厂房普通梯形钢屋架设计

PAGEPAGE3普通钢屋架设计计计任务书《钢结构设计原原原理》课课程设设计河北大学建筑工工工程学院院2016年5月月月1.题目：××××m跨厂房普普通通钢屋架架设计计2.目的通过钢结构课程程程设计，进进一一步了解解钢结结构的结结构型型式、结结构布布置、受受力特特点和构构造要要求等；；综合合应用钢钢结构构的材料料、连连接和基基本构构件的基基本理理论、基基本知知识，进进行钢钢屋架的的设计计计算。3.设计资料料料某车间跨度为2227、33、36m，厂房总总长长度90m，柱距6m，车间内内设设有两台300//550kN中级工作作制制吊车（参参见见平面图图、剖剖面图），工作温度高高于-20℃，无侵蚀蚀性性介质，地地震震设防烈烈度为为6度，屋架架下下弦标高高为12.5m；采用1.5××66m预应力钢钢筋筋混凝土土大型型屋面板板，Ⅱ级防水，卷卷卷材屋面面，屋屋架采用梯梯形形钢桁架架，两两端铰支支在钢钢筋混凝凝土柱柱上，混混凝土土柱上柱柱截面面尺寸为400×400mm，混凝土土强强度等级级为C25，屋架架采采用的钢钢材为为Q2355BB（345）钢，焊条为E4443（E50）型。屋架形式:梯形形形钢屋架架4.设计任务及及及要求4.1完成设设设计计算算书一一份设计资料、设计计计依据选择钢屋架的材材材料，并并明确确提出对对保证证项目的的要求求；确定屋架形式及及及几何尺尺寸，屋屋架及支支撑布布置（GWJ--11.2——钢屋架，SC——上弦支撑撑，XC——下弦支撑撑，CC——垂直支撑撑，GG——刚性系杆杆，LG——柔性支撑撑）；；进行荷载汇集、杆杆件内力计算算、内力组合合，选择各杆杆件截面；节点设计：设计计计下弦节节点、上上弦节点点、再再分式腹腹杆节节点、支支座节节点、屋屋脊节节点及下下弦中中央节点点等。填板设置材料统计要求：（1）书写工整整（不不能用圆圆珠笔或或铅笔笔），表表示要要清楚，计计算算步骤明明确，计计算公式式和数数据来源源应有有依据；；（2）图表应用用得得当（应附附附有与设设计有有关的插插图和和说明），各各种图形应按按比例并用仪仪器绘制。绘制钢屋架施工工工图（A1一张）屋架几何尺寸和和和内力简简图（1:1000）；构件详图：屋架架架正立面面图[[轴线图比比例1:200（1：30），节点及及杆杆件比例1:100(11:155)]]，上、下弦弦平平面图，端端部部侧面图图、跨跨中及中中间部部位剖面面图；；零件或节点大样样样图（1:5）；材料表；设计说说说明。要求：图纸应符符符合《房房屋建建筑制图图统一一标准（GB/TT5000011—2001）》和《建建建筑结构构制图图标准（GB/TT5011055—2001）》的要要求求；按所所给绘绘图环境境作图图。5.设计题目排排排列每人单独设计一一一榀屋架架。屋屋架的跨跨度LL（27m）、端部部高高度H0（2.2mm）、屋屋面坡度度i=1/1100及荷载形形式式根据学号号按下下面列表表的序序号选择择。荷载（标准值）永久荷载：改性沥青防水层层层 0.4kkNN/m220厚1:2..5水水泥砂浆找找找平层 00..4kNN/mm280厚泡沫混凝凝土土保温层 0.488kkN/mm2预应力混凝土大大大型屋面面板（包包括灌缝缝） 1.4kkNN/m2悬挂管道 0.10N/m2屋架和支撑自重重重为 （0.12200+0..0111L）kN/mm2可变荷载基本风压： 0.355kkN/mm2基本雪压：（不不不与活荷荷载同同时考虑虑） 0.455kkN/mm2不上人屋面活荷荷荷载 0.7kkNN/m2（可变荷载可按按按水平投投影面面积计算算）6.