轻屋面钢屋架设计课程设计2724785

1、钢屋架课程设计2014房屋钢结构课程设计轻屋面钢屋架设计一、 设计资料1、工程地点：河北邯郸，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 120m,屋架铰支于 钢筋混凝土柱上，屋架跨度 24m，柱距6m,屋面离地20m,吊车 起重量为15t，工作制为A5，无较大的振动设备。3、屋面作法：选用轻型屋面板，屋面坡度为 1/10，无天窗。4、自然条件：基本风压为0.35KN/m2，基本雪压为0.25KN / m2，积 灰荷载标准值为0.5KN /m2地震设防烈度为7度。地面粗糙度类 别为B类，场地类别皿类，重要性级别为二级，( 1.0 )。5、材料选用：(1) 、屋架钢材采

2、用规定的 Q235，(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)、角钢型号按热轧型钢选用，(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：计算或从相关标准图集中选用。7、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,屋架计算跨度 l0 l 1

3、50 224000 30023700mm屋架端部高度取h02000mm跨中高度 h h。i 10 2000 0.1 空7003185mm2 2高跨比h 0.134，属于常用范围之内。1 0屋架起拱度f24000 48mm,取50mm.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.丨”1门可150单位：mm2、屋架支撑布置根据厂房跨度24m,长度120及荷载情况，设置3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；在屋盖两-11 -端开间内的屋脊处与两端支座处设置竖向支撑； 有吊车，需设下弦纵向水平支撑下获會8g以平立挥无天窗，跨 度Fv

4、30m,布置在屋架两端、 中口图R垂直支撑的布置二、屋架荷载和内力计算1、荷载计算根据经验公式，屋架和支撑的自重估算值为(0.120.0111。) 1.20.381 1.2KN/m2,取0.4 1.2KN /m2屋架下弦无其他荷载，可假定屋架和支撑重量全都作用在上弦节点。根据建筑结构荷载规范可知，屋面活荷载和雪荷载不同时考虑, 屋面活荷载为0.5KN /m2 (不上人)，雪荷载为0.25KN/m2取其中的较大 者计入，取屋面活荷载0.5KN /m2。由于是轻屋面，需要考虑风荷载作 用。轻型屋面板采用夹芯板，按图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑 构造01J925-1选用。预估屋面板受力，恒载为0

5、.3KN /m2，屋面活荷 载为0.5KN /m2，积灰荷载为0.5KN /m2，屋面板承受的设计荷载值为1.2 0.3 1.4 (0.5 0.5) 1.76KN /m2。板型选 JXB40 320 960，板厚 75mm, 有效宽度为960mm取檩条间距为1500mm,支撑条件为连续，即所承 受的设计荷载最大值为3.0KN /m21.76KN /m2屋面板受力表永久何载标准值KN /m2设计值KN / m2屋面板和檩条自重0.31 .20.36屋架和支撑自重0.41 .20.48总和0.70.84可变荷载标准值KN / m2设计值KN / m2屋面活荷载0.51 .40.7积灰荷载0.51

6、.40.7总和1.01.4檩条的设计檩条采用实腹式檩条，截面采用冷弯薄壁C型钢C220 75 20 2.5.钢材选用Q235,檩条跨度为6m,在跨中设一道拉条，提供下翼缘平面外 变形的约束条件，防止檩条因整体失稳而发生弯扭，拉条采用8mm圆钢。qy冷弯薄壁C型钢C220 75 20 2.5截面参数:A 9.73cm2， I x 703.76cm4，Wx 63.98cm3，7A7A7Wymax 33.11cm3，Wymin 12.65cm檩条承受的竖向荷载：屋面板和檩条自重：0.36KN /m2可变荷载：1.4KN/m2q (0.36 1.4) 1.5 2.64KN/mqx qsin ,qy q

7、cos5.710Mx1 2 1 0 28qJ 8 264 C0S56112KN mxqJ拉条处负弯矩M32拉条与支座间正弯矩My132qxl22.64 sin5.710 6212.64 sin5.710640.295KN m620.148KN m强度验算:WxMyWy11.82 1060.148 1062196.44 N / mm f2215N / mm63.98 10312.65 103刚度验算qk (0.30.50.9 0.5) 1.5 cos5.7101.866 KN / m5qkl35 1.8663心10 631 “c3.62 10 3-5 10l 384EI384 206 10703

