华南理工大学钢屋架课程设计

1、 钢屋架课程设计 名姓 院通学在所木 院与交学土 业程专木土工 级班 学号 第一章：设计资料，屋，屋盖采用梯形钢屋架，柱距6m24m，长度90m 建造于广州郊区的某层单跨工业厂房，跨度L ，柱的混凝土400m10m，无吊车。钢屋架两端铰接于钢筋混凝土柱上。柱头截面为400mm架下弦标高为预应力混凝土屋面板，6.0m=1:10，屋盖体系采用无檩体系，屋面采用1.5m强度等级为C30；屋面坡度为i）GB/T-2006Q235，应符合碳素结构钢（上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层。钢材采用对应的焊Q235的规定,焊条采用与规定的钢化学成分和机械性能。手工焊接用的焊条应符合GB/T511

2、7-95? 。150屋架拉杆350型。柱网布置如图材E432.1所示，杆件容许长度比：屋架压杆 第二章：结构形式与布置 柱网布置2.1 A00042B500550060006000600060006000600060006000600060006000600060005500500118916537617421581012111413 图2.1 柱网布置图 2.2屋架形式及几何尺寸 由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i1/10。屋架跨度l24m，每端支座缩进0.15m，计算跨度ll20.15m23.7m；端部高度取H2m，中部高度H003.2m；起拱

3、按fl/500，取50mm，起拱后的上弦坡度为1/9.6。 0配合大型屋面板尺寸（1.56m），采用钢屋架间距B6m，上弦节间尺寸1.5m。选用屋架的杆件布置 和尺寸如施工图所示。 屋架的杆件尺寸图2.2 2.3支撑布置开间及中部开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支5.5m由于房屋较长，在房屋两端道系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚3撑。中间各屋架用系杆联系，上下弦各在两端和中央设 性系杆。 0004290000 图2.3 上弦平面 1100 4222 90000 22 11 图2.4下弦平面与剖面 第三章：荷载计算及杆件内力计算 3.1屋架荷载计算 表3.1 屋架荷载计算

4、表 分类 荷载项目名称荷载大小2 （kN/m） 组合系数2） kN/m组合值（ 永久荷载 三毡四油防水层0.4 1.2 0.48 20mm厚水泥砂浆找平层0.4 0.48 120mm厚加气混凝土保温层0.72 0.864 一毡二油隔气层0.05 0.06 预应力混凝土大屋面板（加灌缝）1.45 1.74 屋架及支撑自重0.384 0.4608 总计4.0848 可变荷载 屋面活荷载0.4 1.4 0.56 施工荷载 （取较大值）0.7 0.98 雪荷载0.35 0.49 总计 永久+可变4.6448 施工屋面板+自重+3.1808 3.2屋架杆件内力系数 屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件

5、内力系数经计算如图所示。屋架上弦左半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力 系数k、k、k（kk）按图3.1所示，并已抄入表3.2中。 RLRL 图3.1 屋架内力系数图 3.3杆件内力组合 1 组合一全部恒、活荷载 2，F=4.64481.56=41.8032 kN， 全部恒、活荷载：q=4.6448 kN/m 杆件组合内力 N=41.8032 kN 12 组合二全跨恒荷载、半跨活荷载（相应于全跨恒、活荷载减去半跨活荷载） 2，F=0.561.56=5.04 kN活荷载q=0.56 kN/m， 杆件组合内力 N= N5.04k（kN） 2L,R1 组

6、合三全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载：32 2， F=0.46081.5屋架和支撑重： q= 0.4608 kN/m6=4.1472 kN/m， 22，施工荷载： 屋面板板重：q=1.74kN/mq=0.98 kN/m F=（1.74+0.98）1.56=24.48 kN， 杆件组合内力 N= 4.1472k+24.48k（kN） 3L,R、k k3.2杆件内力组合见表，其中第二、三组合对个别正负号的杆件计算，因为这种情况下第二、RL。 三组合的弦杆左右节间内力差NN（设计弦杆焊缝用）将大于第一组合的 表3.2 屋架杆件内力组合表 杆 件杆件编 号内力系数 组合1 组合2 组合3 内力值

