1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書設(shè)計(jì)題目： 18m三角形芬克式角鋼焊接屋架院 系： 土木工程學(xué)院專 業(yè)： 城市地下空間工程年 級： 2014級姓 名： 黃超學(xué) 號： 1412121007指導(dǎo)教師： 張惠華華僑大學(xué)土木工程學(xué)院2017年7月4日目錄1、 概述-11.1、設(shè)計(jì)題目-11.2、設(shè)計(jì)要求-11.3、設(shè)計(jì)依據(jù)-11.4、設(shè)計(jì)任務(wù)-21.5、需提交的設(shè)計(jì)文件-2二、屋蓋支撐布置-22.1上弦橫向水平支撐-22.2下弦支撐-32.3垂直支撐-3三、節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算-33.1永久荷載-33.2可變荷載-33.3風(fēng)荷載-4四、桿件內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合-4五、桿件截面選擇及驗(yàn)算-55.1上弦桿-65.2.下弦桿-7

2、5.3.腹桿-75.4屋架桿件截面表-7六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)-86.1支座節(jié)點(diǎn)-86.2.一般節(jié)點(diǎn)-106.3.屋脊節(jié)點(diǎn)-12七、總結(jié)-14八、附錄 -158.1參考資料-158.2節(jié)點(diǎn)圖-15一、概述1.1、設(shè)計(jì)題目 18m三角形芬克式角鋼焊接屋架1.2、設(shè)計(jì)要求（1）掌握鋼屋蓋支撐系統(tǒng)的布置原則和方法；（2）掌握鋼桁架的內(nèi)力計(jì)算方法及內(nèi)力組合；（3）掌握桿件的設(shè)計(jì)；（4）掌握節(jié)點(diǎn)構(gòu)造原則和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；（5）熟悉吊裝單元的劃分；（6）掌握鋼屋架施工圖的繪制及材料表的編制；（7）掌握設(shè)計(jì)計(jì)算書的編寫方法。1.3、設(shè)計(jì)依據(jù)某單層輕型工業(yè)廠房，平面尺寸18m×90m, 柱距6m，檐口高度6m，屋架

3、采用角鋼焊接組成的三角形桁架，桁架跨度18m，屋面坡度i=1/3。屋面構(gòu)造：0.6厚波形彩鋼板60厚玻纖棉0.5厚波形彩鋼板，檁條為冷彎薄壁C型鋼， 檁條斜距1.555m，屋架無吊車懸掛荷載。屋面防水等級二級，采用2mm金屬屋面專用高分子涂料；耐火等級二級，采用超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。屋架支承在鋼筋混凝土柱上，混凝土的強(qiáng)度等級為C30，屋架與柱鉸接，柱截面尺寸為400mm×600mm。使用環(huán)境最低溫度為-5°C，地震烈度為7°，屋架軸線圖及桿件內(nèi)力圖見下圖。1.4、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）屋蓋支撐系統(tǒng)布置；（2）屋架桿件內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合；（3）屋架桿件截面選擇及驗(yàn)算；（

4、4）屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及計(jì)算；（5）施工圖繪制；（6）編制計(jì)算書；（7）計(jì)算用鋼量及用鋼指標(biāo)。（8）寫總結(jié)。1.5、需提交的設(shè)計(jì)文件（1）一本計(jì)算書 內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)依據(jù)，支撐系統(tǒng)布置，桿件內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合；材料選擇，連接方法和桿端焊縫計(jì)算；桿件截面選擇及驗(yàn)算過程；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算，計(jì)算書中應(yīng)附節(jié)點(diǎn)計(jì)算簡圖。（2）1#圖紙一張內(nèi)容包括：簡要工程說明（設(shè)計(jì)依據(jù)、材料選擇、焊縫焊接方法與檢驗(yàn)方法，防腐、防火要求，注意事項(xiàng)等）；桁架幾何尺寸及桿件最大內(nèi)力；一個(gè)運(yùn)輸單元的施工圖（包括桁架正視圖，上弦和下弦俯視圖,屋脊處屋架側(cè)視圖,支座底板節(jié)點(diǎn)詳圖及其它節(jié)點(diǎn)大樣詳圖2個(gè)以上）；材料表（含計(jì)算1榀桁架的用鋼量）。

