钢结构课程设计 2

发布 2022-10-01 14:12:28 阅读 2953

钢结构课程设计任务指导书。

一目的和任务:

钢结构是工业与民用建筑专业四大结构之一。建筑是反映国民经济水平的一大标志,随着改革开放的深入和国民经济的发展、国家经济综合实力的稳步提高,钢结构在建筑中的应用越来越多了,该课程在该专业中原本的重要性也越来越加强了。本课程设计旨在在给出的已知条件下,综合运用所学知识,作出正确的计算、绘出相应的施工图。

二设计内容:

本设计主要是设计一钢屋架,其应涵盖以下内容:

一)钢材和焊条型号选择。

根据地区温度、荷载特征、连接方法等选择。

二)屋架形式及几何尺寸。

1、 屋架按其外形一般可分为三角形和梯形,三角形屋架一般用于中、小跨度 (l=18~24m)的轻屋面结构,腹杆多采用芬克式。梯形屋架在全钢结构厂房中运用较为广泛。

2、 屋架的主要尺寸

1)跨度计算跨度=标志跨度—(300~400mm)。

2)高度三角形屋架高度主要取决于屋面坡度,当i=1/2~1/3时,h=(1/4~1/6)l0。梯形屋架的中部高度主要由经济高度决定,一般取h=(1/6~1/10)l。

(三)支撑布置。

支撑分为上、下弦横向水平支撑,纵向水平支撑,垂直支撑和系杆等五种,应结合屋架形式,房屋的跨度、高度和长度,荷载情况及柱网布置等条件设置。

(四)檩条布置与计算。

五)屋架内力计。

1、屋架的荷载和荷载组合。

永久荷载——包括屋面材料和檩条、屋架、天窗架、支撑以及天棚等结构的自重;

可变荷载——包括屋面活荷载、雪荷载、风荷载、积灰荷载以及悬挂吊车和重物等荷载;

可能遇到的最不利组合一般应考虑以下三种:

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、天窗架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载。

在多数情况,用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力即为最不利内力。但在第二和第三种荷载组合下,梯形屋架跨中附近的斜腹杆可能由拉杆转为压杆或内力增大,应予考虑。组合时屋面活载和雪载不会同时出现,取两者中的较大值计算。

对风荷载,当屋面倾角α≤300时为产生卸载作用的风吸力,故一般不予考虑。但对瓦楞铁等轻型屋面和风荷载大于490n/m2时,则应进行风吸力有可能使拉杆变压杆的计算。

屋架和支撑自重g0可按下面经验公式取值:g0=βl(kn/m2,水平投影面)

式中 β—系数,当屋面荷载q≤1kn/m2时,β=0.01;当屋面荷载q=1~2.5kn/m2时,β=0.

012;当q>2.5kn/m2时,β=0.12/l+0.

01l;

l——屋架的标志跨度(柱网间轴线距离)。

2、杆件内力计算。

计算假定:1)、节点均视为铰接;

2)、各杆件轴线均在同一平面内且相交于节点中心。

屋架杆件的计算内力均按荷载作用于屋架的上、下弦节点进行计算。对有节间荷载作用的屋架,可先将节间荷载分配在相邻的两个节点上,按只有节间荷载作用的屋架求出各杆件内力,然后再计算直接承受节间荷载杆件的局部弯矩。

作用于上弦节点的荷载q可按各均布荷载对节点汇集进行计算:

q=∑γg、q)qhksa+∑γg(qsk/cosα)sa

式中 γ(g、q)——荷载分项系数。永久荷载为1.2,可变荷载取1.4;

qhk——按屋面水平投影面分布的荷载标准值(雪荷载、活荷载、屋架自重等);

qsk——按屋面坡向分布的永久荷载标准值(屋面材料等);

s——屋架的间距;

a——上弦节间的水平投影长度;

α——屋面倾角。

屋架杆件内力可根据屋架计算简图采用**法或数解法计算。但对一般常用形式的屋架,各种建筑结构设计手册中均有单位节点荷载作用下的杆件内力系数,可查表应用。

上弦杆承受节间荷载时的局部弯矩,一般简化为按简支梁弯矩m0乘以调整系数计算:

对端节间正弯矩取m=0.8m0;对其它节间正弯矩和节点负弯矩取m=±0.6m0;当仅有一个节间荷载作用在节间中点时,m0=qa/4。

3、屋架杆件的计算长度。

1)、屋架平面内计算长度lox 对弦杆、支座斜杆和支座竖杆,其计算长度取构件的几何长度;对其它中间腹杆,其计算长度取几何长度的0.8倍。

2)、屋架平面外的计算长度loy 见书

3)、斜平面的计算长度见书。

六)、杆件截面选择。

1、截面形式截面宜宽肢薄壁,对压杆应尽量使两主轴方向长细比接近,以达到等稳定性。

1)、上弦杆:在一般支撑布置情况下,其计算长度常为loy=2lox,故为满足λx=λy,需要y=2x,因此宜采用两个不等边角钢短肢相并的t形截面。当上弦有节间荷载时,为了提高杆件在屋架平面内的抗弯能力,宜采用两个等边角钢或两个不等边角钢长肢相并的t形截面;