7、 k kl全跨（恒+活） 全跨恒+半跨活 全跨屋架支撑+半跨活 N kr(1) N=Fk 1Fkl,r 活(2) N2 (1)-(2) Fk 架(3) kFl,r 板活(4) N3(3)+(4) 上 弦 杆AB 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 BD -8.729 -6.253 -364.90 -31.52 -333.38 -36.20 -153.07 -189.27 -364.90 -2.476 -12.48 -352.42 -60.61 -96.81 DF -13.522 -9.036 -565.26 -45

8、.54 -519.72 -56.08 -221.20 -277.28 -565.26 -4.486 -22.61 -542.65 -109.82 -165.90 FK -15.227 -9.152 -636.54 -46.13 -590.41 -63.15 -224.04 -287.19 -636.54 -6.075 -30.62 -605.92 -148.72 -211.87 KH -14.724 -7.362 -615.51 -37.10 -578.41 -61.06 -180.22 -241.28 -615.51 -7.362 -37.10 -578.41 -180.22 -241.28

9、 下 弦 杆 ac 4.739 3.489 198.11 17.58 180.53 19.65 85.41 105.06 198.11 1.250 6.30 191.81 30.60 50.25 ce 11.524 7.999 481.74 40.31 441.43 47.79 195.82 243.61 481.74 3.525 17.77 463.97 86.29 134.08 eg 14.621 9.324 611.20 46.99 564.21 60.64 228.25 288.89 611.20 5.297 26.70 584.50 129.67 190.31 gh 15.132 8

10、.416 632.57 42.42 590.15 62.76 206.02 268.78 632.57 6.716 33.85 598.72 164.41 227.17 斜 腹aB -8.872 -6.532 -370.88 -32.92 -337.96 -36.79 -159.90 -196.69 -370.88 -2.34 -11.79 -359.09 -57.28 -94.07 Bc 6.779 4.667 283.38 23.52 259.86 28.11 114.25 142.36 283.38 2.112 10.64 272.74 51.70 79.81 cD -5.424 -3.

11、395 -226.74 -17.11 -209.63 -22.49 -83.11 -105.60 -226.74 -2.029 -10.23 -216.51 -49.67 -72.16 De 3.683 1.892 153.96 9.54 144.42 15.27 46.32 61.59 杆 杆件上弦下弦斜杆内力设 杆件计值aB Bc cD 斜De eF 杆1.791 9.03 144.93 43.84 59.11 153.96 eF -2.486 -0.697 -103.92 -3.51 -100.41 -10.31 -17.06 -27.37 -103.92 -1.789 -9.02 -9

12、4.90 -43.79 -54.10 Fg 1.101 -0.456 46.03 -2.30 48.33 4.57 -11.16 -6.59 -6.59 1.557 7.85 38.18 38.12 42.69 46.03 gK 0.038 内力kN 1.560 计算长度1.59 mm 截面形式及规 7.86 截面-6.27 回转半径0.16 长细比cm 38.19 38.35 稳定系数38.35 应力设 -1.522 -7.67 9.26 -37.26 -37.10 -37.10 计值Kh N-1.096 需要的焊缝 -2.474 l0x -45.82 格l 0y采用的焊缝 ) 计算-12.

13、47 2 cm(mm) -33.35 iix -4.55 ? yx-60.56 ? 双角钢角焊缝计算公式-65.11 ? -65.11 ? 1.378 2(mm6.95 l按表值w -52.77 +2hf33.73 y29.18 x 29.18 yN/mm 竖 腹 杆 Aa FK gk (kN) -370.88 283.38 -0.5 -636.54 632.57 hlf11076 822 -0.5 1508 w1 -20.90 10 3016 1409011850 8010 -lhhlw2f2f1w1580 5-230 443 5-180 -2.52 44.522 -18.38 6.77 2

14、.56 - lhw2f2 -2.07 58.9 123.97 -12.24 44.5 -14.31 0.8135 -20.90 175.7 209.1 kN10 3000 0.00 30.252 -20.90 2.42 3.74 5-130 5-100 0.00 316.84 -2.07 ?hlCc aB Bc -226.74 153.96 -1.0 -370.88 283.38 709 481 -1.0 2539 -41.80 2539 125808 2622 125808 304 5-160 5-110 206 -5.04 31.978 -36.76 4.01 3.27 5-80 -4.1