设计进度度度计划（1周）1）布置设计任任务务 0.5天2）屋架设计屋架几何尺寸确确确定，支支撑布布置 0.5天荷载计算、内力力力计算、截截面面选择 1.5天节点设计 1.5天3）绘制施工图图 3.0天Σ7天7.施工图绘绘绘制屋架施工图是指指指导钢结结构构构件制造造和安安装的技技术文文件，同同时也也是编制制工程程预算的的依据据和工程程竣工工后的存存档资资料。因因此，务务须做到到清晰晰、明确确，准准确无误误，表表达详尽尽。施工图需明确屋屋屋架几何何尺寸寸，各部部分详详图，相相关尺尺寸，构构件所所用钢材材的钢钢号、材材料规规格，连连接材材料的强强度指指标、规规格，焊焊条型号号，焊焊缝长度度、厚厚度，防防腐处处理等。起拱：跨度较大大大的屋架架，特特别是荷荷载较较大时，中中间间挠度较较大，因因此为确确保安安全使用用和外外部美观观，一一般跨度≥24m的梯形屋屋架架和跨度≥15m的三角形形屋屋架，中中间起起拱约为为跨度度的l/500。1)通常在图图图纸的左上上角角用合适适的比比例画以以屋架架简图。左左半半标出几几何长长度，右右半杆杆件的计计算内内力值。并并注注明屋架架跨中中央的起起拱高高度（屋屋架图图上不必必表示示）。2)屋架的正正面面图。其其轴线线图与节节点图图可取不不同比比例，如如轴线线可用1:30～1:20，杆件截截面面和节点点尺寸寸可用1:15～1:10，以使节节点点画清楚楚些。3)屋架上下下弦弦杆的平平面图图、屋架架端部部和跨中中的侧侧面图及及必要要的剖面面图，零零件图。4)施工图上上上应注明各各零零部件的的型号号和主要要几何何尺寸，包包括括加工尺尺寸（宜宜取5mm的倍数）、定定位尺寸、孔孔洞位置以及及对工厂制造造和工地安装装的要求。定定位尺寸主要要有：节点中中心至各杆件件杆端和至节节点板边缘（上上、下和左、右右）的距离、轴轴线至角钢肢肢背的距离等等。螺栓孔位位置要符合螺螺栓排列的要要求。工厂制制造和工地安安装要求主要要包括：零部部件切角、切切肢、削棱、孔孔洞直径和焊焊缝尺寸等均均应在施工图图中注明。工工地安装焊缝缝和安装螺栓栓应标注其符符号。5)施工图中中中的各零部部件件应加以以详细细编号，其其次次序按主主次、上上下和左左右排排列。完完全相相同的零零部件件用同一一编号号，如两两个零零部件形形状和和尺寸完完全一一样，仅仅因开开孔位置置或切切角等不不同，使使两构件件成镜镜面对称称时，可可采用同同一编编号而只只须在在材料表表中用用正、反反字样样注明，以以示示区别。6)编制材料料料表，把所所有有杆件和和零部部件的编编号、规规格、长长度、数数量（正正、反反）及重重量等等均填于于表中中，以备备配料料和计算算用钢钢量，并并可供供配备起起重和和运输设设备时时参考。7)文字说明明明。其内容容主主要有：：钢材材的钢号号、焊焊条型号号和焊焊接方法法、质质量要求求，图图中未注注明的的焊缝和和螺栓栓孔尺寸寸，防防锈处理理方法法，以及及运输输、安装装和制制造要求求等。此此外，对对一些些在施工工图上上难以用用图而而宜用文文字表表达清楚楚的内内容亦可可用文文字加以以说明明。普通钢屋架设计计计指导书《钢结构设计原原原理》课课程设设计一、教学要求1.了解普通通通钢屋架架设计计的全过过程；；2.