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1、课程设计成果说明书题 目： 梯形钢屋架课程设计 学生姓名： 余晓东 学 号： 081308204 学 院： 船舶与建筑工程学院 班 级： C08土木2班 指导教师 顾若飞 浙江海洋学院教务处2011年6月24日浙江海洋学院课程设计成绩评定表2010 2011 学年 第 二 学期学院 船舶与建筑工程学院 班级 C08土木2班 专业 土木工程学生姓名(学 号) 余晓东（081308204）课程设计名 称钢结构课程设计题 目单层工业厂房钢屋架设计指导教师评语指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩小组教师签名： 年 月 日浙江海洋学院课程设计任务书2010 2011 学年 第 二 学期学院 船舶
2、与建筑工程学院 班级 C08土木2班 专业 土木工程 学生姓名(学号)余晓东（081308204）课程名称钢结构设计题目单层工业厂房钢屋架设计完成期限自 2011 年 6 月 20 日至 2011 年 6月 24 日 共 1 周设计依据课程设计是土木工程专业十分重要的实践性教学环节，是将课程基本概念转化为课程实践活动的“桥梁”，设置钢结构课程设计，是通过进一步的设计训练，使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般钢结构设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案，熟练地进行结构设计计算，并学会利用各种设计资料。设计要求及主要内容设计要求：（1）掌握钢屋架荷
3、载的计算，杆件内力的计算和组合，杆件的计算长度、截面型式、截面选择及构造要求，填板的设置及节点板的厚度，普通钢屋架节点设计的原则和要求，主要节点的设计及计算和构造，以及钢屋架施工图的内容和绘制。（2）设计成果应包括设计计算书（A4纸装订成册）和施工图纸1张；每个学生应认真独立完成全部设计任务，成果表面和技术质量符合工程设计文件的要求。 主要内容：（1）作屋盖结构及支撑的布置图；（2）对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算；设计一个下弦节点、一个上弦节点、屋脊节点、支座节点；（3）绘制运输单元的施工图，设计的节点应尺寸齐备，满足构造要求。参考资料（1）土木工程专业 钢结构课程设计指南，周俐俐、姚勇
4、等编著，中国水利水电出版社、知识产权出版社，2006年1月第1版；（2）钢结构（上册）钢结构基础，陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，2007年6月第二版；（3）建筑结构荷载规范（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2006年11月第二版；（4）钢结构设计规范（GB50017-2003），中国计划出版社，2003。指导教师签字日期2011.6.24.4内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算如图3 图3. 屋架计算简图屋架构件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力（kN）全跨左半跨右半跨+上弦 下弦 斜腹杆 竖杆 5杆件设计1. 上弦杆
5、整个上弦采用等截面，按FG.GH杆件的最大设计内力设计，即 N=813.86 KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节点轴线长度，即=1.5075m在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取l0y为支撑点间的距离，即 l0y=41.5075=6.03m根据屋架平面外上弦杆的设计长度，上弦界面选用两个不等肢角钢。短肢相并，如图4所示。腹杆最大内力N=-511.32KN查表2.5，中间节点板厚选用12mm，支座节点板厚选用14mm设=60 查Q235钢的稳定系数，得=0.807，则需的截面积为 上弦截面需要的回转半径： 根据需要的A, ix，
6、iy 查角钢规格表，选用2 L 1409010，肢背间距a=12mm，则 A=4460mm2 ， ix=25.6mm ，iy=68.4mm按所选用角钢进行验算： 满足长细比150的要求。由，故计算，查表得，=0.721， 则有 故所选截面合适。2.下弦杆eg整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在杆计算。N=799.23KN=799230N =3000mm 需截面积为 选用2 L 16010012 A=6020mm2， ix=28.2mm，iy=78.2mm =,只需求，查表得=0.764，则=150.06MPf=215MP，所选截面合适。4 竖杆Gg竖杆最大内力N=-65.84kN=65840
7、N，l0x=0.8l=0.82890=2312mm，l0y=l=2890mm，由于杆件内力较小，按=150选择，需要的回转半径为，查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2705，则A=1374mm2，=21.6mm，=33.1mm，=107.04150=87.31，只需求，查表得=0.511，则=93.77MPf=215MP，所选截面合适。其余各杆的截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于表421其余各杆截面选择计算过程不再一一列出，现将计算结果列于下表。名 称杆件编号内力(KN)计算长度(cm)截面规格截面面积（cm2）回转半径(cm)长细比容许长细比稳定系数计算应力(N/mm
8、2)上弦FG、GH-813.86150.8603短肢相并2L140901044.602.565.0361.8143.761500.721200.9下弦cd799.233001035短肢相并2L1601001260.202.827.82106.413.2350191.1腹杆aB-511.32253253长肢相并2L140901044.602.565.0356.667.651500.752192.4Bc388.31261.3261.3长肢相并2L14090836.084.53.6258843500.661158.8cD-293.23286.4286.4长肢相并2L14090836.084.53.6
9、264901500.621126.8De185.51286.4286.4长肢相并2L14090836.084.53.6264903500.62180.4eF-108.04312.4312.4T形截面2L80515.822.483.56126951500.588108.2Fg-17.9950.96312.4312.4T形截面2L80515.822.483.56126951500.588108.2gH-31.6180.48339339T型截面2L80515.822.483.56136.795.21500.35897.9竖杆Aa-33.24160.4200.5T形截面2L80515.822.483.
