鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計指導(dǎo)書(1).doc

鋼屋架課程設(shè)計指導(dǎo)書由于鋼結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性能好、自重輕和建設(shè)周期短等優(yōu)點，因而在重型或大型廠房、大跨度的公共建筑中，已愈來愈多地使用鋼屋蓋結(jié)構(gòu)。鋼屋蓋的承重結(jié)構(gòu)體系通常有平面鋼桁架體系、空間桁架、網(wǎng)架和懸索等。一、 屋蓋結(jié)構(gòu)體系1. 無檁設(shè)計方案在鋼屋架上直接放置預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，其上鋪設(shè)保溫層和防水層。這種方案的優(yōu)點是整體性好，橫向剛度大。所以對結(jié)構(gòu)的橫向剛度要求高的廠房宜采用無檁設(shè)計方案。2. 有檁設(shè)計方案在鋼屋架上設(shè)置檁條，檁條上面再鋪設(shè)輕型屋面材料。對于橫向剛度要求不高，尤其是不需做保溫層的中小型廠房宜采用。二、 屋蓋支撐鋼屋架在其自身平面內(nèi)為幾何不變體系并具有較大的剛度。但這種體系在垂直于屋架平面的側(cè)向（即屋架平面外）的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。為了保證房屋的安全、適用和滿足施工要求，在屋蓋系統(tǒng)中必須設(shè)置必要的支承體系，把平面屋架相互連接起來，使之成為一個穩(wěn)定而剛強的整體。三、 屋架的形式和主要尺寸1. 屋架形式確定的原則（1） 滿足使用要求。屋架外形應(yīng)與屋面材料的排水相適應(yīng)。比如，當(dāng)屋面采用瓦類等時，屋架上弦坡度應(yīng)做得陡些，一般取1/41/2，以利于排水。當(dāng)采用大型屋面板時，則要求坡度平緩些，一般取1/121/8。（2） 滿足經(jīng)濟(jì)要求。屋架外形應(yīng)盡量接近彎矩圖形。腹桿的布置應(yīng)使短桿受壓，長桿受拉，且桿件數(shù)以少為宜?？傞L度要短，桿件夾角宜在3060度之間。同時應(yīng)注意盡可能避免非節(jié)點荷載作用，以免弦桿局部受彎而多耗鋼材。（3） 滿足制造、安裝和運輸要求。設(shè)計節(jié)點構(gòu)造要簡單合理，節(jié)點數(shù)宜少，容易制造，且盡量減少節(jié)點處的應(yīng)力集中。2. 普通鋼屋架的形式（1） 三角形鋼屋架。（2） 梯形鋼屋架。（3） 平行弦鋼屋架。（4） 人字形鋼屋架。3. 屋架的主要尺寸（1）跨度。柱網(wǎng)縱向軸線的間距就是屋架的標(biāo)志跨度，以3m為模數(shù)。屋架的計算跨度是屋架兩端支反力之間的距離。（2）高度。根據(jù)屋架的容許撓度可確定最小高度，最大高度則取決于運輸界限，例如鐵路運輸界限為3.85m；屋架的經(jīng)濟(jì)高度是根據(jù)上下弦桿和腹桿的總重量為最小的條件確定；有時，建筑設(shè)計也對屋架的最大高度加以某種限制。一般情況下，設(shè)計屋架時，首先根據(jù)屋架形式和設(shè)計經(jīng)驗先確定屋架的端部高度，再根據(jù)屋面坡度計算跨中高度。對于三角形屋架， =0；陡坡梯形屋架取=0.5-1.0m ；緩坡梯形屋架取=1.8-2.1m。因此，跨中屋架高度為式中i屋架上弦桿的坡度。人字形屋架跨中高度一般為2.02.5m，跨度大于36m時可取較大高度，但一般不宜超過3m；端部高度一般為跨度的1/81/12。人字形屋架：h（1/10-1/8） ?？缍容^大的桁架，在荷載作用下將產(chǎn)生很大的撓度。所以可以采用起拱的方法：預(yù)先給屋架一個向上的反彎拱度。起拱高度一般為跨度的1/500。四、 設(shè)計步驟1. 屋架荷載計算與荷載效應(yīng)組合（1） 屋蓋上的荷載。屋蓋上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類。永久荷載包括屋面材料和檁條、支撐、屋架、天窗架等結(jié)構(gòu)的自重；可變荷載包括雪荷載、風(fēng)荷載等，一般可按荷載規(guī)范查取。屋架和支撐的自重可按下面經(jīng)驗公式進(jìn)行估算：，式中為屋架的標(biāo)志跨度。（2） 節(jié)點荷載匯集。屋架所受的荷載一般通過檁條或大型屋面板的邊肋以集中力的方式作用于屋架的節(jié)點上。即：式中為按屋面水平投影面分布的荷載標(biāo)準(zhǔn)值 a為上弦節(jié)間的水平投影長度 s為屋架的間距。（3） 荷載效應(yīng)組合。設(shè)計時要考慮施工及使用階段可能遇到的各種荷載及其組合的可能情況，對屋架進(jìn)行內(nèi)力分析時應(yīng)按最不利組合取值。一般應(yīng)考慮以下三種組合：組合一：全跨恒載+全跨活載；組合二：全跨恒載+半跨活載；組合三：全跨屋架、支撐和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活載在進(jìn)行荷載效應(yīng)組合時，屋面活荷載和雪荷載不同時考慮，取兩者中的較大值進(jìn)行組合。