刚结构课程设计--单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计

1、.单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计（1.设计资料：1）题号22，屋面坡度1:10，长102m，跨度24m，柱距6m，地点：乌鲁木齐，基本雪压0.75N/m2，基本风压0.60N/m2，车间内设有两台200/50KN中级工作制吊车，轨顶标高8.000m。冬季最低温度-20摄氏度，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层。三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×

2、;400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2， （2）屋架计算跨度 ： （3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（为），屋架跨中起拱考虑，取48m.2.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示： 图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸 根据厂房长度（102m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间

3、下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆3.荷载计算屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.7kN/进行计算。屋面风荷载 迎风面 背风面 由于屋面坡度较小，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋架不考虑。表 1 荷 载 计 算 表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.4×1.351.89三毡四油防水层0.40.4&

4、#215;1.350.54找平层（厚20mm）0.02×200.40.4×1.350.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.08×60.480.48×1.350.648屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.3840.384×1.350.5184管道荷载0.10.1×1.350.135永久荷载总和3.1644.2714屋面活荷载0.750.75×1.41.05积灰荷载0.60.6×1.40.84可变荷载总和1.351.89设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点

5、永久荷载及可变荷载：3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：3.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。4.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示：屋架计算简图由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2屋 架 构 件 内 力 组 和杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F×第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨&#

6、215;+××+×××××上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-444.81-686.83-771.55-797.890-407.96-620.28-681.65-707.980-332.75-523.42-603.05-620.600-200.99-296.66-311.79-326.770-94.83-160.18-201.49-204.020-444.81-686.83-771

7、.55-797.89下弦Abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52242.18586.45741.86740.81223.52534.05663.36632.62179.77442.52571.94600.78111.42259.58311.05268.3749.63130.47182.43224.58242.18586.45741.86740.81斜腹杆aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0

8、.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.4938.6876.4134.13-406.16306.07-238.00154.62-93.7130.2565.60103.3334.11-326.66256.41-206.98145.62-103.7857.07-1.0424.0722.73-202.47150.06-110.6966.22-27.80-1.6460.1981.6619.40-90.1975.79-67.0853.77-46.7836.65-34.

9、63-31.033.28-440.06339.58-267.24180.33-118.6452.49,-1.6465.60,-34.63103.33,-31.0334.13竖杆AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-24.50-48.92-73.47-48.990-24.50-48.80-73.46-48.990-16.31-32.56-48.91-32.610-13.95-27.86-41.81-27.890-2.34-4.64-7.02-4.670-24.50-48.92-73.47-48.990 5.杆件设

10、计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按GH,HI杆件的最大内力设计，即上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即在屋架平面外，本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如下图所示。腹杆最大内力，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取10mm,支座节点板刚度取12mm。设，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为需要回转半径： ， 根据需要A，查角钢规格表，选用，肢背间距a=10mm，则： ，按所

11、选角钢进行验算： <=150, （b类）双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比则=69.52，故所选截面满足要求。填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），尺寸取60mmx130mmx10mm则 间距，取80cm。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。N ，（因跨中有通长系杆），所需截面积为：选用，因，故用不等肢角钢，短肢相并，如下图。，350，350故所选截面满足要求。填板每个节间放一块，尺寸取60mm×130mm×10mm，则 间距，取150cm。（3）斜腹杆端斜杆aB： 杆件轴力 计算长度 因，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选

12、用，肢背间距a=10mm，则： ，按所选角钢进行验算： <=150双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比则=（1+）=73.07×（1+故由，b类，故所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×145mm×10mm，则 间距,取90cm。杆件dR-RI此杆在R节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力： ，最大压力： ，再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度：选用，查角钢规格表得，因，只需求。查表得，则拉应力： 所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则 间距，取

13、75cm。 杆件Bb杆件轴力 计算长度 0.8×2534=2027.2mm， 选用，查角钢规格表得， ； 所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取80cm。杆件bD杆件轴力 计算长度 0.8×2798=2238.4mm， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取70cm。杆件Dc杆件轴力 计算长度 0.8×2778=2222.4m， 选用，查角钢规格表得，所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×95mm

14、×10mm，则 间距，取100cm。杆件cF杆件轴力 计算长度 0.8×3055=2444m， 选用，查角钢规格表得，>， 所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×95mm×10mm，则 间距，取。杆件Fd杆件轴力 计算长度 0.8×3035=2444m， 选用，查角钢规格表得，所选截面满足要求填板放两块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则 间距，取110cm。杆件RG杆件轴力 计算长度 0.8×1952=1561.6m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求填板放两块，尺寸取60mm&

15、#215;83mm×10mm，则 间距，取70cm。 （4）竖杆杆件Aa杆件轴力 计算长度 0.8×1900=1520m， 由于杆件内力较小，按选择，需要回转半径为，选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mm×76mm×12mm，则 间距，取65cm。杆件HR杆件轴力 计算长度 0.8×1406=1124.8m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×76mm×10mm，则 间距，取50cm。杆件Cb杆件轴力 计算长度 0.8×2200=17

16、60m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×76mm×10mm，则 间距取60cm。杆件Ec杆件轴力 计算长度 0.8×2500=2000m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×76mm×10mm，则 间距取65cm。杆件Gd杆件轴力 计算长度 0.8×2800=2240m， 选用，查角钢规格表得，>，所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mm×83mm×10mm，则间距取70cm;246.节点设计下弦节点b已知采用用E

17、43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取180。肢尖： ，取100。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取120。肢尖： ，取90。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为300mm×340mm。下弦节点“b”下弦与节点板连接的焊缝长度为34.0cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求

18、。下弦节点“c”绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为260mm×300mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为34.0cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求。下旋节点d已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“Fd的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取80mm.肢尖： ，取60mm.设“dR的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取80mm.肢尖： ，取60.“Gd的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作

19、和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为260mm×340mm。下弦与节点板如图，连接的焊缝长度为34.0cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求。下弦节点e1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为50cm，。焊缝所受的力为弦杆的内力，则需焊缝长度为:，取=250mm拼接角钢长度不小于2250+10=510mm，取540mm。为了保证施焊方便和保证连接焊缝的质量，还需将连接角钢的竖直肢切去=t+=10+8+5=23mm。下弦节点“d”2）竖杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。设肢背、肢尖

20、焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背：，取=80mm肢尖，按构造要求，取焊缝长度50mm，取 =60mm节点板尺寸： 按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸:如图焊缝强度满足要求。 图14.下弦节点“e”2上弦设计上弦节点“B” “Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。已知： 设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，取170。肢尖： ，取140。 “HR”杆与节点板的焊缝尺寸和节点"H”相同，肢背： ，取50。肢尖： ，取50mm。“RG”杆肢背和肢尖的焊脚尺寸和6mm。肢背： ，取80。肢尖： ，取60。设“BD”杆的焊缝尺寸为节点如图：屋脊节