21米轻型工业厂房钢屋架课程设计

1、钢屋架课程设计班级：土木姓名：学号：指导老师：轻屋面钢屋架设计一、 设计资料1、工程地点：兖州，设计使用年限： 50 年。2、工程规模：单层单跨封闭式工业厂房，长度180 m,屋架铰支于钢筋混凝土柱上；屋架跨度21m；柱距6m；屋面离地面高度约20m。室内正常环 境，吊车起重量16/3.2 t，工作制为A5，无较大的振动设备。3、自然条件：基本风压为 0. 4KN / m2 ，基本雪压为 0. 35KN / m2 ，积灰荷载标准值为0.5KN /m2地震设防烈度为6度。地面粗糙度类别为B类，场地 类别川类，重要性级别为二级，( 1.0 )。4、材料选用：(1) 、屋架钢材采用碳素结构钢 GB/

2、T700-1988规定的Q235B级镇静钢或 沸腾钢。(2) 、焊条采用规定的E43型焊条，(3) 、普通螺栓采用等级为4.6级的C级螺栓，锚栓采用Q235级钢制成。(4) 、角钢型号按热轧等边角钢尺寸、 外形、重量及允许偏差 GB/T9787-1988和热轧不等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB/T9788-1988选用。( 5)、混凝土强度等级为 C25.6、结构及各组成构件形式：(1)、钢屋架：梯形钢屋架，( 2)、屋面板：选用轻型屋面板，材料可选择夹芯板，选用长尺压型钢板、夹芯板时按图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1选用。( 3)、檩条及屋面支撑：计算或从相关标准

3、图集中选用。屋面板：对于长尺压型钢板、夹芯板可按图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建 筑构造01J925-1选用。卷材防水的1.5 6m预应力钢筋混凝土屋面板，可按图 集1.5m X 6预应力混凝土屋面板04G410-12选用。(4)、主要建筑构造做法及建筑设计要求按轻屋面计算。二、屋架形式的选定和结构平面的布置1、采用缓坡梯形屋架，坡度为1/10,无天窗。:屋架计算跨度为每端支座中线缩进150mm,屋架支座反力点与厂方纵向轴线，则屋架计算跨度 I。I 150 22100030020700mm屋架端部高度取h2000mm1.2屋架端部、中部高度按屋架端部高度的选择要求，宜在1.8-2.1m本设计选

4、用屋架端部高度为 H0=2000mm,则中部高度 h=2000+(21000/2) X 0仁3050mm, 满足刚度以及经济性对跨中高度的要求。跨中高度 hh。 i W 2000 0. 1 210003050mm2 2咼跨比 0. 147，属于常用范围之内。l 0屋架起拱度f丄 2100042mm取45mm.500500屋架腹杆采用人字式，使得上弦节点受荷，上弦杆节点水平间距取1500mm.v_FT/XUX002、屋架支撑布置根据厂房跨度21m,车间长度180m及荷载情况，设置4道上、下弦横向水平 支撑；屋脊处与檐口位置上、下弦处分别设一道系杆；在屋盖两端开间内的屋脊 处与两端支座处设置竖向支

5、撑；有吊车，需设下弦纵向水平支撑。屋盖支撑布置图如下：屋架上弦支撑布置思BE的T:* 4lT I-32 -屋架下弦支撑布置IF lox，故截面宜选两个不等肢角钢，短肢相拼假设 60，则 0.807，所需的截面面积为：A -选择2 100636不等肢角钢，短肢相并，2 100636的截面系数为A19. 234cm2， i x1. 79cm， i y4. 77cm .二不等边角钢短肢相并(1)强度验算:246.4961031923. 4128. 4N/ mm215N / mm满足要求(2)刚度验算：xl 0xix150884. 217. 91500yiy301647. 763.2150满足要求(3

6、)整体稳定验算:x y 由 x 84. 2 查表得 x 0. 664246 . 560 . 6641923 . 4193 . 1 N / mm2f 215 N / mm2满足要求2、下弦杆截面设计下弦杆按最大内力计算，归并为一种截面，下弦杆受拉。由内力计算表知最大内力在 gk节间，Nmax 238.132 KN2 90565的截面系数为下弦计算长度：平面内lox 3000mm，平面外 気 2 30006000mm所需的截面面积为：A N238. 1321031107.6mmf215选择2 90565不等肢角钢，短肢相并,A14. 424cm2， i x1. 59cm， i y4. 32cm .

