梯形钢屋架课程设计任务书、指导书..docx

梯形钢屋架课程设计任务书、指导书. 普通钢屋架设计 任务书钢结构设计原理课程设计 河北大学建筑工程学院 2022年5月 1. 题目：××m跨厂房普通钢屋架设计 2. 目的 通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置、受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行钢屋架的设计计算。 3. 设计资料 某车间跨度为27、33、36m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN 中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B（345） 屋架形式:梯形钢屋架 4.设计任务及要求 4.1 完成设计计算书一份 （1）设计资料、设计依据 （2）选择钢屋架的材料，并明确提出对保证项目的要求； （3）确定屋架形式及几何尺寸，屋架及支撑布置（GWJ-1.2钢屋架，SC 上弦支撑，XC下弦支撑，CC垂直支撑，GG刚性系杆， LG柔性支撑）； （4）进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，选择各杆件截面； （5）节点设计：设计下弦节点、上弦节点、再分式腹杆节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。 （6）填板设置 （7）材料统计 要求： （1）书写工整（不能用圆珠笔或铅笔），表示要清楚，计算步骤明确，计算公 式和数据来源应有依据； （2）图表应用得当（应附有与设计有关的插图和说明），各种图形应按比例并 用仪器绘制。 4.3绘制钢屋架施工图（A1一张） （8）屋架几何尺寸和内力简图（1:100）； （9）构件详图：屋架正立面图轴线图比例1:20（1：30），节点及杆件比例1:10(1:15)，上、下弦平面图，端部侧面图、跨中及中间部位剖面图； （10）零件或节点大样图（1:5）； （11）材料表；设计说明。 要求：图纸应符合房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012022）和建筑结构制图标准（GB/T 501052022）的要求；按所给绘图环境作图。 5.设计题目排列 每人单独设计一榀屋架。屋架的跨度L（27m）、端部高度H0（2.2m）、屋面坡度i=1/10及荷载形式根据学号按下面列表的序号选择。 荷载（标准值） 永久荷载： 改性沥青防水层0.4kN/m2 20厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m2 80厚泡沫混凝土保温层0.48kN/m2 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4kN/m2 悬挂管道0.10N/m2 屋架和支撑自重为（0.120+0.011L）kN/m2 可变荷载 基本风压：0.35kN/m2 基本雪压：（不与活荷载同时考虑）0.45kN/m2 不上人屋面活荷载0.7kN/m2 （可变荷载可按水平投影面积计算） 6. 设计进度计划（1周） 1）布置设计任务0.5天 2）屋架设计 .屋架几何尺寸确定，支撑布置0.5天 .荷载计算、内力计算、截面选择 1.5天 .节点设计 1.5天 3）绘制施工图 3.0天 7天 7. 施工图绘制 屋架施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。 施工图需明确屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。 起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度24m的梯形屋架和跨度15m的三角形屋架，中间起拱约为跨度的l/500。 1) 通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。左半标出几何长度，右半杆件的计算内力值。并注明屋架跨中央的起拱高度（屋架图上不必表示）。 2) 屋架的正面图。其轴线图与节点图可取不同比例，如轴线可用1:301:20，杆件截面和节点尺寸可用1:151:10，以使节点画清楚些。 3) 屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必要的剖面图，零件图。 4) 施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。定位尺寸主要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离、轴线至角钢肢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。 5) 施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。 6) 编制材料表，把所有杆件和零部件的编号、规格、长度、数量（正、反）及重量等均填于表中，以备配料和计算用钢量，并可供配备起重和运输设备时参考。 7) 文字说明。其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。 普通钢屋架设计 指导书钢结构设计原理课程设计 一、教学要求 1. 了解普通钢屋架设计的全过程； 2. 学习结构施工图的绘制和结构计算书的编制方法 3. 了解钢屋盖支撑体系的作用并能正确布置支撑； 4. 掌握钢屋架的内力计算、杆件截面选择，节点设计的方法； 5. 掌握焊接连接的构造要求。 二、屋架形式及主要尺寸的确定 在确定钢屋架外形时，应满足适用、经济和制造安装方便的原则。腹杆和节点数尽量少，应使短杆受压，长杆受拉，杆件夹角宜在30°60°之间。 屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、高度、节间宽度。 跨度一般以3m为模数。计算跨度：L0=L-2×150200mm 卷材防水屋面上弦坡度为：1/81/12 时，跨中高度一般为：（1/61/10）L； 端部高度常用：H01.82.2m； 上弦节间长度应等于大型屋面板的宽度，使荷载作用在节点上。 三、支撑布置 根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。构件编号采用汉语拼音字母，凡与支撑连接的屋架可编号为WJ1，其它编号均为WJ2，屋架垂直支撑：CC1、CC2，屋架上弦水平支撑：SC1、SC2，屋架下弦水平支撑：XC1、X C2，刚性系杆：GG1、GG2，柔性系杆：LG1、LG2。 四、屋架的内力计算 1.计算的基本假定 节点均为铰接；所有杆件的轴线均位于同一平面内，且同心交汇于节点；荷载均作用于节点。 2.荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算；荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，起卸载作用，对重屋盖可不考虑。