15、5 63.3 52.3 角钢肢背： 角钢肢尖： -24.48 77.6 -28.63 1wf1 -41.80 164.9 0.7034 88.6 w2?0.7ffkN20 2098 0.00 31.978 -41.80 4.01 3.27 5-60 0.00 80.2 -4.15 ?lh22wfEe cD De -103.92 46.03 -1.0 -226.74 153.96 325 144 -1.0 2298 -41.80 2873 906 2873 906 5-80 139 62 5-40 -5.04 21.274 -36.76 4.05 2.79 5-40 5-40 -4.15 82.

16、4 82.4 -24.48 70.9 -28.63 0.6722 -41.80 158.6 72.4 2?0.7f0 2298 0.00 21.274 -41.80 4.05 2.79 0.00 70.9 -4.15 Gg eF -1.0 -103.92 -6.59 -1.0 2506 -41.80 906 3132 -5.04 21.274 -36.76 2.79 4.05 -4.15 89.8 -24.48 77.3 -28.63 0.6224 -41.80 78.5 0 0.00 -41.80 0.00 -4.15 Hh Fg Kh 1.966 46.03 -65.11 0.983 25

17、06 82.19 6 3132 903399 906 4.95 21.274 77.24 2.79 4.05 8.15 89.8 97.5 24.06 77.3 32.21 0.6224 82.19 5.0 30.5 0.983 2716 4.95 21.274 77.24 2.79 4.05 24.06 83.9 32.21 0.5715 支座反力gK 8 29.18 38.35 -37.10 6.025 334.43 3399 906 30.37 304.06 33.18 97.5 147.49 180.67 334.43 -85.6 Aa 1.975 2719 -20.90 2015 9

18、.95 21.274 2015 6310 324.48 2.79 4.05 23.314 1.88 3.07 48.35 83.9 107.2 81.53 0.5715 65.6 0.5098 第四章：屋架杆件截面选型 由表3.2知，腹杆最大内力N-370.88 kN，查得采用节点板厚t10mm，支座节点板厚度为t=12mm。 4.1杆件截面选型 （1）上弦杆。整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算，N= -636.54 kN，取l=150.8cm，l=301.6cm， 0y0xFK 2?， 215N/mmb类截面 0.688，截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。先假设f=80，max2? ）43

19、03.27mm215636540/（N A/0.688f ?/li?=150.8/80 =1.885cm maxxx0?/l?i 3.77cm =301.6/80=maxy0y查课本上册附表2-5b，选用1409010，短肢相并双角钢。 2 =6.77cm。=2.56cm，A=44.522cmi，iyx?=150 验算：=150.8/2.56=58.9x?=150 =301.6/6.77=44.5 y?=0.8135 x2 2 ?=215N/mm4452.2)=175.7N/mmf=N/ A8010热轧等边角钢短肢相并，A=30.252cm需要面积A=632570/215=2942.19mm，

20、选用2nni=2.42cm，i=3.74cm， yx?=350 验算：=300/2.42=123.97x?=350 =1185/3.74=316.84 y2 2? =215N/mm N/A=632570/3025.2=209.1N/mmf= 2?， 215N/mm0.555l=253.9cm，先假设，=100，b类截面f。（3）端斜杆aBN=-370.88 kN，max0xaB2? ）3108.15mm370880/（0.555 AN/215f ?/?li=253.9/100=2.539cm maxxx0 查课本上册附表2-5b，选用125808，长肢相并双角钢。 2，i=4.01cm，i=3

21、.27cm A=31.978cm。 yx?=150 验算：=253.9/4.01=63.3x?=150 =253.9/3.27=77.6 y?=0.7034 y2 2 ? f=215N/mm= N/3197.8)=164.9N/mmA=370880/(0.7034（4）斜腹杆Kh-gK。采用相等截面形式，最大压力为N=-65.11 kN，最大拉力为N=38.35 kN，gKKh2?，215N/mm ，f=100，b类截面0.555l=339.90.8=271.9cm，先假设max0x2? 545.65mm215）（f65110/0.555A N/?/?li=271.9/100=2.719cm

