27m簡(jiǎn)支人字形屋架設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)普通人字形鋼屋架，熟練掌握普通人字開(kāi)鋼屋架的設(shè)計(jì)步驟和施工圖的繪制方法。 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、屋蓋結(jié)構(gòu)體系； 2、檁條和屋蓋支撐的布置； 3、屋架的形式和主要尺寸； 4、鋼材及焊條的選用； 5、荷載、內(nèi)力計(jì)算和內(nèi)力組合； 6、桿件截面選擇； 7、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)； 8、鋼屋蓋施工圖的繪制。 三、設(shè)計(jì)資料 1、長(zhǎng)尺壓型鋼板屋面，焊接工字鋼檀條（間距5m）； 2、屋架間距（柱距）為12m； 3、屋面離地面高度約為20m。 4、荷載 （1）壓型鋼板：0.15KN/㎡； （2）檁條：0.10KN/㎡； （3）屋架及支撐自重：gk=(0.12+0.10L)KN/㎡，L為屋架的標(biāo)志跨度（m）； （4）風(fēng)荷載為0.5KN/㎡和雪荷載為0.2KN/㎡，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5KN/㎡。 5、材料 （1）鋼材采用Q235-B，焊條采用E43型； （2）屋架支撐于鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。 四、設(shè)計(jì)要求 1、計(jì)算書(shū) （1）支撐布置體系及檁條設(shè)計(jì)(有檁屋蓋)； （2）屋架設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟。 計(jì)算書(shū)完整包括：設(shè)計(jì)資料、結(jié)構(gòu)形式與布置、荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、桿件設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。 2、施工圖 （1）繪制支撐布置圖； （2）繪制鋼屋架施工詳圖。 圖紙內(nèi)容包括以下幾項(xiàng)： 1） 屋架簡(jiǎn)圖(一般布置在圖面的左上角)； 2） 屋架正立面圖； 3） 上、下弦桿俯視圖，必要的剖面； 4） 屋架支撐詳圖及零件詳圖； 5） 材料表； 6） 施工圖說(shuō)明； 7） 標(biāo)題欄 繪制要求：采用鋼筆或CAD繪制，圖面布置合理，文字規(guī)范，線(xiàn)條清楚并符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到施工圖要求。 五、參考資料 （1）《鋼結(jié)構(gòu)》（第二版），魏明鐘主編，武漢理工大學(xué)出版社，2002； （2）《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》，王國(guó)周，瞿履謙主編，清華大學(xué)出版社，1993； （3）《鋼結(jié)構(gòu)》盧鐵鷹主編，西南師范大學(xué)出版社，1993； （4）《鋼結(jié)構(gòu)》陳紹蕃主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994； （5）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003），中國(guó)計(jì)劃出版社，2003。 六、人字形鋼屋架課程設(shè)計(jì)實(shí)例 1、設(shè)計(jì)資料 已知條件：人字形鋼屋架跨度詳見(jiàn)表1.0，屋面坡度為1：10，屋架間距為12m，廠房長(zhǎng)度為96m，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。屋面采用長(zhǎng)尺寸壓型鋼板，軋制H型鋼檁條，水平間距為5m。地面粗糙度可為B類(lèi)，基本風(fēng)壓為0.5kN/㎡,屋面離地面高度約為20m，雪荷載為0.2kN/㎡。鋼材采用Q235-B焊條為E43型。桿件容許長(zhǎng)細(xì)比：屋架壓桿[]=150，屋架拉桿[]=350。 2、屋架尺寸，支撐布置 LO=L-300=27000-300=26700mm，端部及中部高度均取作1800mm。屋架桿件幾何長(zhǎng)度及支撐布置見(jiàn)下圖1、圖2。 圖1 圖2 3、荷載、內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合 1）永久荷載（水平投影面） 壓型鋼板自重 0.15×=0.151/㎡ 檁條自重(約為0.5KN/m) 0.1KN/㎡ 屋架及支撐自重 0.01L=0.27KN/㎡ 0.151/㎡+0.1KN/㎡+0.27KN/㎡=0.521KN/㎡ 2)因屋架受荷水平投影面積超過(guò)60㎡，故屋面均布活荷載取為（水平投影面）0.30KN/㎡，大于雪荷載，故不考慮雪荷載。 