.雪荷载：按建造地点雪荷载采用。6.风荷载：按建造地点风荷载采用。7.建造地点：A、新疆乌鲁木齐D、黑龙江佳木斯市B、湖南长沙E、四川成都市C、江苏南京市F、安徽霍山各班各学号所对应的设计资料见下表：建班级造地点2A建工0827B7A2B2C2A2B2C2A监理0817D7C2B2C2A2B屋架坡度屋面材料及保温层3A跨度1A191725334119172533跨度1B21018263442210182634跨度1C31119273543311192735跨度1D41220283644412202836屋面材料及保温层3B跨度1A51321293745513212937跨度1B61422303846614223038跨度1C71523313947715233139跨度1D81624324048816243240（三）要求1.每位同学应根据设计资料要求选出自己的设计题目代号，从代号中查找自己所做题目的具体数据。2.相关荷载的查阅应参考《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）。3.制图要求应参考《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）。4.屋架几何尺寸及内力系数应查阅《建筑结构静力计算手册》（第二版）。33．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕（一）设计任务要求1.完成计算书一份，内容包括：（1）设计资料及材料选择；（2）屋架几何尺寸确定；（3）屋架及支撑布置；（4）檩条的布置与计算；（5）屋架节点荷载计算；（6）屋架杆件内力计算及组合；（7）屋架杆件截面形式的选择与计算；（8）屋架典型节点的设计过程（上弦节点、下弦节点，支座节点、屋脊节点、下弦跨中拼接节点）。2.钢屋架施工图一张（注：一般采用2＃加长图）（二）工作量的要求确定屋架各杆件长度、钢材及焊条2小时支撑布置及绘图2小时选择檩条型钢型号（只用于有檩体系）2小时求解杆力系数2小时荷载汇总2小时杆力组合6小时选择杆件截面7小时节点设计9小时绘制钢屋架施工图18小时合计50小时4．主要参考文献1.刘声扬主编．《钢结构——原理与设计》武汉：武汉理工大学出版社，2005．2.刘声扬主编．《钢结构》（第四版）．北京：中国建筑工业出版社，2004．北京：机械工业出版社，20043.宋群、宗兰主编．建筑结构（下册）4.中华人民共和国国家标准．钢结构设计规范（GB50017-2003）北京：中国计划．出版社，20035.《建筑结构静力计算手册》编写组．建筑结构静力计算手册（第二版）北京：．中国建筑工业出版社，19986.《钢结构设计手册》编辑委员会．钢结构设计手册（第三版）北京：中国建筑．工业出版社，20047.中华人民共和国国家标准．建筑结构制图标准（GB/T50105-2002）8.中华人民共和国国家标准．建筑结构荷载规范（GB50009-2001）9.国家建筑标准设计图集．轻型屋面三角形钢屋架（05G517）中国建筑标准设计．研究院，200510.国家建筑标准设计图集．梯形钢屋架（05G511）中国建筑标准设计研究院，．200545．课程设计进度安排起止日期周一工作内容设计资料及材料选择；屋架几何尺寸确定；屋架及支撑布置；檩条的布置与计算周二屋架节点荷载计算；屋架杆件内力计算及组合；屋架杆件截面形式的选择与计算；周三屋架典型节点的设计（上下弦节点，支座、屋脊、跨中拼接节点）周四~周五周六6．成绩考核办法绘制钢屋架施工图课程设计答辩及修改计算书占25%，图纸占35％；平时成绩（考勤、设计进度情况等）占10%；答辩成绩占30%。（不安排设计中期答辩）。按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分。