学习结构构构施工图图的绘绘制和结结构计计算书的的编制制方法3.了解钢屋屋屋盖支撑撑体系系的作用用并能能正确布布置支支撑；4.掌握钢屋屋屋架的内内力计计算、杆杆件截截面选择择，节节点设计计的方方法；5.掌握焊接接接连接的的构造造要求。二、屋架形式及及及主要尺尺寸的的确定在确定钢屋架外外外形时，应应满满足适用用、经经济和制制造安安装方便便的原原则。腹腹杆和和节点数数尽量量少，应应使短短杆受压压，长长杆受拉拉，杆杆件夹角角宜在在30°～60°之间。屋架的主要尺寸寸寸包括屋屋架的的跨度、高高度度、节间间宽度度。跨度一般以3mmm为模数。计计计算跨度度：LL0=L-2×11550~22000mm卷材防水屋面上上上弦坡度度为：：1/8～1/12时，跨中中高高度一般般为：：（1/6～1/10）L；端部高度常用：：：H0＝1.8～2.2m；上弦节间长度应应应等于大大型屋屋面板的的宽度度，使荷荷载作作用在节节点上上。三、支撑布置根据车间长度，屋屋架跨度，荷荷载情况，以以及吊车设置置情况，宜布布置三道上、下下弦横向水平平支撑，垂直直支撑和系杆杆，屋脊节点点及屋架支座座处沿厂房通通长设置刚性性系杆，屋架架下弦沿跨中中通长设一道道柔性系杆。构构件编号采用用汉语拼音字字母，凡与支支撑连接的屋屋架可编号为为WJ1，其它编号号均为WJ2，屋架垂直直支撑：CC1、CC2…，屋架上弦水平支撑撑：SC1、SC2…，屋架下弦水平支撑撑：XC1、XC2…，刚性系杆杆：GG1、GG2…，柔性系杆杆：LG1、LG2…。四、屋架的内力力力计算1.计算的基本本假假定节点均为铰接；；；所有杆杆件的的轴线均均位于于同一平平面内内，且同同心交交汇于节节点；；荷载均均作用用于节点点。2.荷载计算屋面活荷载与雪雪雪载一般般不会会同时出出现，可可取其中中较大大者进行行计算算；荷载载计算算中，因因屋面面坡度较较小，风风荷载对对屋面面为吸力力，起起卸载作作用，对对重屋盖盖可不不考虑。屋架沿水平投影影影面积分分布的的自重（包包括括支撑）可可按按经验公公式计计算。3.荷载组合设计屋架时，应应应考虑以以下三三种荷载载组合合：全跨永久荷载+++全跨可变变荷荷载全跨永久荷载+++半跨可变变荷荷载全跨屋架与支撑撑撑自重+半跨屋面面板板自重+半跨屋面面活活荷载4.内力计算按图解法、解析析析法、电算算法法均可计计算屋屋架各杆杆内力力。先求出单位荷载载载作用于于各节节点时的的内力力，即内内力系系数，然然后可可求出当当荷载载作用于于全跨跨及半跨跨各节节点时的的杆件件内力，并并求求出三种种荷载载组合下下的杯杯件内力力．取取其中不不利内内力（正正、负负最大值值）作作为设计计屋架架的依据据。可可列表计计算。跨中附近斜腹件件件的内力力发生生变号，由由于于考虑了了施工工阶段荷荷载的的不利分分布。如如果按照照正确确的施工工方法法，屋面面板采采用对称称吊装装，就不不会出出现杆件件内力力的变号号。五、杆件的计算算算长度和和长细细比1.杆件的计计计算长度度表1桁架弦杆和和单单系腹杆的的的计算长长度ll0项次弯曲方向弦杆腹杆支座斜杆和支座座座竖杆其它腹杆1在桁架平面内ll0.8l2在桁架平面外l1ll3斜平面-l0.9l注：1.l为为构构件的几何何何长度(节点中心心间间距离)；l1为桁架弦弦杆杆侧向支支承点点之间的的距离离。2.