梯形钢屋架课程设计任务书级.docx
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梯形钢屋架课程设计任务书级.docx
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梯形钢屋架课程设计任务书级
《钢结构设计原理》课程设计
任务书与指导书
华中科技大学土木工程与力学学院建工系钢结构教研室
二0一三年十二月
任务书
一、题目:
厂房××m钢屋架设计
二、目的
通过钢结构课程设计,进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点,掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析,掌握钢结构的构造要求等。
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,进行整体钢结构设计计算,并绘制钢结构施工图。
三、设计资料
某车间跨度为24(27,30)m,厂房总长度102m,柱距6m,车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车,地区计算温度高于-20℃,无侵蚀性介质,地震设防烈度为6度,屋架下弦标高为18m;采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板,Ⅱ级防水,卷材屋面,桁架采用梯形钢桁架,两端铰支在钢筋混凝土柱上,上柱截面尺寸为450×450mm,混凝土强度等级为C25,屋架采用的钢材及焊条为:
学号为单号的同学用Q235B钢,焊条为E43型;学号为双号的同学用Q345钢,焊条为E50型。
屋架形式
四、设计任务及要求
1.完成设计计算书一份
内容:
(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,屋盖及支撑布置;
(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)填板设计
(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。
2.绘制钢屋架施工图(A1一张)
(1)屋架几何尺寸和内力简图(1:
100);
(2)构件详图:
屋架正立面图(轴线图比例1:
20,节点及杆件比例1:
10),上、下弦平面图,端部侧面图、跨中及中间部位剖面图;
(3)零件或节点大样图(1:
5);
(4)材料表;
(5)设计说明。
要求:
图纸应符合《房屋建筑制图统一标准(GB/T50001—2001)》和《建筑结构制图标准(GB/T50105—2001)》的要求;
五、设计题目排列
1.每人单独设计一榀屋架。
屋架的跨度L(m)、端部高度H0(m)、屋面坡度i及荷载形式按下面列表的序号选择(按班级、学号依次选题)。
1104班:
按学号次序选题(具体可按记分册上次序选题)
荷载一
屋面坡度i=1/10
屋面坡度i=1/11
屋面坡度i=1/12
跨度
高度
21
24
27
30
21
24
27
30
21
24
27
30
1.70
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1.74
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
1.78
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
1.80
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
1105班:
按学号次序选题(具体可按记分册上次序选题)
荷载二
屋面坡度i=1/10
屋面坡度i=1/11
屋面坡度i=1/12
跨度
高度
21
24
27
30
21
24
27
30
21
24
27
30
1.88
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1.90
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
1.94
25
26
27
28
29
30
31
32
33
31
35
36
1.98
荷载一(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0.40kN/m2
80厚泡沫混凝土保温层0.6kN/m2
预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝)1.5kN/m2
悬挂管道0.15N/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)0.5kN/m2
积灰荷载0.5kN/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)
荷载二(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
150厚加气混凝土保温层0.9kN/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:
0.40kN/m2
基本雪压:
(不与活荷载同时考虑)0.5kN/m2
积灰荷载0.7kN/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)
注意事项
1.节点设计的基本要求(参见教材P322~324)
(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
节点板的形状和尺寸在绘制施工图时决定,节点板的形状应简单,如矩形、梯形等,必要时也可以绘制成其它形状,但至少应有2条平行边;节点板厚度按表9.6.3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≥20mm,在承受动力荷载时a≥50mm);画出各杆件在节点处角钢切断位置。
3.施工图绘制
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的梯形屋架中间起拱约为跨度的1/500。
1)通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。
一半标出几何长度,另一半杆件的计算内力值。
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:
20,杆件截面和节点尺寸可用1:
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。
4)标注尺寸,要全部注明各杆件和板件的的定位尺寸和孔洞位置等。
5)编制材料表,对所有零件应进行详细编号,编号应按零件的主次、上下,左右一定的顺序逐一进行。
6)文字说明包括所用钢材的钢号及保证项目;焊条型号,焊接方法和质量要求;图纸上未注明的焊缝和栓孔尺寸要求;油漆、加工和运输要求等。
指导书
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-2×150mm
卷材防水屋面上弦坡度为:
1/8~1/12时,跨中高度一般为:
(1/6~1/10)L;
端部高度常用:
H0=1.8~2.2m;
上弦节间长度应等于大型屋面板的宽度。
三、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.内力计算按结构力学得方法进行。
3.内力组合
(1)全跨永久荷载+全跨屋面活荷载或雪荷载(两者中的较大值)
+全跨积灰荷载
(2)全跨永久荷载+半跨屋面活荷载或雪荷载(两者中的较大值)
+半跨积灰荷载
(3)全跨屋架重+半跨屋面板和施工时活荷载(施工活荷载或雪荷载的较大值)
由于屋面夹角较小,风载为吸力,起卸载作用,一般不考虑。
施工时要求屋面板对称安装,因此也不考虑组合(3)。
四、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l0
项次
弯曲方向
弦杆
腹杆
支座斜杆和支座竖杆
其它腹杆
1
在桁架平面内
l
l
0.8l
2
在桁架平面外
l1
l
l
3
斜平面
-
l
0.9l
注:
1.l为构件的几何长度(节点中心间距离);l1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.长细比
压杆:
≤[]=150
拉杆:
≤[]=350有重级工作制吊车时≤[]=250
四、杆件截面形式和截面选择
原则:
x≈y
1.上下弦杆
上、下弦杆l0x=l,loy=l1,一般loy>>l0x(2倍以上)故通常采用短肢相并的不等边角钢T形截面(iy/ix≈2.8)。
2.支座腹杆
支座腹杆l0x=loy=l,故通常采用长肢相并的不等边角钢T形截面(iy/ix≈0.9)。
3.一般腹杆
一般腹杆loy=l,l0x=0.8l,loy/l0x=1.25,故通常采用等边角钢T形截面(iy/ix≈1.5)。
4.再分式腹杆
再分式主斜杆一般是loy/l0x=2,因杆件通常较短故通常采用等边角钢T形截面(iy/ix≈1.5),必要时可用短肢相并的不等边角钢T形截面(iy/ix≈2.8);再分式腹杆l0x=loy=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(iy/ix≈0.9)。
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。
填板间距对压杆用ld≤40i1,对拉杆用ld≤80i1,i1一个角钢对1-1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,每节间的填板数一般不得少于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
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