5钢屋盖设计指导书为了让初学者掌握、了解钢屋盖设计程序，本指导书按钢屋盖的设计步骤编写。一、屋架的几何尺寸（一）梯形钢屋架1.根据所选屋面坡度计算出倾角α。2.屋架计算跨度l0：对于钢筋混凝土排架柱，采用封闭式结合时：l0=l2×150mm。3.屋架跨中高度h：h=h1+l0tgα。24.上弦节点间距：先由屋架坡度倾角α、计算跨度l0、屋架端部高度h1及跨中高度h，求出上弦长度；然后将上弦杆均分得到上弦节点间距（注意上弦节点间距取屋面板宽的整数倍）。5.各杆件计算长度：根据上弦长度除以节点间距，可以确定节间数；根据节间数、屋架的坡度及其跨高比l0h，查《建筑结构静力计算手册》，求得梯形屋架各杆的长度。（二）芬克式三角形钢屋架1.根据所选屋面坡度计算出倾角α。2.屋架计算跨度l0：对于钢筋混凝土排架柱，采用封闭式结合时：l0=l2×150mm。3.屋架高度h：h=(1/4~1/6)l0。4.上弦节点间距：先由屋架坡度倾角α、计算跨度l0，求出上弦长度lu，lu=l0/2cosα；然后将上弦杆均分得到上弦节点间距（注意上弦节点间距取檩距的整数倍）。5.各杆件计算长度：根据上弦长度除以节点间距，可以确定节间数；根据节间数和屋架的跨高比（l0h），查《建筑结构静力计算手册》，求得屋架各杆的长度。二、支撑及檩条布置1.上弦横向水平支撑可布置在房屋两端的第二柱间（开间）各设一道，当房屋长度大于60m时，在房屋中间还应设置一道（或几道）支撑。通常横向水平支撑节点间距离为屋架弦杆节间距离的2～4倍（一般为3m～6m）。2.屋架跨度l≥18m时，应设置下弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑应与上弦横向水平支撑在同一柱间内。3.垂直支撑应设置在设有上弦横向支撑的柱间内。对于梯形屋架，当跨度l≤30m时，应在屋架跨中和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑；对于三角形屋架，当跨度l≤24m时，应在跨中竖杆平面内设置一道垂直支撑。4.系杆分为刚性和柔性系杆两类。上弦平面内，檩条和大型屋面板均可起到系杆作用，因而在屋脊处设刚性系杆，在两端设柔性系杆。下弦平面内，在屋架支座处设置刚性系杆，在屋架中部设置柔性系杆。三、荷载计算及檩条计算1.永久荷载：包括屋面材料、防水层及保温层的自重，檩条、支撑及屋架自重，悬挂管道荷载；6荷载效应组合由可变荷载效应控制时分项系数取1.2，荷载效应组合由永久荷载效应控制时分项系数取1.35。2.可变荷载：屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者较大者，再与积灰荷载叠加；分项系数1.4。3.檩条计算：求得檩条均布荷载设计值，从而求得弯矩设计值，进行檩条强度和刚度验算。4.将各种荷载都转化为水平投影面上的荷载，求出屋架上弦的节点处集中荷载Q，按公式（7.2）求解。四、屋架杆件内力计算及内力组合1.不同荷载作用下屋架各种杆件内力，可查《建筑结构静力计算手册》中与之相应的内力系数表，杆件内力＝内力系数×P。可采用列表计算，附在计算书中。2.对屋架应考虑以下四种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载；（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载；（3）全跨屋架及支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载（4）全跨永久荷载+风荷载。由于（2）（3）两种组合下梯形屋架跨中附加的斜腹杆可能由拉杆变为压杆或内力增大，故应予考、虑。为简化计算，可将跨中央每侧各2～3根斜腹杆，不论其在（1）组合下是拉杆还是压杆，均控制其长细比不超过150，此时一般可不再计算（2）（3）组合。