8、.76 103l200由于设置了拉条，可不用验算整体稳定荷载组合 （本次设计地区地址设防烈度为7度，轻型单层工业厂房,无需进行抗震设计。）（1）、全跨永久荷载+全跨可变荷载F1(0.84 1.4) 1.5 620.16KN(2) 、全跨永久荷载+半跨可变荷载F20.84 1.5 6 7.56KN , F3 1.4 1.5 6 12.6KN(3) 、屋架、支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载F40.48 1.5 64.32KN， F5(0.36 0.7) 1.5 6 9.54KN(4) 、轻屋面考虑风吸力的作用风荷载标准值k z z s 01 ( 0.6) 1.25 0.350.26KN /m

9、2z-Z处的风振系数z-风压高度变化系数s -风荷载体型系数0-基本风压一6 7-0.715-0.6300+ 0.8 :中间值按捕人法计算考虑1.0X恒载+1.4 X活载和荷载组合，风吸力为Ff 1.0 (0.3 0.4) 1.4 0.26 0.336KN/m20，即为风压力，且远远小于竖向荷载组合，可以忽略。内力计算利用midas建模计算先计算桁架各杆件的内力系数和支座反力(F=1作用于全跨、左半跨、右半跨)。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合。-忙静力荷戟申自1 左半跨； 占节点荷載：日0y 2865 cy 101.2 iy 28.3150满足要求(3)整体稳疋验算：xy由x 136.4

10、查表得x0.438N109630171.72N/mm2f 215N /mm2满足要求yA0.438 1457.64、竖杆截面设计1)支座竖杆Aa, N 10.08KN 受压计算长度：平面内、平面外lox loy 2000mm ,内力较小，假设 140，则 0.345，所需的截面面积为:10-08 103135.89mm20.345 2151 0xlx iy200014014.29mm，选择2 45 5等肢角钢相并,2 45 5的截面系数为A 8.584cm2，-15 -lx 1.37cm， ly 2.10cm.二等边角钢相并 a( 131.5)心3(1)强度验算:NAn10.08 10858.

11、411.74N/mm2215N / mm2满足要求(2)刚度验算:l 0x2000ix13.71461502014房屋钢结构课程设计0yly200021.095.24150满足要求(3)整体稳定验算:x y由x 146查表得x 0.322NTA100800.322 858.436.5N / mm2215N /mm2满足要求2)中间竖杆cC,受压 N 20.16KN计算长度：平面内lox 0.810.8 2285 1828mm，平面外10y 1.2510x 1.25 18282285mm假设140，贝卩0.345，3所需的截面面积为：A 20.16 10271.79mm2f0.345 215l

12、0x182814013.06mm , I yl 0y228514016.32mm.选择2 45 5等肢角钢相并,2 45 5的截面系数为A 8.584cm2 ,NAn满足要求-16 -Ix 1.37cm , Iy 2.10cm.二等边角钢相并 严(1*5) (1)强度验算:20.16 103858.423.49N/mm22215N / mm(2)刚度验算:l 0xIx182813.7133.41502014房屋钢结构课程设计0yly228521.0108.8150满足要求(3)整体稳定验算:x y 由 x 133.4查表得 x 0.372NTA201600.372 858.463.13N /m

13、m2215N / mm2满足要求3) 竖杆Kk选择2 45 5等肢角钢组合成十字截面，2 45 5的截面系数为2A 8.584cm ， ix 1.37cm， iy 2.10cm.-36 -二等边角钢组合 成的十字形截面5、填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填板。填板的厚 度应等于节点板厚度6mm,宽度取60mm,长度比角钢肢宽20-30mm, 以方便角钢焊接。填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）。十字形截面则由角钢肢尖 两侧各缩进1015mm。杆件截面选择表f 215N /mm2,压杆：150 拉杆：350杆件内力

14、设计 值/KN几何 长度/mm计算长度/mm截面形式及规 格截面面积A/2mm回转半径/mm长细比稳定系数应力设 计值/（N /l 0xl 0yiyiyxyxy上弦杆AK-308.131508150830162 100 63 8（短肢相并）2516.817.748.285.262.60.654-187.20下弦杆ak306.393000300060002 90 56 6（短肢相并）1711.415.843.4189.87138.25179.02斜杆aB-178.92531253125312 75 50 8（长肢相并）1893.423.521.2107.7110.90.488-193.62Be1