7、二不等边角钢短肢相并 I 志 y 2.9)j工(1)强度验算:An1442 . 4165 . 1 N / mm2f 215 N / mm2满足要求(2)刚度验算：xl 0x3000188 . 7ix15 . 91 0y6000138 . 8yiy43 . 23、斜杆截面设计350350满足要求1)支座斜杆aB截面设计支座斜杆受压 N157.377KN计算长度：平面内lx2526mm,平面外10y2526mm假设 80，贝 U 0.688，157 . 377100. 6882151064 . 4 mm2所需的截面面积为：A fix iy 虽252L31 . 57 mm，80选择2 75 508不

8、等肢角钢，长肢相并，275 50 8的截面系数为2A 18.934cm ，ix 2.35 cm ， iy 2.12 cm .一不等边角钢长肢相并 i严(0.7-1.0) Lr3-*(1)强度验算:NAn83 . 1 N / mm2215 N / mm2满足要求(2)刚度验算:1 0xi x252623. 5150252621. 2119.150满足要求(3)整体稳定验算:119. 1 查表得 y 0.450NTa157 . 3770. 4501893 .184.70 N/ mnf215 N / m卅满足要求2)斜腹杆截面设计cD，支座斜杆受压88. 831KN计算长度：平面内lox0.810.

9、 828592287 . 2mm，平面外l 0yl 2859 mm假设 80，贝U0.688，所需的截面面积为：A 388.831100. 688215600 .253 mmi x 亘 2287 . 228. 59 mm,80丨0yi y 28598035. 73 mm选择2 635等肢角钢，2 635的截面系数为A12.286cm2，i x1. 94cm， i y 2. 82cm.二等边角钢相并(1)强度验算:215N / mm观 831 10372.31N/mm f1228. 6满足要求(2)刚度验算:1 0xi x2287. 2117. 919. 41501 0y2859282101.4

10、150满足要求(3)整体稳定验算:由x 136.4查表得x 0.43888.8310.4541228. 6159.25N / mm f215N / mrh满足要求4、竖杆截面设计1) 支座竖杆 Aa, N10.08KN 受压计算长度：平面内、平面外 lx loy 2000mm，内力较小，假设 140，则 0.345，所需的截面面积为：A 10.0810135.89mm2f 0.345 215lxlyl 0x200014.29mm，140选择等肢角钢相并,2 45 5的截面系数为A 8.584cm2，Ix 1.37cm， iy 2.10cm.二等边角钢相并I a( 1 315)（1）强度验算：N

11、An10.08 1032 11.74N / mmf 215N/mm858.4满足要求（2）刚度验算：xl 0x2000146150ix13.7y10y 200095.24150满足要求iy21.0（3）整体稳定验算：xy由x 146查表得x 0.322NZA100800.322 858.4236.5 N / mm2215N /mm满足要求2）中间竖杆cC受压 N 20.16KN计算长度：平面内l0x 0.810.8 22851828mm，平面外10y 1.2510x 1.25 18282285mm假设 140，则 0.345，所需的截面面积为：A20.16103 2271.79mmf0.345

12、215l0x 1828l 0y2285ix 13.06mm，ii y16.32mm140140.选择2 45 5等肢角钢相并，2 455的截面系数为A 8.584cm2，ix 1.37cm， iy 2.10cm.二等边角钢相并二i严（仔.+215N / mm2（1）强度验算： 20.16 10 23.49N/mm2An858.4满足要求150(2)刚度验算：x 哇 1828 133.4i x 13.70yiy228521.0108.8150满足要求(3)整体稳定验算:y 由 x 133.4查表得 x 0.372NTA201600.372 858.463.13N /mm2215N / mm2满足