斜平面系系指指与桁架架平面面斜交的的平面面，适用用于构构件截面面两个个主轴均均不在在桁架平平面内内的单角角钢腹腹杆和十十字形形截面的的腹杆杆。当桁架弦杆侧向向向支承点点之间间的距离离为节节间长度度的2倍（见教教材P291），且两两节节间的弦弦杆轴轴心压力力不相相同时，弦弦杆杆（包括括再分分式腹杆杆体系系中的受受压腹腹杆）在在平面面外的计计算长长度应按按下式式计算：：2.长细比压杆：≤[]===1500拉杆：≤[]=3550，有重级级工工作制吊吊车时时≤[]=25500 六、杆件截面形形形式和截截面选选择屋架跨度≤3000m时，上弦弦、下下弦可不不改变变截面，按按最最大内力力设计计。上弦杆计算长度度度，在屋屋梁平平面内，为为节节间轴线线长度度。在屋屋梁平平面外，根根据据支撑布布置和和内力变变化情情况（按按大型型屋面板板与屋屋梁保证证三点点焊，故故取两两块屋面面板宽宽度），其其计计算长度度大于于屋架平平面内内计算长长度，故故截面宜宜选用用两个不不等肢肢角钢，短短肢肢相并。原原则则：x≈y节点板厚度需按按按腹杆的的最大大内力选选用。轴心拉杆，可按按按强度要要求选选择截面面。对对轴心压压杆，可可先假定定长细细比（弦弦杆λ=80～100，腹杆100～120）选择截截面面再进行行验算算。屋架所有的杆件件件还应满满足长长细比限限值的的要求。上下弦杆上、下弦杆l000x=l，loy=l1，一般loy＞＞l0x（2倍以上）故故故通常采采用短短肢相并并的不不等边角角钢T形截面(iy/ix≈2.8)。支座腹杆支座腹杆l0xxx＝loy=l，故通常采采用用长肢相相并的的不等边边角钢钢T形截面(iy/ix≈0.9)。一般腹杆一般腹杆loooy=l，l0x＝0.8ll，loy/l0x＝1.25，故通常常采采用等边边角钢钢T形截面(iy/ix≈1.5)。再分式腹杆再分式主斜杆一一一般是loy/l0x＝2，因杆件件通通常较短短故通通常采用用等边边角钢T形截面(iy/ix≈1.5)，必要时时可可用短肢肢相并并的不等等边角角钢T形截面(iy/ix≈2.8)；再分式式腹腹杆l0x＝loy=l，但一般般是是杆件短短内力力小，故故常较较小规格格的等等边角钢T形截面(iy/ix≈0.9)。跨中腹杆桁架正中竖杆，为为保证屋架在在运输和安装装的方便，以以及与正中垂垂直支撑和系系杆连接不偏偏心，并获得得较大的刚度度，通常采用用等边角钢组组成十形截面面。6．填板的设置置置40～60双角钢T形或十十十形截面面是组组合截面面，应应每隔一一定间间距在两两角钢钢间放置置填板板，以保保证两两个角钢钢能整整体共同同受40～60LdLdLd40～6010～1510～1540～60t填板间距对压杆杆杆用ld≤40i1，对拉杆杆用用ld≤80i1，i1一个角钢钢对1－1形心轴的的回回转半径径，一一般杆件件，每每个节间间的填填板数2个（T形截面）和和3个（十形形截截面）；；在侧侧向支承承点间间距≥2个节间的的连连续直通通弦杆杆或腹杆杆中，每每节间的的填板板数不得得少于于1个。7.截面选择普通钢屋架中所所所采用的的角钢钢规格不不宜小小于L45××5或L56××336×4。为了便便于于钢材备备料，在在同一榀榀屋架架中，角角钢规规格不宜宜过多多，一般般为5～6种。轴心受拉：（2）轴心受压压：： 对于压杆杆可可先假定定长细细比＝60～100（弦杆）或或或＝80～1200（腹杆杆）,查表得值，即即可计算算所需需面积A。七、节点设计1.