36m跨度单跨单层工业厂房钢结构屋架计算书

河南工程学院《钢结构》课程设计36m跨厂房普通钢屋架设计学生姓名：白鹏坤学院：土木工程学院专业班级：土木工程1741班专业课程：钢结构指导教师：韩瑞芳2020年6月25日

《钢结构课程设计》成绩评定标准及成绩评定表姓名：白鹏坤学号201710810122专业班级:土木工程1741班项目分值优秀(100NxN90)良好(90〉xN80)中等(80270)及格(70〉xN60)不及格(x<60)分项得分工作态度及完成情况10设计态度认真，作风严谨，能熟练地综合运用所学知识，全面完成设计任务。设计态度比较认真，作风良好，能综合运用所学知识，全面完成设计任务。设计态度尚好，遵守组织纪律，能运用所学知识，按期完成设计任务。设计态度尚可，能遵守组织纪律，基本能运用所学知识，按期完成设计任务。学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨，运用所学知识能力差，不能按期完成设计任务。设计说明书质量40说明书表达清晰，文字通顺，内容详实完整，结构严谨，逻辑性强，设计计算正确，数据可靠，撰写规范。说明书表达清晰，文字通顺，内容完整，但有个别处不够确切，设计计算正确，撰写基本规范。说明书表达基本清晰，内容完整，有多处不够确切，设计计算基本正确，撰写基本规范。说明书表达不够清晰，内容基本完整，有多处错误存在，设计与计算没有原则性错误，撰写勉强达到规范化要求。说明书表达混乱，内容不完整，有多处错误存在，设计与计算有严重错误，撰写不符合规范要求。图纸质量40图纸完整，绘图规范，表达正确、清晰，图面质量好。图纸完整，绘图基本规范，表达正确、清晰，图面质量较好。图纸完整，绘图基本规范，表达基本清晰，图面质量一般。图纸基本完整，绘图不够规范，表达不够清晰，图面质量较差。图纸不完整，绘图不规范，表达不清楚，图面质量差。问答情况10能准确圆满回答问题，自述清楚。能较圆满回答问题，自述较清楚。能回答主要问题，自述基本清楚。能基本回答主要问题，自述尚清楚。回答问题错误，自述不清楚。成绩评定：2020年6月25日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、设计资料5（一）基础资料5（一）荷载5二、钢屋架设计计算6（一）选材6（二）确定屋架形式及几何尺寸6\o"CurrentDocument"三、荷载计算8（一）荷载组合8\o"CurrentDocument"四、内力计算9五、杆件截面设计11（一）上弦杆11（二）下弦杆12（三）斜杆12\o"CurrentDocument"六、节点设计18（一）下弦节点“b”18（二）上弦节点“B”19（三）屋脊节点“M”18（四）支座节点“a”21底板计算21加劲肋与底板连接焊缝计算22节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算22（五）再分节点“1”23\o"CurrentDocument"七、绘制施工图25八、参考文献26

、设计资料（一）基础资料某单跨单层厂房，跨度L=36m,长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架采用梯形钢桁架，铰接于混凝土柱上，上柱截面尺寸为400400，屋面采用1.5X6.0m太空轻质大型屋面板。屋面坡度i=1/12，屋面活荷载为0.50kN/m2，雪荷载为0.3kN/m2，钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示。图1柱网布置图（二）荷载信息（1）永久荷载（标准值）大型屋面板0.50+0.001*122=0.622kN/m2防水层0.10kN/m2屋架及支撑自重0.15kN/m2悬挂管道0.05kN/m2（2）可变荷载（标准值）基本风压0.55KN/m2雪荷载0.30KN/m2屋面活荷载0.50KN/m2二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置图1柱网布置图（二）荷载信息（1）永久荷载（标准值）大型屋面板0.50+0.001*122=0.622kN/m2防水层0.10kN/m2屋架及支撑自重0.15kN/m2悬挂管道0.05kN/m2（2）可变荷载（标准值）基本风压0.55KN/m2雪荷载0.30KN/m2屋面活荷载0.50KN/m2（一）选材根据荷载性质，钢材可采用Q235-B,要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。腹杆和节点数尽量少，应使短杆受压，长杆受拉，杆件夹角宜在45°。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。（二）确定屋架形式及几何尺寸屋架计算跨度：L0=L-2x150=36000-2x150=35700mm屋架跨中高度H:取H=3500mm。屋架端部高度H0:H0=H-ix12=（3500-1/12x18000）mm=2000mm（三）布置屋架支撑屋架跨中起拱按L/500考虑，取50mm。上弦横向水平支撑：此厂房纵向长度54m，可在房屋两端设置上弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑：由于屋架间距小于12m，在屋架下弦设置横向水平支撑以增加屋架的整体刚度，下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。纵向水平支撑：厂房无吊车，可不设置纵向水平支撑。垂直支撑：该屋架跨度为36m，大于18m，因此在屋架两端及中间共设置三道垂直支撑。系杆：为保证屋架的整体稳定和传递水平荷载，在屋架上弦及下弦平面内均设置了系杆。屋架支撑布置图如图2所示。