13、要求5、垫板的截面设计为使两个拼接角钢整体作用，两角钢相并肢之间焊上垫板。垫板的厚度应等于节 点板厚度6mm,宽度取60mm,长度比角钢肢宽大15-20mm以方便角钢焊接。垫 板间距在受压杆件中不大于40i，受拉杆件中不大于80i(i为一个角钢的最小回 转半径)。在杆件的计算长度范围内至少设置两块垫板。十字形截面则由角钢肢 尖两侧各缩进1015mm。旧！a丁 厶右二杆件截面选择表f 215N /mm2,压杆：150 拉杆：350杆件内力几何计算长度截面形式及规格截面1回转半径长细比稳定系数应力设计长度/mm面积/mm设计值/KN/mml0xl 0yA/2 mmixiyxyxy值/(N / mm

14、上弦杆AH-246.4961508150830162 100 63 6（短肢相并）192317.947.784.263.20.66-193.1下弦杆ah238.1323000300060002 90565（短肢相并）1442.15.943.2188138.9165.1斜杆aB-157.3772526252625262 75 50 8（长肢相并）189323.521.21071190.45-187.1Be115.04632609208726092 45 585813.721152124210cD-88.8312859228728592 635122819.428.21191010.44-164D

15、e56.218382859228728592 45 585813.721165137102eF-31.596827812224.827812 635122819.428.2115990.465-55.3Fg19.69-10.733049243930492 635122819.428.21251080.41216-21.3gH32.99-10.833385270833852 635122819.428.21391200.34526.8-25.7竖杆Aa-10.082000200020002 45 585813.721145950.32-36.7Ce-20.162285182822852 6351

16、22819.428.294810.588-27.9Ee-20.162585206825852 635122819.428.2106730.524-31.3Gg-20.162885230828852 635122819.428.21181020.45-36.5Hh03035303530352 45 5858.4imin = 17.2ma)=167.40各杆件垫板截面选择杆件内力设 计值/KN几何 长度/mm计算 长度/mm截面形式及规 格最小 回转 半径/mm垫板 数量垫板 间距/mm垫板间距允许值40i（受压杆）或80i（受拉杆）/mm上弦杆FG-246.496150815082 100 63

17、 6（短肢相并）32.1710001284下弦杆gk238.132300030002 90565（短肢相并）22410001760斜杆aB-157.377252625262 75 50 8（长肢相并）143500560Be115.0463208726092 45 513.82500552cD-88.831285922872 63519.43700776De56.21838285928592 45 513.827001104eF-31.596827812224.82 63519.43700776Fg6.515309304930492 63519.4210001552gH16.1155338527

18、082 63519.4310001552竖杆Aa-10.08200020002 45 513.72500548Ce-20.16228518282 63519.43500776Ee-20.16258520682 63519.43500776Gg-20.16288523082 63519.43500776Hh0303524282 4558.85500704五、节点设计 设计步骤：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸， 然后根据焊缝尺寸的大小选择节点板的形状和尺寸，最后验算杆件与节点板的连接焊缝。本次设计节点板形状均取矩形。节点板杆件应有间隙的要求Be杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸取为hf16

19、mm ,5mm则肢背和肢尖的焊缝长度1 w10. 7N20. 7hf1ffwhf11 w2cD1 w10. 7N20. 7hf1ffwhf11 w20.3N20. 7hf2ffwCc杆内力很小，可按构造选择20. 761600.33115. 041020. 75160尺寸为勺hf16mm，0.788.8310320.761600. 388.831032 0.75160hf5mm0.7115.041012102hf2h f 21031272mm 取 l wi41mm 取 Iw25mm58mm 取 l w133. 8mn取 l w2根据求得的焊缝长度，考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配的误差,绘

20、出节点详图，得到节点板尺寸为 300mm*250mm验算杆件与节点板的连接焊缝80 mm50mm80mm50mm按比例杆件与节点板的焊缝长度300,取hf 5mm ,焊缝所受的力为左右两下弦杆最大内力差 NN1N2197. 587. 2110. 3KN受力较大的肢背处焊缝应力为k1 Nf20.7hf(lw2hf )0. 751103002 077 540. 8N / mrfi(30010)fw160N / mmc的相同。满足要求。aB杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸取为 人们8mm， hf2 6mm0. 65N20.7hf1ffw2hz0.65157.420?78 1601031673mm 取 1