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。 3.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 （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 （3） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 4.内力计算 按图解法、解析法、电算法均可计算屋架各杆内力。 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求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杯件内力取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。如果按照正确的施工方法，屋面板采用对称吊装，就不会出现杆件内力的变号。 五、杆件的计算长度和长细比 1. 杆件的计算长度 表1桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l 0 注：1. l 为构件的几何长度(节点中心间距离)；l 1为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。 2. 斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两个主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和十字形截面的腹杆。 当桁架弦杆侧向支承点之间的距离为节间长度的2倍（见教材P291），且两节间的弦杆轴心压力不相同时，弦杆（包括再分式腹杆体系中的受压腹杆）在平面外的计算长度应按下式计算：2 011 (0.750.25 )N l l N =+ 2. 长细比 压杆：=150 拉杆：=350，有重级工作制吊车时=250 六、杆件截面形式和截面选择 屋架跨度30m时，上弦、下弦可不改变截面，按最大内力设计。 上弦杆计算长度，在屋梁平面内，为节间轴线长度。在屋梁平面外，根据支撑布置和内力变化情况（按大型屋面板与屋梁保证三点焊，故取两块屋面板宽度），其计算长度大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。原则：xy 节点板厚度需按腹杆的最大内力选用。 轴心拉杆，可按强度要求选择截面。对轴心压杆，可先假定长细比（弦杆=80100，腹杆100120）选择截面再进行验算。 屋架所有的杆件还应满足长细比限值的要求。 1.上下弦杆 上、下弦杆l0x=l，l oy=l1，一般l oyl0x（2倍以上）故通常采用短肢相并的不等边角钢T形截面(i y/i x2.8)。 2.支座腹杆 支座腹杆l0xl oy =l，故通常采用长肢相并的不等边角钢T形截面(i y/i x0.9)。 3.一般腹杆 一般腹杆l oy =l，l0x0.8 l，l oy/ l0x1.25，故通常采用等边角钢T形截面(i y/i x1.5)。 4.再分式腹杆 再分式主斜杆一般是l oy/ l0x2，因杆件通常较短故通常采用等边角钢T形截面 (i y/i x1.5)，必要时可用短肢相并的不等边角钢T形截面(i y/i x2.8)；再分式腹杆l0xl oy =l，但一般是杆件短内力小，故常较小规格的等边角钢T形截面(i y/i x0.9)。 5.跨中腹杆 桁架正中竖杆，为保证屋架在运输和安装的方便，以及与正中垂直支撑和系杆连接不偏心，并获得较大的刚度，通常采用等边角钢组成十形截面。 6填板的设置 双角钢T形或十形截面是组合截面，应每隔一定间距在两角钢间放置填板，以保证 两个角钢能整体共同受力。 4060 填板间距对压杆用l d40i1，l80i1，i1一个角钢 对11形心轴的回转半径，一般杆件，每个节间的填板数2 个（T形截面）和3个（十形截面）；在侧向支承点间距2个 节间的连续直通弦杆或腹杆中，每节间的填板数不得少于1个。 7.截面选择 普通钢屋架中所采用的角钢规格不宜小于L45×5或L56×36×4。为了便于钢材备料，在同一榀屋架中，角钢规格不宜过多，一般为56种。 （1）轴心受拉： n N A f = （2）轴心受压： n N A f ? =对于压杆可先假定长细比60100（弦杆）或80120（腹杆）,查表得?值，即可计算所需面积A。 七、节点设计 1.节点设计的基本要求（参见教材P322329） （1）各杆件的形心线位置尽量与屋架几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心所产生的附加弯距。（焊接桁架中应调整称5mm的倍数） （2）节点强度一般应高于相连接的杆件的承载力。 （3）节点的传力路线明确，构造形式便于制作和安装。 （4）角钢的切断面一般与其轴线垂直，需要斜切时只能切肢尖。 2.节点板设计 节点的设计一般步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度，然后根据此焊缝长度的大小按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算弦杆与节点板的连接焊缝。 用作图法求节点板的形状和大小时，应按角度准确画出各杆件的轴线和轮廓线，各 1-1 杆件的形心线应尽量与杆件轴线重合并取5mm 的整数，再考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例绘出各杆件端部及腹杆焊缝的位置，在此基础上做出节点详图。 节点板的形状和尺寸在绘制施工图时决定，形状应尽可能简单、规则，至少有两边平行。如矩形、梯形、直角梯形等。节点板厚度按表91选定，同一榀屋架中除支座节点板比其它节点板厚2mm 外，其余厚度均一致。按比例画出各杆件尺寸，考虑构造要求后（各杆件之间应留有空隙a ，在承受静力荷载时a 1020mm ，在承受动力荷载时a 50mm ）节点处角钢切断位置。 桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定应符合： 对有竖腹杆的节点板，当/c t 可不计算稳定，否则应进行稳定计算。且/c t （t 节点板厚度） 对无竖腹杆的节点板，当/c t 计算。且/c t 3.节点的计算与构造 （1）上弦节点（有集中力作用） 腹杆与节点板的连接焊缝按各腹杆的内力计算： 1w1w f1f 20.7k N l h f = ? 2w2w f2f 20.7k N l h f =? l w1 、l w2 角钢肢背和肢尖的焊缝计算长度 f k 1、k 2角节点板的连接焊缝钢肢背和肢尖的焊缝内力分配系数。 上弦杆与节点板的连接焊缝的计算： 假定节点荷载P 由塞焊缝来承受，则上弦肢背塞焊缝计算： 上弦肢尖角焊缝只传递弦杆内力差值，则上弦肢尖焊缝考虑偏心距的计算： N 12 f 2f 2w 20.7N N h l -= ?M f 22f 2w 620.7M h l =?w f f f1w1 0.820.7P f h l = ?w f f