IISCKJS30Q-D500(1x>/XX1-1IISCKJS30Q-D500(1x>/XX图2梯形钢屋架屋面支撑布置图SC-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、荷载计算由于屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载标准值太空轻质大型屋面板0.622kN/m2防水层（改性沥青）0.10kN/m2屋架和支撑自重0.15kN/m2悬挂管道0.05kN/m2合一计0.922kN/m2可变荷载可变荷载标准值：屋面活荷载0.50kN/m2雪荷载0.3kN/m2取—值0.50kN/m2（一）荷载组合在进行荷载组合时，按持久设计状况的基本组合的最不利值计算节点荷载（永久荷载分项系数yg=1.3,屋面活载或雪荷载分项系数7q=1.5）全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点荷载设计值：F/(1.3x0.922+1.5x0.5)x1.5x6=17.54KN

四、内力计算假定屋架的连接均为铰接，则屋架为静定结构，内力计算与杆件截面无关。在全跨左半跨和右半跨单元节点力作用下，求出各杆内力系麴进行荷载组合，求出最不利荷载表1各杆件内力组合表1各杆件计算内力杆件名称计算内力上弦杆AB0BCCD-241.40DEEF-401.34FGGH-492.87HIIJ-534.38JK-537.50KLLM-537.98下弦杆ab126.95bc316.67cd452.58de516.80ef537.84fg509.37斜腹杆aB-236.77Bb196.42bD-168.80Dc146.12cF-107.85Fd78015dH-58.05He36.33eJ-34.85Jf-31.76图3屋架几何尺寸及内力图五、杆件截面设计腹杆最大内力236.77kN，查表7.4,选用中间节点板厚度为t=8mm，支座节点板的厚度为t=10mm。（一）上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力杆件M-L-K设计N=537.98kN（压力），l=150.5cm，l=300cm。（\取两块屋面板宽度）假设长细比人=100，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.555，需要截面积和回转半径：=4508.5mm2A=N=537.98x1039f0.555x215=4508.5mm2._lioxX人1505=1.51cm，i100y=」犯=3.0cm人100查附表7.6角钢表，选用2L125x80x12（短肢相并），A=4680mm2，i=2.24cm，i=6.08cm。按所选截面进行验算:6=150.5=67.18<1150]i2.24X=L=^00=49.34<1150]yi6.08=ox=b125.=3.7三=3.7x12-=38.54<X=56.86X「1+0.25史）2=49.34x1+0.25（

人Ly-138.54、）249.34=56.86、密=67.18，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.767N=537.98x103=149.87N/mm2<f=215N/mm2故所选截面合适。9A0.767x4680填板每个节间放一块（满足l］范围内不少于两块），l=75.3cm<40i=40x2.24=89.6cma（二）下弦杆下弦也不改变截面，按最大内力计算。N=537.84kN,10=300cm,10=1500cm，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。查附表选用2L100x7,A=27.60cm2,i=3.09,i=4.39人=土=I00=97.09〈[人]=350xi3.09人=盘=1500=341.69<[人]=350yi4.39yN_537.84x103厂27.60x102=194.87N/mm2<f=215N/mm2填板每个节间放一块，/a=150cm<80i=80x3.09=247.2cm（三）斜腹杆（1）杆件B-a：已知杆件轴力N=-236.77kN,10=10=250.8cm假设长细比人=100，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.555，需要截面积和回转半径：4N236.77x103

