徐州工程学院钢结构设计2010级

1、课程设计 单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计学生姓名叶闫学院名称土木工程学院班级名称10房屋建筑（2）班指导教师张雷阳2013年1月5日 单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计一、设计资料某厂房总长度为90m，跨度24m，柱距6m。1、结构形式梯形钢屋架，钢筋混凝土柱。柱的混凝土强度等级为C30；屋面坡度i=L/10,L为屋面跨度；屋面结构采用1.5x1.6m预应力混凝土屋面（1.4KN/m2，并考虑屋面板起系杆作用） ；地区计算温度高于-20°,无侵蚀性介质；地震设防烈度为7度，屋架下弦杆标高为15m；厂房内设有两台 40/10T中级工作制桥式吊车。2、屋架形式和荷载屋架形式、几何尺寸

2、及杆件系数如图所示二、荷载标准值1、永久荷载 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2水泥砂浆找平层 0.4kN/m2保温层 kN/m2一毡二油隔气层 0.05kN/m2水泥砂浆找平层 0.3kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2屋架及支撑自重(按经验公式q=0.12+0.11/L计算) kN/m2悬挂管道 0.15kN/m22、可变荷载屋面活荷载标准值 0.7kN/m2雪荷载标准值 0.35kN/m2积灰荷载标准值 kN/m2 屋面保温层及积灰荷载的取值学号1-56-1011-1516-2021-2526-3031-3536-4041-4546-50保温层/（kN

3、/m2）0.40.450.50.550.60.650.70.650.550.5积灰荷载/（kN/m2）0.70.80.91.01.11.21.31.31.21.1三、设计内容在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。1、计算书完成计算书一份，内容包括：1） 材料选择。2） 屋架及屋盖支撑的布置。说明屋盖支撑布置的原则，并画出屋盖上、下弦杆支撑布置图及竖向支撑布置。3） 钢屋架内力计算。4） 杆件截面设计。在计算书中 应详细写出部分杆件（上弦杆、下弦杆、端斜杆）的设计过程，其余杆件截面的计算结果可列入截面选

4、择表内。5） 屋架节点设计。设计2-3个典型节点，并画出其节点构造图。2、施工图使用A1或A2图纸绘制钢结构屋架施工图，图面内容包括：1） 屋架单线图，比例1:100。要求注明杆件的几何长度和截面形式。2） 屋盖上弦或下弦支撑布置图、垂直支撑布置图，要求标出主要尺寸。比例1:400。3） 屋架正面施工图，轴线比例1:20或1:30，杆件比例1:10或1:15。4） 画出2-3个典型节点详图，比例1:50，图上注明焊缝形式及焊脚尺寸，并标出主要的构件尺寸。四、设计要求1、设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写。1）按步骤设计计算，各设

5、计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。2）计算过程中，必须配以相应的计算简图。3）对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。2、图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计一、设计资料某厂房总长度为90m，跨度24m，柱距6m。1、结构形式梯形钢屋架，钢筋混凝土柱。柱的混凝土强度等级为C30；屋面坡度i=L/10,L为屋面跨度；屋面结构采用1.5x1.6m预应力混凝土屋面（1.4KN/m2，并考虑屋面板起系杆作用） ；地区计算温度高于-2

6、0°,无侵蚀性介质；地震设防烈度为7度，屋架下弦杆标高为15m；厂房内设有两台 40/10T中级工作制桥式吊车。2、屋架形式屋架形式、几何尺寸及杆件系数如图所示3、荷载标准值(1)、永久荷载 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4kN/m2水泥砂浆找平层 0.4kN/m2保温层 0.55 kN/m2一毡二油隔气层 0.05kN/m2水泥砂浆找平层 0.3kN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2屋架及支撑自重 0.384 kN/m2悬挂管道 0.15kN/m2(2)、可变荷载屋面活荷载标准值 0.7kN/m2雪荷载标准值 0.35kN/m2积灰荷载标准值 1.0kN/m24、屋

7、架选材屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用Q345钢，焊条为E50型。二、支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车2台40/10T(中级工作制 )，布置下弦纵向水平支撑。1.1桁架支撑布置图符号说明：SC上上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆三、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载值：三毡四油防水层：1.005×0.4=0.402 kN/m2 水泥砂浆找平层：1.00

8、5×0.4=0.402 kN/m2保温层：1.005×0.55=0.553 kN/m2一毡二油隔气层：1.005×0.05=0.05025 kN/m2水泥砂浆找平层：1.005×0.3=0.3015 kN/m2预应力混凝土大型屋面板：1.005×1.4=1.407 kN/m2屋架及支撑自重： 0.12+0.011×24=0.384kN/m2共 3.95 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载标准值（大于雪荷载）：0.7 kN/m2积灰荷载标准值： 1.0 kN/m2共 1.7 kN/m2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1、全跨永