5、二、屋蓋支撐布置2.1上弦橫向水平支撐廠房長度為90m，所以上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端及中間處，在其余開間屋架下弦每隔3.10米設(shè)置一道通長的系桿，檁條不做側(cè)向支撐。上弦水平支撐圖中加粗桿為剛性系桿，其余為柔性系桿。 2.2下弦支撐在未設(shè)置橫向水平支撐的其余開間屋架下弦跨中設(shè)置一道通長的水平系桿。2.3垂直支撐在設(shè)置橫向水平支撐的開間屋架跨中設(shè)置垂直支撐三、節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算3.1.永久荷載 標(biāo)準(zhǔn)值 屋面恒載及檁條自重（沿屋面分布） 0.20 kN/m2 鋼屋架及支撐等自重（沿水平面投影） 0.40 kN/m2 0.16+0.40=0.56kN/m23.2.可變荷載屋面活荷載 （沿水平面投影）

6、0.50kN/m2 節(jié)點(diǎn)荷載節(jié)點(diǎn)荷載P（KN）（標(biāo)準(zhǔn)值）計(jì)算式恒載6.718P=1.2×0.56×1.555×6=6.718KN活荷載6.196P=1.4×0.5×1.555×3/×6=6.196KN恒載+活荷載12.9146.718+6.196=12.914KN上弦節(jié)點(diǎn)荷載·上弦節(jié)點(diǎn)荷載和桿件編號3.2風(fēng)荷載基本風(fēng)壓（地面粗糙度為B類） 0.7 kN/m2風(fēng)荷載體型系數(shù) 背風(fēng)面：=-0.5 迎風(fēng)面：=-0.47-0.5上弦節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載（標(biāo)準(zhǔn)值） w=(-0.5)×0.7×1.555×6

7、=-4.572KN風(fēng)荷載體型系數(shù)由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范表8.3.1查得建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范公式8.1.1-1，四、桿件內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合恒載及活載半跨活載風(fēng)荷載內(nèi)力組合（kN）桿桿內(nèi)力系數(shù)恒載內(nèi)力（kN）活載內(nèi)力（kN）內(nèi)力系數(shù)半跨活載內(nèi)力（kN）內(nèi)力系數(shù)風(fēng)荷載內(nèi)力（kN）恒載+活載恒載+半跨活荷載恒載+風(fēng)荷載件件名編稱號12345672+32+52+7上弦桿1-17.39-116.83-107.75-12.65-78.4316.5575.67-224.58-195.26-41.162-16.13-108.36-99.94-11.40-70.6815.5070.87-208.30-179.04-37.

8、493-16.76-112.59-103.84-12.05-74.7116.5575.67-216.43-187.30-36.924-16.44-110.44-101.86-11.70-72.5416.5575.67-212.3-182.98-34.775-15.18-101.98-94.06-10.45-64.7915.5070.87-196.04-166.77-31.116-15.81-106.21-97.96-11.10-68.8216.5575.67-204.17-175.03-30.54下弦桿716.50110.85102.2312.0074.40-17.34-79.28213.08

9、185.2531.57813.5090.6983.659.0055.80-14.32-65.47174.3146.525.2299.0060.4655.764.5027.90-9.48-43.34116.2288.3617.12腹桿10-1.34-9.00-8.30-1.34-8.311.416.45-17.30-17.31-2.5511-2.85-19.15-17.66-2.58-16.003.0013.72-36.81-35.15-5,43123.0020.1518.593.0018.60-3.16-14.4538.7438.755.70134.5030.2327.884.5027.90-