10、5664511500.85624.3Cc-67.82207.2259T形截面2L80515.822.483.5674741500.72657.3Ee-66.49207.2259T形截面2L80515.822.483.5683821500.67561.6Gg-66.49231.2289T型截面2L80515.822.483.569381.21500.60169.26节点设计1. 下弦节点c各杆的内力由表2查得，由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即hf和，然后根据的大小按比例绘出节点板的尺寸和形状，最后验算下线杆与节点板的连接焊缝。用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160M
11、Pa设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝hf=7mm和6mm，则所需的焊缝长度为（按不等边角钢长肢连接的角焊缝内力分配系数计算）。肢背：肢尖:设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=7mm和6mm，则所需的焊缝长度为“Cc”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，根据求得的焊缝尺寸，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 2、上弦节点BBb杆与节点的焊缝尺寸和节点b相同，aB杆与机电办的焊缝尺寸按上述同样方法计算得N=511320N，设aB杆的肢背和肢尖焊缝h=10mm和 6mm，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢相连角焊缝内力分配系数计算）肢背： 肢尖： 为了便
12、于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得：上弦与节点板间焊缝长度为400mm，则：上弦肢尖角焊缝的切应力为：所以满足要求。上弦节点B3、屋脊节点H弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角消除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分消弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则
13、所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度拼接角钢长度取700mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点B处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点荷载，应按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝取节点板长度为460mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为：构件满足要求！因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，在左半边的上弦、斜杆和节点板连接用工厂焊接，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。 腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同屋脊节点H4、支座节点a为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢
14、的底面与支座底板的净距离取160mm，在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度14mm。（1）支座底板计算。支座反力： R=7F=460320 N 按构造要求，设支座底板和平面尺寸采用280350。取加劲肋宽度为80mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中f是混凝土强度设计值，对C25取12.5Mpa。 支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板份为四块，每块板为相邻边支承而另两相邻边只有的板，每块板的自由宽度的最大弯矩为：式中 底板下的平均应力，即为9.45Mpa。 两边支承之间的对角线长度，即；系数
15、，有查表得。为两边支承的相交点到对角线的垂直距离，由此得，查表得 ，则单位宽度的最大弯矩为：底板厚度为：，取t=20mm实取底板尺寸为-28035020。（2）加劲肋与节点板的焊缝计算。加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝计算相似。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的0.25，即4603200.25=115080N。则焊缝内力 V=115080N，则M=11508040=4603200Nmm 设焊缝尺寸为6mm，焊缝计算长度，则焊缝的应力为： =38.4Mpa160Mpa, 所以满足要求！(3) 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部反力R=460320N，其中每块加劲
16、肋各传R/4=115080N，节点板传递R/2=230160N。节点板与底板的连接焊缝长度，所需焊脚尺寸为，故取。每块加劲肋与底板的连接长度为，所需焊脚尺寸为，故取。 支座节点a 其他节点的计算不再一一列出，详细的施工构造见后图。参考文献：1.土木工程专业 钢结构课程设计指南，周俐俐、姚勇等编著，中国水利水电出版社、知识产权出版社，2006年1月第1版；2.钢结构（上册）钢结构基础，陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，2007年6月第二版；3.钢结构（下册）房屋建筑钢结构设计，陈绍蕃主编，中国建筑工业出版社，2007年6月第二版；4.建筑结构荷载规范（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2006年11月第二版；5.钢结构设计规范（GB50017-2003），中国计划出版社，2003。