A=——=9f0.555x215=1984.24mm2l250.8八.l250.8l=-ox==2.5i=-o^==2.5xX100yX100=-ox=选用2L80x7，A=2172mm2,i=2.46,i=3.60X=l0x=2508=101.95<[X]=150xi2.46人=l0y=2508=69.67<[X]=150yi3.60yX=3.9b/t=3.9x80=44.57<X=69.67；贝^=69.67x1+0.16(44.57)2*69.67/=74.23Xmax=101.95，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.542N236.77x103。=——==201.15N/mm2<f=215N/mm2q40.542x2172填板放两块，l=83.6cm<40i=40x2.46=98.4cm(2)杆件B-b：已知杆件轴力N=168.8kN,lox=0.8x259.2=207.36cm,%=259.2cm选用2L50x6，A=1138mm2,i=1.51,i=2.40X=上=207.36=137.32<［人］=350xi1.51-l259.2-人=_0y==108<［人］=350yi2.40N169.42x103=148.8N/mm2<f=215N/mm21138填板放两块，l=86.4cm<80i=80x1.51=120.8cm(对于杆件F-d,H-e,M-l-f，l-K内力较小，选用2L50X6，即能满足要求。)(3)杆件D-b：已知杆件轴力N=-168.8kN,l=0.8x273.8=219.04cm,l=273.8cm°y假设长细比人=100，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.555，需要截面积和回转半径:人N168.8x103A=——==1414.62mm29f0.555x215-ox-力i=丁心=2.74yX-ox-力=2.32,i=3.36选用2L75x5，A=1482mm2,i

l219.04=-0x==94.41<［人］=150TOC\o"1-5"\h\zi2.32l2738一=皿==81.49<［人］=150i3.36=3.9b；=3.9x75=58.5<X=81.49；贝^入yzSY1（58.5121+=2.32,i=3.36入yzSY1（58.5121+0.16—z-=81.49x1+0.16入ky7J［k81.49JJ=88.62=94.41,查附表4.2得轴心受力稳定系数中=0.591=入力max。=——==192.72N/mm2<f=215N/mm2伽0.591x1482填板放两块，l=91.27cm<40i=40x2.32=92.8cm（4）杆件D-c：已知杆件轴力N=146.12kN,l=0.8x280.1=224.08cm,l=280.1cm选用2L50x6，A=1138mm2,i=1.51,i=2.40l224.08=-9x==148.4<［人］=350i1.51l280.1=-0y==116.71<［人］=350i2.40N146.12x103==128.4N/mm2<f=215N/mm21138填板放三块，l=93.37cm<80i=80x1.51=120.8cm（5）杆件c-F:已知杆件轴力N=-107.85kN,、=0.8x301.7=241.36cm,l=301.7cm假设长细比人=100，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.555，需要截面积和回转半径:

A=N=107.85x103=903.83mm29f0.555xA=N=107.85x103=903.83mm29f0.555x215241.36…=2.41；i100l3箜=3.02100选用2L70x6，A=1632mm2,i=2.15,i=3.26l241.36=-9x==112.26〈［人］=150i2.15l3017一=-Ay==92.55<［人］=150i3.26=3.9酎=3.9x70=45.5<X=92.55；入yz1+0.164:a2=92.55x人ky^1+0.16=入y（45.5¥=95.42=112.26，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.479max_N107.85x103。=——==137.96N/mm2<f=215N/mm29A0.479x1632填板放三块，la=75.4cm<40i=40x2.15=86cm（6）杆件H-d:已知杆件轴力N=-58.05kN,ly0.8x322.6=258.08cm,l=322.6cm假设长细比人=100，查附表4.2得轴心受力稳定系数9=0.555，需要截面积和回转半径:0.555x215A=N=58.05x103=486.49mm20.555x215Ml=2.58；i100\=」空6=3.23人100选用2L63x5，A=996mm2,i=1.96,i=2.87人=上=258.06=131.67〈［人］=150xi1.96人=£=322.6=112.4<［人］=150yi2.87y人=3.9虹=3.9x63=61.425<X=112.4；贝^z"5y(X「2(61.43Y1+0.16f=112.4x1+0.16XL*y>(X「2(61.43Y1+0.16f=112.4x1+0.16XL*y>L［112.4JJ=115.858.05x103Xmax=131.67，查附表4.2得轴心受力稳定系数中=0.388N=150.21N/mm2<f=215N/mm2。=—仞0.388x1632填板放四块，l=64.5cm<40i=40x1.96=78.4cm（杆件J-f,J-e,所有竖杆均用2L63x5）表2屋架杆件截面选用表58.05x103=150.21N/mm2<f=215N/mm2杆件杆件号内力设计算长度（cm）截面面积计算应力容许长杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数名称计值（kN）l0xl0y所选截面A(mm12N/mm2)细1x］上弦杆M-LL-K-537.98150.53002口125x80x124680149.87150—每节间1下弦杆f-e537.8430015002L100x72760194.87350—每节间1B-a-236.77250.8250.82口80x72172201.151507-1156-752斜腹杆B-b168.8207.36259.22L50x61138148.803506-1005-552D-b-168.8219.04273.82口75x51482192.721505-1105-652D-c146.12224.08280.12口50x61138128.43506-855-553F-c-107.85241.36301.72口70x61632137.961506-655-453