节点设计的的基基本要求（参参见教材P322～329）（1）各杆件的的形形心线位置置置尽量与与屋架架几何轴轴线重重合，并并交于于节点中中心，以以避免由由于偏偏心所产产生的的附加弯弯距。（焊焊焊接桁架架中应应调整称5mm的倍数）（2）节点强度度一一般应高于于于相连接接的杆杆件的承承载力力。（3）节点的传传力力路线明确确确，构造造形式式便于制制作和和安装。（4）角钢的切切断断面一般与与与其轴线线垂直直，需要要斜切切时只能能切肢肢尖。2.节点板设计计节点的设计一般般般步骤是是：先先根据腹腹杆的的内力计计算腹腹杆与节节点板板连接焊焊缝的的焊脚尺尺寸和和焊缝长长度，然然后根据据此焊焊缝长度度的大大小按比比例绘绘出节点点板的的形状和和大小小，最后后验算算弦杆与与节点点板的连连接焊焊缝。用作图法求节点点点板的形形状和和大小时时，应应按角度度准确确画出各各杆件件的轴线线和轮轮廓线，各各杆件的形心线应应应尽量与与杆件件轴线重重合并并取5mm的整数，再再再考虑杆杆件之之间应有有的间间隙以及及制作作、装配配等误误差，按按比例例绘出各各杆件件端部及及腹杆杆焊缝的的位置置，在此此基础础上做出出节点点详图。节点板的形状和和和尺寸在在绘制制施工图图时决决定，形形状应应尽可能能简单单、规则则，至至少有两两边平平行。如如矩形形、梯形形、直直角梯形形等。节节点板厚厚度按按表9－1选定，同同一一榀屋架架中除除支座节节点板板比其它它节点点板厚2mm外，其余余厚厚度均一一致。按比比例画出各各杆件尺寸寸，考虑构构造要求后后（各杆件件之间应留留有空隙aa，在承受受静力荷载载时a≥10～20mm，在承受受动力荷载载时a≥50mm）；画出出各杆件在在节点处角角钢切断位位置。桁架节点板在斜斜斜腹杆压压力作作用下的的稳定定应符合合：①对有竖腹杆杆的的节点板，当当时，可不计计算稳定，否否则应进行稳稳定计算。且且。（t节点板厚度度）②对无竖腹杆杆的的节点板，当当时，可不计计算稳定，否否则应进行稳稳定计算。且且。3.节点的计算算与与构造（1）上弦节点点（有有集中力力作用）腹杆与节点板的的的连接焊焊缝按按各腹杆杆的内内力计算算：lw1、lwww2——角钢肢背背和和肢尖的的焊缝缝计算长长度＝＝l-2hfk1、k2———角节点板的连连接接焊缝钢肢肢背和肢肢尖的的焊缝内内力分分配系数数。上弦杆与节点板板板的连接接焊缝缝的计算算：假定节点荷载PPP由塞焊缝缝来来承受，则则上上弦肢背背塞焊焊缝计算算：上弦肢尖角焊缝缝缝只传递递弦杆杆内力差差值，则则上弦肢肢尖焊焊缝考虑虑偏心心距的计计算：：e——为肢尖到到轴线线的距离离（2）下弦一般般节节点（无节节节点集中中荷载载）腹杆与节点板的的的连接与与（1）相同。下弦杆与节点板板板的连接接焊缝缝只传递递弦杆杆内力差差值NN＝N1-NN2，则:，由于N较小，一一一般所需需焊缝缝可安构构造要要求在节节点板板范围内内进行行满焊。（3）上弦跨中中拼拼接节点构造上弦杆在屋脊脊脊断开处应应采采用上弦弦杆截截面相等等的角角钢进行行拼接接，采用用冷弯弯或热弯弯成适适当坡度度；拼拼接角钢钢应切切肢削棱棱。切切肢:=t+hf+5mmm计算弦杆与连接角钢钢钢连接一一侧的的焊缝长长度为为： 可取： N===Af拼接角钢的长度度度L：L=2l1+b，b为间隙，常常常取b＝50mm左右。