3)風(fēng)荷載高度變化系數(shù)為1.25, 屋面迎風(fēng)面為-0.6，背風(fēng)面為-0.5,所以負(fù)風(fēng)壓的設(shè)計(jì)（垂直于屋面）為 迎風(fēng)面 ω1=-1.4×0.6×1.25×0.50=-0.525KN/㎡ 背風(fēng)面 ω2=-1.4×0.5×1.25×0.50=-0.4375KN/㎡ ω1和ω2垂直于水平面的分力已略超過(guò)或接近于荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0時(shí)的永久荷載，幫受拉桿件在永久荷載與風(fēng)荷載聯(lián)合作用下將受壓，但此壓力很小，這里不計(jì)算風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，只將所有拉桿的長(zhǎng)細(xì)比控制在250以?xún)?nèi)。 4）上弦節(jié)點(diǎn)集中荷載的設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制的組合為: Q=(1.2×0.521+1.4×0.27)×5×12=60.192KN 5)內(nèi)力計(jì)算?？缍戎醒朊總?cè)各兩根腹桿按壓桿控制其長(zhǎng)細(xì)比，不考慮半跨荷載作用情況，只計(jì)算全跨滿(mǎn)載時(shí)的桿件內(nèi)力。 因桿件較少，以數(shù)解法（截面法、節(jié)點(diǎn)法）求出各桿件內(nèi)力，見(jiàn)圖2 圖2 4、桿件截面選擇 腹桿最大內(nèi)力N=-253.05KN，因本屋架最大內(nèi)力所在節(jié)點(diǎn)無(wú)豎腹桿又無(wú)加勁肋加強(qiáng)，應(yīng)將最大壓力乘以1.25(等于316KN)，查《單壁式屋架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表》,選用中間節(jié)點(diǎn)板厚度t=10mm。 1）上弦。整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。Nmax=630.15kN，==452.2cm。選用TM195×300×10×16，A=68.35㎡，=5.03cm，=7.26cm，=3.4cm。 ===89.9﹤=150 ===62.9﹤=150 = 其中： （㎡） （㎡） 由查得 2）下弦。下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。 選用TW125×250×9×14，，。 3）斜腹桿。 ①桿件a-2： N=+220.18kN, 選用2∟75×50×6(長(zhǎng)肢相并)，，。 填放板放兩塊，。 ②桿件b-2: N=-253.05kN, 。 選用2∟90×7，，。 因?yàn)? 所以: 填板放兩塊，。 ③桿件b-3： N=+137.78kN,， 選用2∟50×5，，。 , 填板放兩塊，。 ④桿件c-3： N=-151.86,。 選用2∟63×5，，。 , 填板放兩塊，。 ⑤桿件c-4： N=+45.92,。 選用2∟50×5，，。 , 填板放兩塊，。 ⑥桿件d-4： N=-50.62,，。 選用2∟63×5，，。 填板放兩塊，。 具體桿件截面見(jiàn)下表。連接垂直支撐中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計(jì)算長(zhǎng)度。 屋架桿件截面 桿件 名稱(chēng) 桿 件 號(hào) 內(nèi)力 設(shè)計(jì)值 （kN） 計(jì)算長(zhǎng)度（m） 選用 截面 截面 面積 A（㎡） 桿件 受力 類(lèi)型 長(zhǎng)細(xì)比 計(jì)算 應(yīng)力（mpa） 容許長(zhǎng) 細(xì)比 桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫(mm) 填板數(shù)(每節(jié)間) 上 弦 桿 a-b -196.42 4.522 4.522 TM195×300×10×16 68.35 壓桿 89.9 62.9 0.555 191.94 150 --- 2 b-c -478.89 c-d -630.15 下弦桿 1-2 0 4.522 13.5 TW125×250×9×14 46.09 拉桿 151.2 238.5 --- 144.92 350 --- 1 2-3 362.78 3-4 592.34 4-5 667.95 斜腹桿 a-2 220.18 2.634 2.643 ┐┌ 75×50×6 14.52 拉桿 123 134 --- 151.63 350 6-130 5-100 2 b-2 -253.05 0.8X3.027 =2.4216 3.027 ┐┌ 90×7 24.60 壓桿 87.1 108.9 0.578 177.93 150 6-180 5-100 2 b-3 137.78 0.8X2.746 =2.196 2.746 ┐┌ 50×5 9.60 拉桿 143.58 112.08 --- 143.52 350 6-90 5-60 2 c-3 -151.86 0.8X3.027 =2.4216 3.027 ┐┌ 63×5 15.82 壓桿 97.64 83.39 0.578 95.99 150 6-110 5-60 3 c-4 45.92 0.8X2.746 =2.196 2.746 ┐┌ 50×5 12.28 拉桿 113.23 92.77 --- 29.02 150 6-60 5-30 3 d-4 -50.62 0.8X3.027=2.196 3.027 ┐┌ 63×5 12.28 壓村 124.82 102.26 0.578 41.22 150 6-50 5-30 3 豎腹桿 d-5 132.90 0.9X2000=1.620 ┽50×50 9.60 拉桿 93.8 --- 149.7 200 6-100 5-60 4 5、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 由于上弦桿腹板厚度10mm，下弦桿腹板厚度9mm，故支座節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)板厚度均取用10mm。 （1） 下弦節(jié)點(diǎn)“2”如圖（1） 腹桿與節(jié)點(diǎn)的連接焊縫，a-2桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下: 肢背 ，取130mm 肢尖 ，取100mm 腹桿b-2桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼)。 肢背 ，取150mm 肢尖 ，取100mm 驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫，內(nèi)力差，由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點(diǎn)板尺寸，量得實(shí)際節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度是50.0cm，對(duì)接焊縫長(zhǎng)度50.0cm（加引弧板施焊），厚度9mm。此對(duì)接焊縫承受剪力V=422kN,彎矩。 剪應(yīng)力 彎曲應(yīng)力 （滿(mǎn)足要求） （2） 上弦節(jié)點(diǎn)“b”如圖（2） 腹桿b-2桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼)。 肢背 ，取180mm 肢尖 ，取100mm 腹桿b-3桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼)。 肢背 ，取100mm 肢尖 ，取60mm 由于上弦桿腹板較寬，經(jīng)用大樣圖核實(shí)，此節(jié)點(diǎn)可以將腹桿直接焊在腹板上，面不必另加節(jié)點(diǎn)板,上弦節(jié)點(diǎn)“c”的構(gòu)造與節(jié)點(diǎn)“b”類(lèi)似。 腹桿c-3桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼). 肢背 ，取110mm 肢尖 ，取60mm 腹桿c-4桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼). 肢背 ，取60mm 肢尖 ，取30mm （3） 屋脊節(jié)點(diǎn)“d”（拼接節(jié)點(diǎn)）如圖（3） 腹桿d-4桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼). 肢背 ，取50mm 肢尖 ，取30mm 腹桿d-5桿肢背及肢尖的焊腳尺寸取，則所需焊縫長(zhǎng)度如下(注意：此桿選用的截面為等邊角鋼). 肢背 ，取100mm 肢尖 ，取60mm 弦桿的拼接采用水平蓋板和豎向拼接板連接，水平蓋板（寬340mm，厚16mm）和豎向拼接板(寬120mm，厚10mm)與T字鋼弦桿的翼緣和腹板等強(qiáng)度連接，計(jì)算如下。 翼緣焊縫（采用） 水平蓋板長(zhǎng): 腹板焊縫（采用） 豎向拼接板的內(nèi)側(cè)不能焊接，將其端部切斜以便施焊。豎向拼接板長(zhǎng)L=500mm，其端部和外側(cè)縱焊縫已超過(guò)需要的焊縫長(zhǎng)度。 （4） 支座節(jié)點(diǎn)“a”如圖（4） 弦桿與支座節(jié)點(diǎn)板的對(duì)接焊縫計(jì)算，此焊縫承受 剪應(yīng)力 (滿(mǎn)足要求) 正應(yīng)力 (滿(mǎn)足要求) 計(jì)算底板及加勁肋等. 1）底板計(jì)算 支反力 ，,所需底板面積 錨栓直徑取,錨栓孔直徑為，則所需底板面積 按構(gòu)造要求采用底板面各，錨栓墊板采用 ，孔徑。底板實(shí)際應(yīng)力計(jì)算如下。 ，查表《軸心受壓構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)值》得,則 所需底板厚度 按構(gòu)造取，底板尺寸為。 2）加勁肋與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算 一個(gè)加勁肋的連接焊縫所承受的內(nèi)力取為 加勁肋高度取與支座節(jié)點(diǎn)板相同，厚度取與支座節(jié)點(diǎn)板相同，截面為 。采用，驗(yàn)算焊縫應(yīng)力，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度 對(duì)V 對(duì)M （滿(mǎn)足要求） 3）節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板連接焊縫計(jì)算 取，實(shí)際的焊縫總長(zhǎng)度 焊縫設(shè)計(jì)應(yīng)力 （滿(mǎn)足要求） 4）人字形屋架施工圖見(jiàn)下：