21、wi10mm1 w2.35N w2hf23515741031253mm 取心80mm20. 7hf2ffw20. 76160上弦节点因需搁置屋面板或檩条，常将节点板缩进角钢背而采用槽焊缝连接， 节点板缩进距离不少于节点板厚度的一半加 2mm极为5mm。槽焊缝可作为两条角焊缝计算，其强度设计值应乘以0.8的折减系数。上弦节点板尺寸为300mm 220mm验算杆件与节点板的连接焊缝P 20.16KNN 151.60151.6KNP1722_2_0. 7hflw7. 88N / mrn0. 8ffw128N / mrn1.2220. 75300Nf20.7hflw156 10372.2N/mm20.

22、 753006M20.7hfl：36151.61067.620?75300297. 6N / mm2 f满足要求97. 6 21. 2272. 22107.8N/mm ffw160N/ mrh3、下弦中央拼接节点h拼接角钢采用与下弦杆相同的截面 2 90565拼接角钢计算节点两侧下弦杆件内力相等,N238. 13KNhf 5mm竖向肢切去t hf56 55 16mm（t为角钢肢厚）节点一侧与下弦杆的每条焊缝的计算长度为N10L2hf )102102hf102hf101101104066551 w11 w21 w21 w11 w拼接角钢所需长度为验算下弦杆与节点板连接焊缝从图中量得4、屋脊节点H

23、拼接角钢计算116242 mm取 L350mm50mm0.250. 15N20. 7hf 2f fw30mmN246.5KN40.7hfffw106mm焊缝的实际长度为1w106116mm按15%N计算 hf 5mm33.9mm 取17.9mm 取拼接角钢采用与上弦杆相同截面的2 10063hf 5mm竖向肢切去t hf516mm （t为角钢肢厚）238. 11030.750. 15N20. 7hf 1f fw0.75 0. 15 238. 110320. 751600.25 0. 15 238. 110340. 7516020. 75160节点一侧与上弦杆的每条焊缝的计算长度为，w40.7h

24、fffw40. 75160焊缝的实际长度为lw2hf11010拼接角钢所需长度为L2(l w2hf)10212010246.5103N120mm250mmL110mm300mm按15%N计算hf 5mm节点板长度取 120mm. M 0.15Nee=63-14.3=48.7mm0. 15N0. 15246. 510344N / mrrif20.7hflw20. 75120验算上弦杆与节点板连接焊缝60. 15246.56Mf220. 7hflW10348. 72 0. 7 51202107. 2N / mrn1.222107.2:1.2244298N / mrn160N / mrn满足要求由于

25、屋架跨度较大，需将屋架分为两个运输单元,在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接。左半边的上弦、斜杆与节点板的连接为工地焊缝。拼接角钢与 上弦的连接全用工地焊缝。为了便于工地焊接，需设置临时性的安装螺栓。5、上弦支座节点与竖杆节点这两个节点的弦杆内力或节点两边弦杆内力差值均等于零，因此弦杆肢背焊缝不必验算，肢尖焊缝也不受力，采用构造焊缝。6、支座节点a91底板计算底板承受屋架的支座反力R141.12KN，屋架与柱铰接，柱子混凝土采用C25,fc 11.9N / mm2则底板需要的净截面面积为A f c螺栓直径采用d 22mm螺栓孔面积底板需要的总面积为A AnA141. 12103211858mm11.9A 50402 22225519mm11858551917378mrfi2根据底板构造要求，选取底板面积为底板承受的应力为R141 . 1210 33. 87 N / mm2A420005519210mm 200mm42000mma11452272.5mmai.100 2105 2145 mm ， bi由于b1/a10.5，所以取 0.058a?0. 058 3. 8714524719 N mm6471921511.5mm 取t 20mm底板尺寸选为210 200 202) 加劲肋与节点板的焊缝计算加劲肋的高度和厚度等于支座节点板高度和厚度，高