9、久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合)全跨节点永久荷载设计值：F=（1.35×3.95 +1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×1.1）×1.5×6=65.51 kN3.2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1.1=1.35×3.95×1.5×6=48 kN(按永久荷载为主的组合)F1.2=1.2×3.95×1.5×6=42.66 kN(按可变荷载为主的组合)对结构有利时：F1.3=1.0×3.95×1

10、.5×6=35.55kN半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4×（0.7×0.7+0.9×1.0）×1.5×6=17.51 KN(按永久荷载为主的组合)F2.2=1.4×（0.7+0.9×1.0）×1.5×6=20.16 KN(按可变荷载为主的组合)3.3、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主控制的组合)全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F3 .1=1.2×0.384×1.5×6=4.1472 kN对结构有利时：F3 .2=1.0&

11、#215;0.384×1.5×6=3.456 kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94 kN3.1、3.2为使用阶段荷载情况，3.3为施工阶段荷载情况。荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2） 图 4.3 荷载组合4.3四、内力计算F=1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已经给出。求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4.1。屋 架

12、构 件 内 力 组 合 表杆件名称内力系数（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F1.i×+F2.i×F1.i×+F2.i×F3.i×+F4×F3.i×+F4×上弦ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-9.08-14.02-15.75-16.290-6.83-9.96-10.26-10.800-2.90-5.24-7.08-7.080-594.83-721.92-1031.78-1067.1600000-594.83-721.92-1031.78-1067.1

13、6下弦abbccdde4.9411.9715.1415.123.808.7710.358.521.474.126.188.52323.62784.15991.82990.51323.62784.15991.82990.51斜腹杆aBBbbDDccFFddRRIRG-8.986.93-5.453.68-2.421.070.791.560.70-6.915.07-3.672.11-0.90-0.292.433.200.70-2.672.40-2.302.02-1.961.75-2.12-2.120-588.28453.98-357.03241.08-158.5370.1051.75102.2045

14、.86-131.9232.1982.69130.9145.86-150.4882.000.8037.76-29.91-3.2461.4580.08-56.9646.33-48.02-45.36-588.28453.98-357.03241.08-158.5370.10 -3.2482.69 -48.02130.91 -45.3645.86竖杆AaCb、EcGdHRIe-0.50-1.00-1.50-1.000-0.50-1.00-1.49-1.00000000-32.76-65.51-98.27-65.510-30.29-60.57-90.86-60.570五.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用

15、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。 上弦截面腹杆最大内力，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： ，按所选角钢进行验算：

16、 <=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=69.12，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。 ，（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。 下弦截面（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。选用，肢背

17、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+）=73.96×（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75c

18、m。 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×

19、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×8

20、3mm×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 Aa截面 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=176

21、0m， 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70cm23表3 屋 架 杆 件 截 面 选 择

22、 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦GH、HI-1067.16150.8600.0180×110×1267.424.338.6834.8369.121500.757209.1下弦cd991.823001185.0180×110×1056.754.38.6369.8137.31350174.78腹杆Aa-32.7615219056×48.781.732.6787.8669.341500.63658.67aB-588.28244.8244.8125×80×1

23、246.76.163.3139.7473.9671500.672187.46Bb453.98202.7253.475×823.002.283.588.9072.4350147.60Cb-65.51176.0220.056×48.781.732.74101.780.301500.483154.48bD-357.03223.8279.880×1023.002.283.598.279.91500.567208.2Dc241.08222.2277.875×823.002.283.597.579.37350104.8Ec-65051200.0250.056

24、5;48.781.732.74115.691.241500.460162.2cF-158.53244.4305.575×823.002.283.5107.286.71500.449153.5Fd70.1242.8303.563×49.961.962.94124.7103.2.35070.4Gd-98.27224.0280.063×49.961.962.94114.395.21500.468210.8dR82.69-48.02215.7424.663×49.961.962.94110.1139.11500.349136.11RI130.91-45.3621

25、5.7424.663×49.961.962.9499.7217.671500.34913.11RG45.86151.2195.263×49.961.962.9479.766.41500.68866.9HR-65.51112.5140.656×48.781.732.7465.0251.301500.78095.66Ie00.9310.0=279.063×49.961.963.02142.492.42000六.节点设计1.下弦设计（1）下弦节点b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“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等

26、肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取200。肢尖： ，取120。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取160。肢尖： ，取100。“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。2上弦设计（1）上弦节点“B” Bb杆（2L 75×8）与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。即肢背，

27、肢尖aB（2L125×80×10）杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算, 设aB杆的肢背和肢尖的焊缝和，则所需的焊缝长度为：为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：上弦与节点板间焊缝长度为505mm。同书上节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：满足要求。节点如图: 屋脊节点K弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度+弦杆杆