2)、下弦杆:为受拉杆件,一般由强度条件确定截面,但还须满足拉杆长细比的要求。下弦杆的loy通常都很大,且可能受有振动,故应优先考虑两个不等边角钢短肢相并的t形截面,以增加杆件的侧向刚度。

3)、端斜杆:其在平面内和平面外的计算长度相等,故宜采用两个不等边角长肢相并的t形截面;

4)、一般腹杆:宜采用两个等边角钢相并的截面,受力很小的腹杆,也可采用单角钢截面。连接垂直支撑的竖杆,为了与支撑连接时不致产生偏心和在吊装时两端可以互换位置,宜采用两个等边角钢十字相连的十字形截面。

为保证两角钢共同工作设缀板。

2、选择原则。

1)、应优先选用肢宽薄壁角钢,增加回转半径。角钢规格不宜小于l45×4或l56×36×4,有螺栓孔时,角钢最小肢宽须满足设置要求。放置屋面板时,上弦角钢水平肢宽不宜小于80mm。

2)、同一屋架的角钢规格应尽量统一,一般宜调整到超过5~6种,且不应使用肢宽相同而厚度相差不大的规格,以方便配料和避免制造时混料。

3)、对跨度大于24m的屋架,弦杆可根据内力变化,从适当的节点部位处改变截面,但半跨内只宜改变一次,且只改变肢宽而保持厚度不变,以方便拼接的构造处理。

3、截面计算。

屋架杆件一般均为轴心受力构件,当弦杆还受有节间荷载时,为拉弯或压弯构件,可参照有关章节进行。对因构造要求而设置的杆件或内力很小的杆件,可按刚度条件根据容许长细比计算截面需要的回转半径。

当采用单角钢作腹杆且单面连接在节点板上时,为偏心受力的压弯或拉弯构件,为简化计算,仍将其按轴心受力构件,但须将钢材和焊缝的强度设计值乘以折减系数γr,以考虑偏心的不利影响。

1)计算稳定性时。

等边角钢r =0.6+0.0015λ,但不大于1.0

短肢相连的不等边角钢 γr =0.5+0.0025λ,但不大于1.0

长肢相连的不等边角钢 γr =0.70

式中λ=l0/iy0---对最小刚度轴的长细比。iyo为角钢最小回转半径,lo为计算长度,取节点中心距离。当λ<20时,取λ=20。

2)在计算强度和连接时 γr=0.85

(七)节点设计。

1、 节点板厚度节点板受力复杂,不予计算,按表选取;

2、 节点构造和计算参考课本。

八)绘制屋架施工图。

三、设计资料:

1~12号同学:

1)某单跨厂房,跨度24米,长90米,柱距6米。屋架支撑在钢筋混凝土柱上,上柱截面400mmx400mm,混凝土强度等级c30。厂房内有一台起重量q=30t的中级工作制桥式吊车。

屋面材料采用波形石棉瓦,木丝板保温层。屋面活荷载(水平投影面上):0.

50 kn/m2,基本风压:0.35kn/m2,基本雪压:

0.40kn/m2。

根据上述设计资料设计一钢屋架。

13~24号同学。

2) 某单跨厂房车间柱网布置:长度90m,柱距6m ,跨度18m,屋面材料:预应力大型屋面板1.

5m×6m。静载:屋架及支撑自重0.

4kn/m;屋面防水层 0.4kn/m2;找平层0.4kn/m;大型屋面板自重(包括灌缝)1.

4kn/m。活载(水平投影面上):屋面雪荷载0.

3kn/m;屋面检修荷载0.5kn/m。基本风压:

0.40kn/m2,柱截面为400mm×400mm,混凝土标号为c25。

其他同学:3)某金工车间,采用无檩屋盖体系,梯形钢屋架。跨度为27m,柱距6m,厂房高度为15.

7m,长度为156m。车间内设有两台200/50kn中级工作制吊车,计算温度高于-20℃。采用三毡四油,上铺小石子防水屋面,水泥砂浆找平层0.

5 kn/m,厚泡沫混凝土保温层0.1 kn/㎡,1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板1.

4kn/m。屋面积灰荷载为0.4kn/㎡,屋面活荷载为0.

4kn/㎡,雪荷载为0.4kn/㎡,风荷载为0.45 kn/㎡。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上,柱截面为400mm×400mm,混凝土标号为c20。

根据上述设计资料设计一钢屋架。

四、必须提交的成果。

1、 手写计算书一份。要求有详细计算过程及相关图示必须有节点设计及节点图;

2、 手绘二号施工图一张。要求图面整洁、规范并附材料表及有关说明,所有直线均用尺子比画。

五、参考书。

图书馆查找荷载规范、钢结构类书籍。

爱人者,人恒爱之;敬人者,人恒敬之;宽以济猛,猛以济宽,政是以和。将军额上能跑马,宰相肚里能撑船。

最高贵的复仇是宽容。有时宽容引起的道德震动比惩罚更强烈。

君子贤而能容罢,知而能容愚,博而能容浅,粹而能容杂。

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感情不是游戏,谁也伤不起;人心不是钢铁,谁也疼不起。好缘分,凭的就是真心真意;真感情,要的就是不离不弃。

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动了真情,情才会最难割;付出真心,心才会最难舍。

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