10、4.47-20.4458.1158.139.79147.5050.3946.477.5046.50-7.90-36.1296.8596.8914.27150.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00五、桿件截面選擇及驗(yàn)算5.1上弦桿桿1內(nèi)力 N=-224.58KN 選用截面2L80×6截面的幾何特征截面面積：A=18.8cm2截面抵抗矩:W1x=52.38cm3 W2x=19.74cm3回轉(zhuǎn)半徑：ix=2.47cm iy=3.51cm長細(xì)比：屬于b類截面，由附表3查得：歐拉力：強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。5.2下弦桿桿7的軸心力：N=213.08KN查附表9

11、選用263×6，截面幾何特征：A=2×7.29=14.58cm2 長細(xì)比：強(qiáng)度驗(yàn)算：滿足要求。5.3腹桿14號桿：=0.8×245.8=196.64cm =245.8cm N=96.85KN假定=80，=0.688，由于受力較小屋架角鋼不能小于45×4，故選用245×5截面幾何特征：A=2×4.29=8.58cm2 長細(xì)比：<f=215N/ 滿足要求。11號桿驗(yàn)算：選用截面：245×5= 0.8×155.5=124.4cm =155.5cm N=-36.81KN 長細(xì)比： 由于：查附表1.2得=0.541 滿

12、足要求。屋架桿件截面表六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6.1支座節(jié)點(diǎn)由于最不利桿件的內(nèi)力在201300KN之間，所以屋架節(jié)點(diǎn)板厚度中間板取8mm,支座節(jié)點(diǎn)板取10mm。6.1.1支座底板厚度支座反力R=6P=6×12.914=77.484KN螺栓采用2M24，取底板尺寸為240mm×240mm采用鋼筋混凝土柱，混凝土等級C30，設(shè)a=b=12cm,a1=2×2=16.9cm,b1=a1/2=8.45cm底板的承壓面積q=R/A=77484/50990=1.51N/mm2底板彎矩（按相鄰邊支承板計(jì)算） 查表6-10，得支座底板厚度 取14mm厚（由于底板厚度一般取2040mm，且不小于

13、14mm，以使?jié)M足足夠的剛度，符合基礎(chǔ)反力為均勻分布的假定）6.1.2支座節(jié)點(diǎn)板與底板的連接焊縫取支座節(jié)點(diǎn)板厚度10mm,加勁肋切口15mm滿足要求.6.1.3上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫取，焊縫計(jì)算長度為取t=10mm，其中偏心距： 則焊縫應(yīng)力< 滿足6.2一般節(jié)點(diǎn) <1.2=1.2×5=6mm< 8-2=6mm(節(jié)點(diǎn)板厚8mm>6mm )>1.5=4.24mm 故=6mm10號桿： 取lw1,lw2為50mm11號桿： lw 取50mm 13號桿：取50mm 10-13號桿取焊縫長度為肢尖焊縫60mm肢背焊縫50mm14號桿：取80mm 滿足要求。上弦桿

14、取hf為6mm>4.7mm 6mm<8.4mm N=-224.58kNlw1=137mm 取150mm lw2=53.7mm取60mm一般節(jié)點(diǎn)連接焊縫表?xiàng)U件名稱桿件編號桿件內(nèi)力（KN）肢背焊縫肢尖焊縫下弦桿7213.08 1306606上弦桿1-224.581506606腹桿10-20.46 50660611-43.515066061245.80 5066061368.6950660614114.498065066.3屋脊節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)荷載P由角鋼肢背的塞焊縫承受，按構(gòu)造要求考慮即可滿足。取取滿足要求。上弦拼接節(jié)點(diǎn)上弦桿起拱后坡度為1/3，拼接角鋼采用與上弦相同截面，熱彎成型。上弦桿件與

