1、西安歐亞學(xué)院課程設(shè)計1 設(shè)計資料1.1 基本資料某廠房總長度90m，縱向柱距6m，跨度L18m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距6m。結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度i=L/10；屋架鉸接于柱上。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為10m；廠房內(nèi)無吊車梁。屋蓋結(jié)構(gòu)為無檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）。荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.55kN/m2，

2、不考慮施工活荷載，積灰荷載0.2kN/m21.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kN/m2保溫層 0.4kN/m2 一氈二油隔氣層 0.1kN/m2 水泥砂漿找平層 0.1kN/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kN/m22 結(jié)構(gòu)形式與布置2.1屋架形式屋面材料為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架，屋面坡度i=L/10 ，L為屋架跨度。2.2屋架尺寸的確定屋架計算跨度屋架端部高度取： HO=19900mm,中部高度取H=2890mm屋架高跨比：。屋架跨中起拱。為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸

3、為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸及內(nèi)力值如圖所示。圖1 18m跨屋架幾何尺寸圖2 18m跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 圖3 18m跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 2.3鋼材和焊條的選用根據(jù)計算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用 Q345沸騰鋼，要求保證屈服強(qiáng)度 fy、抗拉強(qiáng)度 fu、伸長率和冷彎實驗四項機(jī)械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三項化學(xué)成分的合格含量。焊條采用 E55型，手工焊。2.4屋蓋支撐布置根據(jù)廠房長度、跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與

4、中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設(shè)置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。3 荷載計算3.1恒活荷載計算雪荷載荷載0.55kN/，積灰荷載0.2kN/屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度L單位為m,荷載計算結(jié)果見表1。表 1 荷載計算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）設(shè)計值（kN/）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.451.45×1.351.96三氈四油上鋪綠豆砂防水層0.40.4×1.350.54保溫層0.50.1

5、5;1.350.135屋架和支撐自重0.12+0.01×18=0.3180.318×1.350.43一氈二油隔氣層0.050.05×1.20.06水泥砂漿找平層0.40.1×1.350.135永久荷載總和3.123.26雪荷載0.550.55×1.40.77積灰荷載0.20.2×1.40.28可變荷載總和0.751.053.2 荷載組合設(shè)計屋架時應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況：全跨永久荷載 + 全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：全跨永久荷載 + 半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：半跨節(jié)點可變荷載：全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重

6、+半跨屋面活荷載:全跨節(jié)點屋架自重：半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：、為使用節(jié)點荷載情況，為施工階段荷載情況。 4 內(nèi)力計算由圖解法或數(shù)解法解得F1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計算結(jié)果見表2。 表2 屋架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）內(nèi)力組合值計算桿內(nèi)力(kN)全跨左半跨右半跨第一種組合F×第二種組合第三種組合F1×+ F2×F1×+ F2×F3×+ F4×F3×+ F4×上弦 AB 000000000 BC -6.221-4.37

7、1-1.85-241.31-223.83-200.01-131.5-69.5-241.31 CD -6.221-4.371-1.85-241.31-223.83-200.01-131.5-69.5-241.31 DE -8.993-5.636-3.357-348.84-317.12-295.58-173.3-117.3-348.84 EF-8.993-5.636-3.357-348.84-317.12-295.58-173.3-117.3-348.84 FG-9.102-4.551-4.551-353.07-310.06-310.06-147.0-147.0-353.07下弦ac3.472.5

8、370.936134.60125.78110.6375.7636.43134.60ce7.9625.3252.637308.85286.18258.52161.6595.60308.85 eg9.2795.3123.967359.93322.44309.73166.43133.38359.93斜 aB-6.502-4.754-1.748-252.21-105.65-207.29-142.0-67.53-252.21腹桿 Bc4.7393.1581.581183.83168.89153.9895.9357.19183.83 cD-3.382-1.862-1.52-131.19-116.82-11

9、3.98-58.84-50.43-131.19 De1.8840.541.34473.0860.3867.9820.5640.3173.08eF-0.690.615-1.305-26.77-11.79-32.58-12.44-34.73-26.77 Fg-0.462-1.6321.17-17.92-28.98-24.99-41.8926.97-28.98豎桿Aa-0.5-0.50-19.40-19.40-14.67-14.22-1.94-19.40Cc-1-10-38.79-38.79-29.34-28.44-3.87-38.79Ee-1-10-38.79-38.79-29.34-28.44-

10、3.87-38.79 Gg0.8120.4060.40631.5027.6627.6613.1213.1231.505 桿件截面設(shè)計5.1上弦桿截面計算整個上弦采用等截面，按FG桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計，即N=353.07KN上弦桿計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度 ，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N=252.21 KN，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm雙角鋼截面不論對x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)需要截面回轉(zhuǎn)半徑： 查附表1.20，得b類截面時，。需要截面積：根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2，A = 21.3 c , ix