15、38.722604208326042 45 5858.413.721.0152.0124161.60cD-109.632865229228652 63 61457.619.328.3118.8101.20.438-171.7De74.612855228428552 45 5858.413.721.0166.7136.086.92eF-49.453125250031252 63 61457.619.328.3129.5110.40.390-87.0Fg28.153114249131142 45 5858.413.721.0181.9148.332.79gH19.74-19.09339127133

16、3912 63 61457.619.328.3140.6119.80.343-38.213.5Hk9.26-39.303380270433802 63 61457.619.328.3140.1119.40.345-78.156.35竖杆Aa-10.082000200020002 45 5858.413.721.014695.20.322-36.5Cc-20.162285182522852 45 5858.413.721.0133.4108.80.372-63.13Ee-20.162585206825852 63 61457.619.328.3107.291.30.510-27.1Gg-20.1

17、62885230828852 63 61457.619.328.3119.6101.90.439-31.5Kk3945 X 5858.4imin17.2max167.445.63各杆件填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填板 数量填板 间距/mm填板间距允 许值40i （受 压杆）或80i（受拉杆）/mm上弦杆AK-308100 63 8（短肢相并）31.887501272下弦杆ak306.39300060002 90 56 6（短肢相并）28.8415002304斜杆aB-

18、178.9253125312 75 50 8（长肢相并）14.04500560Be138.72260426042 45 513.728001096cD-109.63286528652 63 619.33600772De74.61285528552 45 513.728001096eF-49.45312531252 63 619.34650772Fg2845 513.729001096gH19.74-19.09339133912 63 619.34700772Hk9.26-39.30338033802 63 619.34700772竖杆Aa-10.08200020002

19、 45 5 H13.73500548Ce-20.16228522852 45 513.73500548Ee-20.1625852585:2 63 619.33550772Gg-20.16288528852 63 6 H19.33600720Kk3945 X 58.85500704五、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6mm , hf 2 5mm1 w120.7N0.7hfiffw2hfi0.7 138.

20、72 102 0.7 6 1601284.25mm取lw110.3N2hf20.3 138.72 1031047.16mm取lw2w220.7hf2ffw2 0.7 5 160cD杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸为hf 16mm， hf 25m10.7N2hfi0.7 109.63 1031269.10mm取lw1w120.7hf1ffw2 0.7 6 16010.3N2hf20.3 109.63 1031039.37 mm取lw2w220.7hf2ffw2 0.7 5 160则肢背和肢尖的焊缝长度85mm50mm70mm40mmCc杆内力很小，可按构造选择hf 5mm根据求得的焊缝长度，考虑杆件

21、之间应有的间隙以及制作和装配的误 差，按比例绘出节点详图，得到节点板尺寸为 280mm 235mm。验算杆件与节点板的连接焊缝杆件与节点板的焊缝长度280mm，取hf 5mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆最大内力差 N N1 N2232.85 95.6137.25KN受力较大的肢背处焊缝应力为k1 N2 0.7hf(lw 2hJ0.75 1372502 0.7 5 (280 10)254.46N / mm160N/mm2满足要求。oaB杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸取为hf1 8mm， hf26mml w10.75N20.7hf1f； 2hf10.75 178.9 1032 0.7 8 16016

22、 90.9mm 取 lw1100mml w20.25N2 0.7hf2ffw2hf2 25 仇9 1032 0.7 6 16012 45.3mm 取 lw250 mm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260mm 180mm验算杆件与节点板的连接焊缝20.16KNN 176.22 0176.22KN201601.22 2 0.7hflw29.08N/mm1.22 2 0.7 5 260w0.8 f f2128N / mm2

23、0.7hflw6M2 0.7hflW,1.22176.22 103296.82 N / mm2 0.7 5 26036 176.22 1022107.25N / mm2 0.7 5 2602C 96.82 130.78N/mm160N/2 mm满足要求3、下弦中央拼接节点k拼接角钢采用与下弦杆相同的截面2 90 56 6拼接角钢计算节点两侧下弦杆件内力相等，N 306.39KNhf 5mm竖向肢切去 t hf 5 6 5 5 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306.39 1034 0.7hf fT 4 0.7 5160 137mm焊缝的实际长度为lw 2hf13