22、maxx0x 查课本上册附表2-4b，选用906，等边角钢相并。 2，i=2.79cm，i=4.05cm。=21.274cm A yx?=150 受压验算：=271.9/2.79=97.5x?=150 =339.9/4.05=83.9y?=0.5715 x2 2 ?=215N/mmf=N/ A=65110/(0.55682127.4)=55.0N/mm2 2 ? f受拉验算：=215N/mm=N/A=38350/2127.4=18.0N/mm（5）斜腹杆cD-De-eF-Fg。采用相等截面形式，最大压力为N=-226.74 kN，最大拉力为N=153.96 kN，DecD2?，215N/mm

23、，f=100，b类截面l=287.30.8=229.8cm，先假设0.555max0x2? ）1900.2mm（0.555N/215f226740/ A?/li?=229.8/100 =2.298cm max0xx 查课本上册附表2-4b，选用906，等边角钢相并。 2，i=2.79cm，iA=21.274cm=4.05cm。 yx?=150 受压验算：=229.8/2.79=82.4x?=150 =287.3/4.05=70.9 y?=0.6722 x2 2 ?=215N/mm 2127.4)=158.6N/mm= N/fA=226740/(0.67222 2 ?=215N/mm =1539

24、60/2127.4=72.4N/mm受拉验算：f=N/A（6）竖腹杆Cc-Ee-Gg-Aa。采用相等截面形式两等边角钢相并，最大压力N=-41.8 kN，l=2300.8=184cm，0xCc2?，215N/mm 0.555，f=100，b类截面=230cml，先假设max0y2? ）350.3mm（0.555N/215f41800/ A?/li?=184/100 =1.84cm max0xx?/li?= 230/100=2.30cm maxyy0 查课本上册附表2-5b，选用26310，等边角钢相并。 2，i=1.88cm，i=3.07cm。 A=23.314cmyx?=150 =184/1

25、.88=97.9受压验算：x?=150 =230/3.07=74.9 y?=0.5687 x2 2 ? 2331.4)=31.5N/mm=215N/mm f=N/ =41800/(0.5687A 2 2 ?（端竖杆AaAN/=41800/2331.4=17.9N/mm计算同上，采用相同截面） f=215N/mm受拉验算：=2，i=24.5cm12.3cm5两等边角钢组合成的十字截面，A=，63Hh（7）与竖向支撑相连的屋架竖杆。采用min最大内力为N=82.19 kN，计算长度l32300.8=2584mm，l=3230mm。 0y0x=Hh?=350 受拉验算：=323.0/24.5=13.

26、2max2 2 ? fN/A=82190/1230=66.8N/mm=215N/mm = 各杆件选型均按此法，选型见表4.1。 表4.1 屋架杆件截面选型表 217.6 31.5 74.9 3.07 97.9 0.5687 1840 2300 6310 23.314 1.88 Cc -41.80 竖杆36.6 84.7 0.4894 110.6 6310 23.314 1.88 3.07 2080 Ee -41.80 2600 42.8 0.419 84.5 23.314 1.88 3.07 123.4 2900 Gg -41.80 2320 6310 95.8 2.34 235.8 138.

27、0 82.19 3230 3230 455 8.58 1.37 Hh ， ）；10mm-370.88 kN（腹杆最大内力N注：t1节点板max2? 。350150f 2215N/mm；压杆，拉杆 第五章：屋架节点焊缝计算 5.1腹杆焊缝计算 表5.1 腹杆焊缝计算表 fFg 5-40 5-60 -65.11 87 203 Kh k k 215-40 5-40 120 38.35 51 gK 不等边角钢长边相连 0.65 0.35 5-40 28 5-40 65 等边角钢 0.70 0.30 Aa -20.90 0.250.75 不等边角钢短边相连 竖5-40 56 5-40 131 Cc -4

28、1.80 5-40 131 5-40 56 Ee -41.80 杆5-40 56 5-40 131 Gg -41.80 5-40 5-70 257 110 Hh 82.19 5.2上弦杆焊缝计算 表5.2 上弦杆焊缝计算表 采用的焊缝(mm) (mm) 需要的焊缝 节 NN N?计算l按表值+2h 2 1 组合 N?fw(kN) (kN) (kN) 点 - - llhhllhhw2f1w1f2w2w1f2f1B 8-70 1530 414 364.90 0 364.90 8-210 组合一D 8-50 839 8-130 -565.26 224 -364.9 200.36 组合一F 8-30