11、 = 2.01 cm , iy = 5.22cm。按所選角鋼進(jìn)行驗算：， 故：<150,并且大于故由，按b類查查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表得截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放一塊填板均勻分布，尺寸：5.2下弦桿截面計算下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計算。（因跨中有通長系桿）因屋架只承受靜力荷載，對拉桿可只計算其在豎向平面內(nèi)的長細(xì)比，=350需要的截面回轉(zhuǎn)半徑為：需要的面積為：由需要的，采用不等邊角鋼短邊相連方案時得：，截面驗算：，可以，可以，可以所需截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放一塊填板，尺寸：間距：<，取150cm。5.3斜桿截面計算5.3.1 斜桿aB桿件軸力：（壓力）計算長度： ，雙角鋼

12、截面不論對x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)，查表得需要截面回轉(zhuǎn)半徑：需要截面積：由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時得，供給截面積>合適。截面驗算：< 故：<，并且大于故由，按b類查表得截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板均勻分布，尺寸：5.3.2 斜桿Bc斜腹桿拉力設(shè)計值為：平面內(nèi)外計算長度分別為：需要的面積為：選用等邊角鋼，提供xxyy12截面驗算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：間距：<，取90cm。5.3.3 斜桿cDN =-131.19kN (壓力)，l0x =229.1cm l0y = l =286.4cm需要的面

13、積為：選用等邊角鋼，提供截面驗算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：間距：<，取90cm。5.3.4斜桿DeN =73.08kN ，l0x =2291mm l0y = l =2864mm需要的面積為：選用等邊角鋼，提供截面驗算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：5.3.5斜桿eFN =-32.58kN (壓力)，l0x =249.92cm l0y = l =312.4cm 需要的面積為：選用等邊角鋼，提供截面驗算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：xxyy12圖5斜桿eF截面5.3.6斜桿FgN =-41

14、.89kN (壓力)，l0x =249.92cm l0y = l =312.4cm 需要的面積為：選用等邊角鋼，提供截面驗算：，可以，可以，可以截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：5.4豎桿截面計算5.4.1豎桿Ee桿件軸力：計算長度： ，雙角鋼截面不論對x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。假設(shè)，查表得需要截面回轉(zhuǎn)半徑： 需要截面積：由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時得，截面>合適。截面驗算：<< 故：<故由，按b類查表得截面尺寸滿足要求。每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：間距：<，取70cm。5.4.2 豎桿GgN =31.50kN (拉力)， l0x

15、=231.2cm l0y =289.0cm 選用236×3， A =4.22 c , ix = 1.11cm , iy = 1.71cm 滿足長細(xì)比：的要求。所選截面合適。表3 屋架桿件截面選擇表桿件內(nèi)力計算值（kN）計算長度(cm)截面形式及規(guī)格 A()回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力設(shè)計值弦桿FG-353.07150.75301.521.32.515.0375580.575288.6eg359.9330088514.420.862.53188.7204.4249.5斜腹桿豎桿aB-252.2125325323.83.104.3681.6158.030.7260.732144.6Bc18

16、3.83209.04261.313.752.163.1996.884.6133.7cD-131.19229.12286.411.142.183.07105.193.3117.8De73.08229.12286.47.781.542.28148.8125.693.9eF-32.58249.92312.43.490.911.47274.6212.593.4Fg-41.8949.92312.43.490.911.47274.6212.5120Ee-38.79207.22597.781.542.28134.5113.60.36135.5Gg-31.50231.22894.221.111.71208.3

17、16974.646 節(jié)點設(shè)計6.1下弦c節(jié)點根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用E55焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值200Mpa，實際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按不等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取?！癈c”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的

18、焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖如圖，從而確定節(jié)點板尺寸為 下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長度為33.5cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差： 受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為： <焊縫強(qiáng)度滿足要求。圖6下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸 6.2上弦B節(jié)點已知采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計值“Bc”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點“c”相同。已知設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按不等邊角鋼長肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）： 肢背： ，加后取。肢尖： ，加后取。為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，用槽焊縫

19、把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，槽焊縫強(qiáng)度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得到：6.3屋脊G節(jié)點（5） 屋脊節(jié)點“G” 豎桿內(nèi)力不大，可按構(gòu)造要求決定焊縫尺寸。 弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般為=21mm）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫長度為（一條焊縫） 拼接角鋼的長度，拼接角鋼長度取400mm。根

20、據(jù)腹桿內(nèi)力，取節(jié)點板尺寸為：，上弦與節(jié)點板肢尖的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，計算長度為，節(jié)點荷載為：焊縫承受的剪應(yīng)力：，滿足上弦肢尖與節(jié)點板的鏈接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫，取節(jié)點板長度200mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿的焊縫的計算長度為：，焊縫承受的剪應(yīng)力：焊縫應(yīng)力為： <焊縫強(qiáng)度滿足要求。中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=46.35KN此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫尺寸hf=8 mm，焊縫長度lw>50 mm。6.4支座a節(jié)點“aB”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和上弦節(jié)點“B”相同，肢背和肢尖縫和，焊縫長度分別為：140mm和70mm。節(jié)點板厚度為12mm。豎桿Aa選用與“aB”截面相同的角鋼，焊縫尺寸按構(gòu)造要求決定。肢背和肢尖角焊縫均為。下弦桿焊縫尺寸按構(gòu)造要求，。為了便于施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160m