、对组合（4）情况，当屋面倾角α≤30时，一般可不予考虑风荷载。但对压型钢板、波形石棉瓦、0太空板等轻型屋面，应考虑负风压的影响：若负风压的垂直风力小于屋面永久荷载，则不计算（4）组合；若负风压的垂直风力大于屋面永久荷载，一般可将（1）组合下拉杆按内力很小的屋架受压腹杆的容许长细比200进行控制，可不必再计算风荷载产生的内力。五、屋架杆件截面设计1.屋架弦杆和腹杆的计算长度l0（见下表）弯矩方向在屋架平面内弦杆腹端斜杆和端竖杆杆其他腹杆l0x在屋架平面外ll0.8ll0y斜平面l0l1—l—l0.9l注：（1）l——杆件的几何长度；l1——杆件侧向支承点之间的距离；（2）当受压弦杆侧向支撑点间的距离l1为屋架节间长度的2倍，且两节间弦杆的内力N1压杆屋架平面外计算长度l0y按下式计算：≠N2(N1>N2)时，N1则7l0y=l1(0.75+0.25N1/N2)且l0y≥0.5l12.上弦杆：可选用等肢双角钢或不等肢双角钢截面（短肢相连），按轴压构件计算；对波形石棉瓦屋面情况，可选用不等肢双角钢截面（长肢相连），按压弯构件计算。[λ]=150。3.下弦杆：可选用等肢或不等肢双角钢截面，按受拉构件截面验算；[λ]=350。4.腹杆：视受力大小可选用等肢双角钢截面或单角钢截面，分别按轴心受压和轴心受拉构件验算。拉杆[λ]=350；压杆[λ]=150。5.中央竖杆：中央竖杆可采用双角钢组成的十字形截面，按刚度条件确定其截面。当竖杆与垂直支撑相连时，按压杆设计，[λ]=200。如在杆件上开洞，则截面除满足刚度条件外，尚应满足型钢开孔的构造要求。6.将各杆件计算内力、截面形式、角钢规格、计算长度及有关截面特征值等列表，附在计算书中。六、屋架节点设计1.一般下弦节点一般下弦节点：无集中荷载，无弦杆拼接的节点（1）假设焊脚尺寸hf，计算下弦节点中腹杆与节点板间的连接焊缝计算长度lw1和lw2，按公式（4.16）（4.23）和（4.17）（4.24）求解。、、（2）根据焊缝长度，画出草图确定节点板尺寸。（3）验算下弦杆与节点板的连接焊缝：按焊缝受轴心拉力作用，但因节间下弦杆内力差很小，焊缝尺寸可按构造要求hf,min满焊即可。2.一般上弦节点：有集中荷载，但无弦杆拼接的节点一般上弦节点：（1）（2）步与一般下弦节点设计（1）（2）步相同。（3）验算上弦杆与节点板焊缝：假设焊脚尺寸hf1、hf2，弦杆角钢肢背塞焊缝承受节点集中荷载Q：按公式（7.6）验算。弦杆角钢肢尖两条焊缝承受节点两端弦杆的内力差，N=N1N2，并考虑该力对焊缝的偏心距M=N×e。按公式（7.7）~（7.9）验算。3.屋脊节点屋脊节点：有集中荷载，且上弦杆需要拼接的节点（1）（2）步与一般上弦节点设计（1）（2）步相同（3）拼接角钢与上弦杆的焊缝长度：根据被拼接处弦杆所受最大内力，按公式lw=度，拼接角钢的总长度按公式（7.11）确定。（4）验算上弦杆与节点板间焊缝：同一般上弦节点计算的（3）步，只是公式中N=0.15N。N确定拼接角钢与上弦杆的焊缝计算长4×0.7hfffw84.下弦拼接节点：有集中荷载，且下弦杆需要拼接的节点下弦拼接节点：（1）（2）步与一般上弦节点设计（1）（2）步相同。（3）拼接角钢与下弦杆的焊缝长度：按下弦截面面积等强度计算，按公式（7.10）确定拼接角钢与下弦杆的焊缝计算长度，拼接角钢的总长度按公式（7.11）确定。（4）验算下弦杆与节点板的连接焊缝：按焊缝受轴心拉力作用计算。轴心力取max{(N1N2)，.15N}，0按公式（4.16）、（4.23）（4.17）和、（4.24）求解。5.支座节点（1）底板面积和板厚的计算：按公式（6.95）（6.99）求得。、（2）加劲肋与节点板的竖直连接焊缝受力：加劲肋与支座节点板的两条竖直焊缝同时受到剪力V=R/4和弯矩M=Vb1/4的作用，其中：R为屋架支座竖向反力，b1为加劲肋总宽度。