24、710147mm拼接角钢所需长度为L 2(lw 2hf)102 14710304mm 取 L350mm验算下弦杆与节点板连接焊缝按15%N计算 hf 5mm1 w10.75 0.15N2 0.7hf1ffw2hf0.75 0.15 306.39 1032 0.7 5 1601040.8mm 取 lw1 50mm1 w20.25 0.15N2 0.7hf2ffw2hf0.25 0.15 306.39 1032 0.7 5 16010 20.3mm 取 l w2 30mm4、屋脊节点Kl 110 . 1104 1 *拼接角钢计算拼接角钢采用与上弦杆相同截面的2 100 63 8 ,N 298.19

25、KNhf 5mm竖向肢切去t hf 5 8 5 5 18mm （ t为角钢肢厚）节点一侧与上弦杆的每条焊缝的计算长度为N4 0.7hf ffw298.19 1034 0.7 5 160133mm焊缝的实际长度为lw 2hf 133 10143mm拼接角钢所需长度为L 2(lw 2hf)102 143 10296mm L 350mm验算上弦杆与节点板连接焊缝按15%N计算 hf 5mm 节点板 长度取 120mm. M 0.15Nee=63-15=48mm0.15N2 0.7hflw30.15 289.19 102 0.7 5 12053.2N /mm26M22 0.7hflw6 0.15 29

26、8.19 103 4822 0.7 5 120127.8N/mm22f1.222127.822 53.22 117.5N / mm2 1.22f；160N/mm2满足要求由于屋架跨度较大，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a1）底板计算底板承受屋架的支座反力 R 161.28KN，屋架与柱铰接，

27、柱子混凝土米用 C25, fc 11.9N/mm2则底板需要的净截面面积为An 空需0 135歸螺栓直径采用d 22mm螺栓孔采用50mm.螺栓孔面积 A 50 50 22526963mm2底板需要的总面积为 A AnA 13553 6963 20516mm2根据底板构造要求，选取底板面积为210mm 200mm 42000mm2底板承受的应力为161.28 104.60N/mm2An42000 69631 2|210a1 138a1. 1002100138mm ， b 69mm, 222由于D/a10.5，所以取 0.06022 2Ma-! 0.0602 4.6 1385274N mm6M

28、6 5274t. 12.13mm 取 t 20mmV f V 215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，高度取360m m厚度取8mm。焊脚尺寸hf 6mm加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4。R 161 28V40.32KN e 40 20 60mm44M Ve 40.32 60 2419.2KN mm焊缝计算长度lw 360 2hf 20 260 2 6 20 328mm强度验算V2 0.7hflw340.32 102 0.7 6 328214.63N/mm6M2 0.7h

29、fl6 2419.2 10322 0.7 6 32816.06N/mm22f1.22216.06 1.2214.63219.68 N/mm2f；160N / mm2满足要求3）加劲肋和节点板与底板的连接焊缝计算节点板与底板的焊脚尺寸取hf 6mm加劲肋与底板的焊脚尺寸取hf 8mm节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度(200 8 2 8)2 (200 2 6) 2 728mm强度验算243.24N / mmfT 160N/mm2R1.22 0.7hf lw161.28 1031.22 0.7 6 728下弦一般节点计算表节点N1/ KNN2/ KNN / KN放样焊缝lw /mmk1 Nf

30、 2 0.7hf (lw 2hf)c95.60232.85137.2528054.46e232.85295.7762.9228524.51g295.77306.3910.622854.14说明：hf 5mm, f160N/mm2上弦一般节点计算表节占 八、N/KNlw / mmPNNm6M|MJ(；o)2 (N)2 1.22f1.22 2 0.7hflwT 2 0.7hflwf22 0.7hfiwB176.222609.0896.82107.25130.78D97.1319012.4373.03110.70116.48F34.7816014.7531.0555.9055.35H9.9417013.898.3514.1514.29M说明：hf5mm,f 0.8f；128N/mm2 ,，()2( N )2ffW160N/mm2V 1.22原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明