29、80 8-60 -636.54 -565.26 71.28 298 组合一K 8-30 33 -241.28 -211.87 29.41 123 8-40 组合三 5.3下弦杆角钢尖焊缝计算 表5.3 下弦杆角钢尖焊缝计算表 节N(kN) 点c 198.111 (kN) 481.74NN?2 (kN) 需要的焊缝 hlw1f1 1112 (mm) 采用的焊缝计算l按表值w- (mm) +2h f- N?组合一组合 283.63lhw2f2387 lhf1w18-160 lhw2f28-70 e 481.74 611.2129.46 506 173 8-80 8-40 组合一g 190.31 2

30、27.17 36.86 144 49 8-40 8-30 组合三 焊缝长度l按画节点图时为满足腹杆焊缝长度所确定得节点板实际宽度注：（中节点K的l略经放大使求1得的h较为合理）。 f25.4上弦屋脊拼接节点H 上弦杆起拱后坡度1/9.6，端部取直切，截面为1409010，拼接角钢用相同规格，热弯成型，角钢t?=（t+h+5）mm。设h10mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，需将拼接角钢削棱和切去肢的一部分，8mm，ff最大内力为：N=636.54 kN，每条焊缝长度为： 636540=177mm，取180mm l= w 4?0.7?8?160拼接角钢总长：L=2180+20=380mm，取400mm

31、 ?h实用25mm，45mm，为焊缝需切肢：切后余高t+h+5=10+8+5=23mm，拼接角钢竖肢原宽f45-2520mm，端部直切。 计算屋脊处弦杆与节点板的连接焊缝，取h5mm，需要焊缝长度按公式计算： f=?P2Nsin2?636540?sin5.9?41803.21l ?2h?2?5?29.9mmf=w= w8?0.7h?f160?5?.8?07ff 故按照构造决定节点板长度 5.5下弦拼接节点h 下弦杆为8010，拼接角钢用相同规格。角钢t10mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，用h8mm，焊f 缝为：N632570?180mm = l，取176.5mm w w4?0.7?8?160fh

32、4?0?.7f此处l是两弦杆端间空隙一侧所需的焊缝计算长度，焊缝实际长度为l+2h，故拼接角钢所需的长度Lfww为两倍实际焊缝长度加上弦杆端间空隙b（取10mm），即： 2?(180?2?8)?10?410mm)+b=，满足要求。 =2(Ll+2hfw拼接角钢水平肢宽80mm，故采用斜切，安装螺栓位置考虑以后连横向水平支撑时可以应用，其与斜切边的边距经检查足够。 ?h实用25mm，为焊缝需切肢：切后余高t+h+5=10+8+5=23mm，45mm拼接角钢竖肢原宽f45-2520mm，端部直切。 5.6下弦一般节点c Bc杆： h=5mm, h=5mm f2f1w=0.65283380/(20.

33、75160)=164.5mm，取l=0.75N/2hf170mm； 焊缝长度：肢背：fw1ew=0.35283380/(20.75160)=88.6mm=0.25N/2hf，取90mm； 肢尖：lfew2cD杆： h=5mm, h=5mm f2f1w=0.7226740/(20.75160)=141.7mm，取150mm； 焊缝长度：肢背：l=0.7N/2hffew1w=0.3226740/(20.75160)=60.7mm，取70mm；肢尖：l=0.3N/2hf fw2e。 40mm杆为竖杆，N=-41.8 kN很小，焊缝长度也按构造取Cc（其余下弦节点按此方法计算腹杆焊缝见表5.2 下弦杆焊缝计算表。） ?N=5mm, 41.0cm，h由上求得长度确定节点板尺寸410mm340mm，下弦节点连接焊缝长度为f481.74-198.11283.63 kN，受力较大的肢背处的剪应力为 2w2?， f焊缝强度满足要求。 0.75283630/20.75（410-10)75.97 N/mm160 N/mm ff5.7上弦一般节点B BC杆与节点板的焊缝