（3）每块加劲肋与支座节点板的竖直连接焊缝计算：按公式（7.12）计算。（4）节点板、加劲肋与支座底板的水平连接焊缝计算：按公式（7.13）计算。七、构造要求见有关书籍及规范。八、计算书及图纸要求1.计算书（1）一律用计算书纸书写；（2）计算书内容包括：1）屋架的布置；2）屋架几何尺寸的确定；3）檩条的布置及上、下弦横向水平支撑及垂直支撑的布置图；4）荷载计算与内力分析，檩条的验算及选用；5）屋架杆件截面形式的选择与计算；6）屋架节点的设计，并附节点大样图，一律按比例绘制。（3）要求书写工整，层次分明，计算正确，排列合理。2.施工图（1）用1号图（或2号加长图）完成屋架施工图一张（铅笔图）。（2）梯形屋架及芬克式屋架为对称结构，可仅绘制半榀屋架。包括屋架正面图、上下弦平面图以及必要的侧面图、剖面图和零件图。（3）屋架简图绘于图纸左上角。屋架左半跨注明杆件几何长度，右半跨注明杆件的内力设计值。在图中按规定注明起拱。（4）杆件和零件的尺寸可采用1：10~1：15比例绘制；屋架杆件的轴线尺寸一般用1：20~1：30比例绘制。型钢、焊缝尺寸应符合规定。（5）图上应由施工说明：说明选用钢号、焊条型号、质量要求、加工精度；图中未注明的焊脚尺寸和螺栓孔尺寸；防锈处理与运输要求等。（6）图中应有材料表，绘于图纸右上角。表中内容包括：所有杆件和零件的编号、规格型号、数量、重量及整榀屋架的重量。9（7）结点应全部设计。九、屋架施工图绘制步骤（1）布置图幅，选定比例尺寸。屋架轴线比例取1：20～1：30，节点、角钢肢宽及其余零件比例取1：10～1：15。画屋架简图，标明几何尺寸、内力、起拱要求等。（2）画屋架的正视图。①按1：20～1：30的比例画屋架轴线；②画上、下弦杆的轮廓线；③画竖腹杆的轮廓线（支座竖杆结合支座节点最后画）；④画斜腹杆的轮廓线。轮廓线至轴线距离的比例与节点比例相同，取1：10～1：15。轮廓线之间的间隙控制在20mm左右，间隙的比例亦为1：10～1：15；⑤结合节点焊缝计算，按1：10～1：15比例确定腹杆焊缝长度控制点的位置，定出节点板外形，画节点板。节点板形状应规正，尺寸取为10mm的倍数，能包络焊缝长度控制点。可先画中间节点，最后完成跨中拼接节点和支座节点；⑥根据构造要求布置角钢杆件中填板，画填板轮廓线；⑦标注节点板外形尺寸和定位尺寸；标注角钢肢背至轴线尺寸；标注角钢端部至节点距离尺寸，通常上弦节点至腹杆角钢端部距离取5mm倍数，而角钢的长度要求为5mm的倍数，因为两节点中心的几何长度应为角钢长度和两节点中心至角钢两端的距离之和，因此下弦节点中心至腹杆角钢端距离可以不是5mm的倍数。角钢杆件长度通常不标注在图上，而反映在材料表中。（3）上弦杆俯视图、下弦杆俯视图。①平行于正视图中的上下弦杆画轴线；②画弦杆轮廓线；③根据投影关系，画节点板、填板；④根据支撑布置图，标注弦杆的制孔位置、垂直支撑连接用的竖向小钢板。（4）左右端视图及必要的剖面图。屋架对称时，仅画左端视图，要注意投影关系，不要漏画填板等小零件。剖面图通常取在有垂直支撑连接的位置，应注意标注竖向小钢板的制孔位置等。（5）对一些形状较为复杂、或有制孔要求的零件需单独画出，并标注其尺寸、制孔位置。（6）标注焊缝及砌体未标注的尺寸。焊脚尺寸相同，满焊可在说明中注明。（7）零件编号和材料表。屋架施工详图上的所有零件均需编号。通常上弦杆角钢编为①，下弦杆角钢编为②，腹杆则从左到右依次编为③、④……。双角钢间的填板则编为最后。只有截面尺寸、长度、开孔位置等全部相同的零件才可编为同一号，稍有不同的均编以不同号。“镜像相同”的可编为同一号，但应注明“正”和“反”。（8）文字说明。十、时间分配（参考）确定屋架各杆件长度、钢材及焊条支撑布置及绘图选择檩条型钢型号（只用于有檩体系）求解杆力系数荷载汇总杆力组合选择杆件截面节点设计绘制施工图合计2小时2小时2小时2小时2小时6小时7小时9小时18小时50小时101',)