2. 屋架桿件內(nèi)力計算（1） 基本假定：節(jié)點為鉸接；所有桿件的軸線都在同一平面內(nèi)，且相交于節(jié)點的中心；荷載都作用在節(jié)點上，且都在屋架平面內(nèi)。（2） 桿件的計算長度。參考鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第5.3.1條的規(guī)定。（3） 屋架桿件的內(nèi)力計算。（4） 桿件的容許長細(xì)比。3. 屋架桿件設(shè)計 （1） 桿件的合理截面。 （2） 墊板。為了使兩個角鋼組成的桿件起整體作用，應(yīng)在兩個角鋼相并肢之間焊上墊板（或填板）。墊板厚度與節(jié)點板厚度相同，墊板寬度一般取4060左右。T形截面時墊板長度比角鋼肢寬大1015。墊板間距L在受壓構(gòu)件中不大于40i，在受拉桿件中不大于80i。在T形截面中i為一個角鋼對平行于墊板自身重心軸的回轉(zhuǎn)半徑。 （3） 節(jié)點板厚度。鋼桁架各桿件在節(jié)點處都與節(jié)點板相連，傳遞內(nèi)力并相互平衡。節(jié)點板應(yīng)力復(fù)雜并難于分析，通常不作計算。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范給出了單壁式桁架節(jié)點板厚度選用表，設(shè)計時可參考。 （4） 桿件設(shè)計。當(dāng)桿件以承受軸力為主時，按軸心壓桿或拉桿計算；當(dāng)桿件同時承受較大彎矩時，按壓彎或拉彎構(gòu)件計算。計算強度時，應(yīng)注意對削弱處進(jìn)行凈截面強度驗算。計算桿件整體穩(wěn)定時，應(yīng)注意兩個方向的穩(wěn)定性都進(jìn)行計算。4. 屋架節(jié)點設(shè)計節(jié)點的作用是把匯交于節(jié)點中心的桿件連接在一起，一般都通過節(jié)點板來實現(xiàn)。各桿的內(nèi)力通過各自與節(jié)點板相連的角焊縫把桿力傳到節(jié)點板以取得平衡。所以節(jié)點設(shè)計的任務(wù)是：根據(jù)節(jié)點的構(gòu)造要求，確定各桿件的切斷位置；根據(jù)焊縫的長度，確定節(jié)點板的形狀和大小。（1）下弦一般節(jié)點的設(shè)計方法下弦一般節(jié)點是指下弦桿直通連續(xù)和沒有節(jié)點集中荷載的節(jié)點。計算下弦節(jié)點中各腹桿與節(jié)點板所需的連接焊縫長度：肢背焊縫： 肢尖焊縫： （2）上弦一般節(jié)點的設(shè)計方法計算上弦節(jié)點中各腹桿與節(jié)點板所需的連接焊縫長度與下弦節(jié)點中各腹桿與節(jié)點板所需的連接焊縫長度方法相同。（3）屋脊拼接節(jié)點的設(shè)計方法拼接角鋼與受壓弦桿之間的連接可按弦桿最大內(nèi)力進(jìn)行計算，每邊共有4條焊縫平均承受此力。則一條焊縫的計算長度為：拼接角鋼的總長度為：弦桿桿端空隙對于弦桿與節(jié)點板之間的連接焊縫，假定節(jié)點荷載P由上弦角鋼肢背處的焊縫承受，按下式計算： 而上弦角鋼肢尖與節(jié)點板的連接焊縫按上弦桿最大內(nèi)力的15計算，并考慮由此產(chǎn)生的彎矩M0.15Ne。（4）下弦拼接節(jié)點的設(shè)計方法 拼接角鋼與下弦桿之間每邊有4條角焊縫連接，可近似認(rèn)為4條焊縫均勻受力。拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫按下弦桿截面積等強度計算。即有：拼接角鋼的總長度為：下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫按下弦較大內(nèi)力的15和兩側(cè)下弦的內(nèi)力之差兩者中的較大者進(jìn)行。（5）支座節(jié)點的設(shè)計方法 屋架與柱的連接有簡支和剛接兩種形式，支承于鋼筋混凝土柱或磚柱上的屋架一般為簡支，而支承于鋼柱上的屋架通常為剛接。簡支屋架的支座節(jié)點，由節(jié)點板、加勁肋、支座底板和錨栓等部分組成。支座底板的面積A：錨栓孔缺口面積，R為屋架的支座反力底板的厚度應(yīng)按下式計算：，式中M為兩鄰邊支承板單位板寬的最大彎矩，為系數(shù)（查表），為兩相鄰支承邊對角線長度。5. 屋架施工圖的繪制鋼屋架施工圖是制造廠和工地結(jié)構(gòu)安裝的重要依據(jù)。繪制屋架施工圖時應(yīng)注意以下幾個方面的內(nèi)容：（1）通常在圖紙左上角用合適的比例畫出“屋架幾何軸線圖（屋架簡圖）?！眻D中一半標(biāo)出幾何長度，一半標(biāo)出桿件的計算內(nèi)力值。起拱值在屋架簡圖上標(biāo)出來。（2）繪制屋架的施工圖，通常采用兩種比例尺繪制，桿件軸線一般用1：201：30的比例尺，桿件截面和節(jié)點尺寸采用1：101：15的比例尺。（3）繪制屋架上、下弦桿的平面圖、屋架端部和跨中的側(cè)面圖及必要的剖面圖。（4）注明各桿件