15、拼接角鋼之間在接頭一側(cè)的焊縫計(jì)算：設(shè)，則拼接角鋼的總長度 取上弦桿角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，以上述軸心力的15%計(jì)算，e=50mm其產(chǎn)生的偏心彎矩設(shè)肢尖焊縫 驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度=92.4N/下弦拼接節(jié)點(diǎn)拼接角鋼采用與下弦相同的截面，拼接角鋼一側(cè)的焊縫長度按與桿件等強(qiáng)設(shè)計(jì)，設(shè)焊縫尺寸 則拼接角鋼總長度為取下弦桿角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，以節(jié)間最大軸力N的15%計(jì)算。設(shè)肢尖焊縫 因此取55mm.七、總結(jié)10天的時(shí)間過得很快，不知不覺中鋼結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，從最開始拿到任務(wù)書的一頭霧水到如今對于鋼結(jié)構(gòu)焊接屋架每根桿件，每個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)焊縫的清楚了解，這其中的努力思考還有討論，以及老師的解答都缺一不可。先

16、談?wù)動?jì)算吧。因?yàn)槲沂谴笕蠈W(xué)期在臺灣修的鋼結(jié)構(gòu)這門課程，當(dāng)時(shí)對于鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算很有好感，無論是驗(yàn)算強(qiáng)度，穩(wěn)定性還是變形，我都覺得這是一個(gè)很讓人癡迷的過程（當(dāng)時(shí)的一道題讓我驗(yàn)算了3個(gè)小時(shí)）所以這學(xué)期回來我自然而然的選擇了鋼結(jié)構(gòu)這門課設(shè)。與原來的單純計(jì)算不同，課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是整體性以及經(jīng)濟(jì)性，在選擇截面，焊縫尺寸等時(shí)，除了需要考慮是否合格，還需要考慮其方便性，這也是為什么我的計(jì)算書里面焊縫的尺寸幾乎都是6mm。從上弦桿、下弦桿到腹桿的截面選擇像以往的算術(shù)題一樣，按著步驟來，花點(diǎn)時(shí)間就能得到，這里我不得不提到我的組長李志輝，我和他分工合作，一起算了計(jì)算書，這對于我們組的整體進(jìn)度有很大的提高。計(jì)算書最困

17、難的部分是最后的節(jié)點(diǎn)計(jì)算，因?yàn)樾枰ジ愣鱾€(gè)部件的尺寸，比如說那個(gè)e偏心距，我當(dāng)時(shí)對著課本，參考資料看了很久很久，最后還是通過詢問老師才明白，原來偏心距是軸力到肢尖焊縫形心的距離。計(jì)算書寫完后，我又重新check一遍，這是十分必要的，對于一個(gè)工程來講，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性必須在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)當(dāng)滿足，我們的每一個(gè)作品是需要承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的，這是一個(gè)工程師最基本的素質(zhì)。進(jìn)行到CAD畫圖階段時(shí)，我漸漸找回了當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)CAD的技能（因?yàn)橛泻芏嗉记商脹]練都丟失了）在同學(xué)的指導(dǎo)下，我的繪圖速度漸漸比以前快了不少，這是一個(gè)很好的機(jī)會去提升了我的繪圖能力，對于以后畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大的幫助。說到這里，我想起張老師第一天給我們說的話

18、，作為一個(gè)學(xué)生，當(dāng)你做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，你要去清楚的了解你自己到底在做什么東西，而不是最后交給我一張?jiān)O(shè)計(jì)圖一個(gè)計(jì)算書拿到學(xué)分就完事，學(xué)生有足夠的時(shí)間去了解這些內(nèi)容，本科的學(xué)習(xí)就是為以后的工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)，在這種基礎(chǔ)上你再去看人家的東西才能看懂，才能進(jìn)步。設(shè)計(jì)規(guī)范對于一個(gè)工程來師說是十分重要的，我們需要去遵循這些依據(jù)，規(guī)范，然后設(shè)計(jì)出符合安全性的設(shè)計(jì)。比如說屋架的節(jié)點(diǎn)板厚度，在桿件內(nèi)力為201300時(shí)需要中間厚度取8mm，而支座板厚度則要10mm。如果對于這些不知道不明白不清楚的話，畢業(yè)以后是很難在同行中得到別人的青睞的。對于修訂，當(dāng)做完所有工作之后，最復(fù)雜也是最枯燥的環(huán)節(jié)來了，就是修改排版整理自己的東西，哪里的東西符不符合制圖規(guī)范，設(shè)計(jì)規(guī)范等