计算弦杆与节点点点板的连连接焊焊缝时，假假定定节点荷荷载P由上弦角角钢钢肢背处处的塞塞焊缝承承受（满满焊可不不验算算），肢肢尖与与节点板板的连连接计算算则按按上弦内内力的的15％计算，即即即N＝0.155Nmax，且且考考虑该力力所产产生的弯弯距MM=0.1155Ne（4）下弦拼接接节节点构造：一般用与下弦杆杆杆相同的的角钢钢来拼接接，拼拼接角钢钢要削削棱、切切肢：：=t+hf+5mmm当下弦肢宽大于于于130mmm时，应将将接接触面斜斜切（为为了传力力均匀匀）。计算弦杆与连接角钢钢钢连接一一侧的的焊缝长长度为为： 可取： N===Af拼接角钢的长度度度L：L=2l1+b，b为间隙，一一一般取10～20mm。内力较大一侧的的的下弦杆杆与节节点板之之间的的焊缝传传递弦弦杆内力力之差差N，如N过小则取取弦弦杆较大大内力力的15％。弦杆杆与与节点连连接一一侧的焊焊缝强强度按下下式计计算：加劲肋板节点板底板肢背焊缝：肢尖尖尖焊缝：：加劲肋板节点板底板（5）支座节点点 屋架支承于钢筋筋筋混凝土土柱上上，与柱柱子的的连接一一般按按铰接设设计。构造支座由底版、节节节点板、加加劲劲肋和锚锚栓组组成，加加劲肋肋的高度度和厚厚度与节节点板板相同。为为了了便于节节点焊焊缝施焊焊，下下弦角钢钢水平平肢与支支座底底板间的的净距距c应不小于于下下弦水平平肢的的宽度（同同时时c≥1300mmm）。锚栓栓d=20～24mm，底板上上锚锚栓孔的的直径径一般取取锚栓栓直径的2～2.5倍，开成成半半圆带矩矩形开开口孔。计算底板面积和厚度度度的确定定底板所需面积为为为：A≥An+A0A0——实际采采用的锚锚栓孔孔面积。R——支座反力力fc——混凝土土轴心抗抗压强强度设计计值a——底板平行行于屋屋架平面面的边长长尺寸寸，通常常取240～360b——底板垂直直于屋屋架平面面的边长长尺寸寸，通常常取240～400。不得小小于200。底板厚度:底板厚度按均不不不荷载下下板的的抗弯计计算。其其单位宽宽度的的弯距为为：M——两相邻邻支承边边支座座底板单单位宽宽度上的的最大大弯矩；；b——系数，按按下表表选用；；q——底板单位位面积积的压力力；a1——两相邻邻支承边边对角角线长度度；bb1——支承边交交点点至对角角线的的垂直距距离。b1/a0.91.0b0.0260.0420.0580.0720.0850.0920.1040.111则底板的厚度为为为： 底板不宜宜太太薄，厚厚度宜宜满足下下列构构造要求求：当桁架跨度≤1118m，t≥16mm。当桁架架跨跨度＞18m，t≥20mm。加劲肋与支座节节节点板连连接焊焊缝可假假定按按传递支支座反反力的1/4计算，并并考考虑焊缝缝为偏偏心受力力则：：焊缝所受受的的剪力：，焊缝所受受的的弯矩：每块加劲肋与支支支座节点点板的的连接焊焊缝计计算公式式为：：节点板、加劲肋肋肋与支座座底板板的水平平连接接焊缝的的计算算公式为为：Σlw——节点点板、加劲肋肋肋与支座底底板板的水平平焊缝缝总长度度。八、施工图绘制制制屋架施工图是指指指导钢结结构构构件制造造和安安装的技技术文文件，同同时也也是编制制工程程预算的的依据据和工程程竣工工后的存存档资资料。因因此，务务须做到到清晰晰、明确确，准准确无误误，表表达详尽尽。施工图需明确屋屋屋架几何何尺寸寸，各部部分详详图，相相关尺尺寸，构构件所所用钢材材的钢钢号、材材料规规格，连连接材材料的强强度指指标、规规格，焊焊条型号号，焊焊缝长度度、厚厚度，防防腐处处理等。起拱：跨度较大大大的屋架架，特特别是荷荷载