F-d78.15260.12312.822L50x6113868.673506-505-453H-d-58.05258.8322.62L63x51632150.211505-455-453H-e36.33259.04323.82L50x6113831.923506-605-453J-e-34.85277.12346.42L63x5163238.481505-655-454J-f-31.76277.12346.42L63x5163237.561505-455-454M-l-f74.31230.53002L50x6113865.303506-455-452小桁架各杆2L63x5由于杆力很小，采用此截面均能满足要求六、节点设计E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值fw=160N/mm2。（一）下弦节点“b”取B-b杆的肢背和肢尖焊缝七1=6mm和七2=5mm，则所需的焊缝长度为:2/3x169.42x103肢背：/=207~6~160+2x6=96.04mm，取100nm肢尖：l=1/3x141.8x103+2x6=47.2mm，取50nmw22x0.7x6x160D-b杆的肢背和肢尖焊缝七1=5mm和七2=5mm，则所需的焊缝长度为：2/3168.8103肢背：l=207~5~160+2x5=109.47mm，取110mm肢尖：l="3x''3.6x'Q3+2x5=61.32mm，取65mn成2x0.7x5x160C-b杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取肢背和肢尖焊缝七1=5mm内力差AN=楫—Nb=316.67-126.95=189.72kN量得实际节点板长度为36cm。图4下弦节点“b”角焊缝计算长度：l=36-1.2=34.8cm;七=6mm2X189.73x103肢背焊缝应力：t=~6―348=43.39N/mm2<fw=160N/mm2（二）上弦节点“B”B-b杆与节点板焊缝尺寸和节点“b”相同N=-236.77kN图4下弦节点“b”ab取a-B杆的肢背和肢尖焊缝七1=7mm和七2=6mm，则所需的焊缝长度为:2/3x236.7x103肢背：l=207~7~16^+2x7=114.66mm，取115nm肢尖：l=1/3x236.7x103+2x6=72.72mm，取75nmw22x0.7x6x160节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=17.54kN,h=-=4mmj^2AN=236.77-0=236.77kN，上弦与节点半岛的焊缝为420mm,贝23x236.7x10317.54x103t=2'」4~^42)=68.4N/mm2；5=^~^^~耳弓?。~=7.6N/mm2=160N/mm22+68.412=68.68N/mm2<fw=160N/mm2图5上弦节点“B”（三）屋脊节点“M”拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L125x8X12，弦杆一般采用同型号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖部消去，且截去垂直肢的一部分宽度，一般为（设h=8mm）。fA=t+1+5mm=24mm,取30mm。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧总长度为：£1wN£1wN0.7hfffw537.98x1030.7x8x160=600.42mm；共四条焊缝1w=呼+2X8=166.1mm，取170mm拼接角钢总长度1=2X170+16=356,取拼接角钢长度360mm

图6屋脊节点“M”（四）支座节点“a”1、底板计算支反力Rd=210.48kN，混凝土强度C20,f=9.6N/mm2所需底板净面积:―2104所需底板净面积:―21048x103n9.6=21925mm2锚杆直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板毛面积:3-14x52A=A+A0=219.25+2x4x5+一4一=278.87cm2按构造要求底板面积采用axb=30x30=900cm2>278.87cm2垫板采用80x80x20，孔径26mm。底板净面积为：3.14x52A=900-2x4x5-—4—=840.4cm2底板实际应力为：210.48x103840.4x102=6.18210.48x103840.4x102=6.18N/mm2七=』10-专j+[10-号j=13.5cm

19.4«=9.6x盖=6.62cm匕=竺=0.5，查表4.9,p