徐州工程学院土木大四钢结构设计2011级..

1、单层工业厂房屋盖结构 梯形钢屋架设计徐沏X程挚隨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殷海洋学院名称土木工程学院班级名称11房屋建筑（1）班指导教师张雷阳2014年 12月 28日一、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丄 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

2、何尺寸及杆件系数如图所示1501350bed已4jT1120004、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

3、层/ （kN/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

4、的计算结果可列入截面选择表内。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

5、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。1509 B15S1508I：, l；5O8巳竺）竺G 1508 H1608 I3000300030001350匚d&12000一、设计资料某厂房总长度为90m跨度24m柱距6m1、结构形式梯形钢屋架，钢筋混凝土柱。柱的混凝土

6、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、屋架形式屋架形式、几何尺寸及杆件系数如图所示130.4kN/m20.4kN/m20.55 kN/m20.05kN/m20.3kN/m21.4kN/m20.384 kN/m20.15kN/m20.7kN/m20.35kN/m21.0kN/m23、荷载标准值（1）、永久荷载三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 水泥砂浆找平层保温

7、层一毡二油隔气层水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板屋架及支撑自重悬挂管道（2）、可变荷载屋面活荷载标准值雪荷载标准值积灰荷载标准值4、屋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、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。l/XZXXzlKZXX 1IXIXI I 丰 IXIXXN 务 I 皿1.1桁架支撑布置图符号说明：SC上一一上弦支撑；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

8、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1/C0SJ h102 1/10 = 1.005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：21.005 X 0.4=0.402 kN/m水泥砂浆找平层：21.005 X 0.4=0.402 kN/m保温层：21.005 X 0.55=0.553 kN/m一毡二油隔气层：21.005 X 0.05=0.05025 kN/m水泥砂浆找平层：1.005 X 0.3=0.3015 kN/m 2预应力混凝土大型屋面板：21.005 X 1.4=1.407 kN/m屋架及支撑自重：0.12+0.0112X 24=

9、0.384kN/m2共 3.95 kN/m可变荷载标准值：1.0 kN/m0.7 kN/m屋面活荷载标准值（大于雪荷载）：积灰荷载标准值：1.7 kN/m设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1、全跨永久荷载+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 X 3.95 +1.4 X 0.7 X 0.7+1.4 X 0.9 X 1.1 ） X 1.5 X 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 X 3.95 X 1.5 X 6=48 kN（按永久荷载为主的组合）R.2=1.2 X 3.

10、95 X 1.5 X 6=42.66 kN（按可变荷载为主的组合）对结构有利时：F1.3=1.0 X 3.95 X 1.5 X 6=35.55kN半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4 X（ 0.7 X 0.7+0.9 X 1.0 ）X 1.5 X 6=17.51 KN（按永久荷载为主的组合）F2.2=1.4 X（ 0.7+0.9 X 1.0 ）X 1.5 X 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 X 0.384 X 1.5 X 6=4.1

11、472 kN对结构有利时：F3 .2 =1.0 X 0.384 X 1.5 X 6=3.456 kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（ 1.2 X 1.4+1.4 X 0.7）X 1.5 X 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）(bl图4.2荷载组合（2）F4Id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。

12、屋架构件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合FT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R.i X +F2.iXF1.i X +F?.i XF3.iX +RXF3.iX +F4X AB000000000BCCD-9.08-6.8-2.9-594.8-594.83上303弦DEEF-14.0-9.9-5.2-721.9-721.922642FG-15.7-10.-7.0-1031.-1031.78526878GHHI-16.2-10.-7.0-1067.-1067.16980816ab4.943.801.47323.62323.62下be11.978.774.127

13、84.15784.15弦cd15.1410.356.18991.82991.82de15.1258.528.52990.51990.51aB-8.98-6.9-2.6-588.2-588.28178斜Bb6.935.072.40453.98453.98腹bD-5.45-3.6-2.3-357.0-357.03杆703De3.682.112.02241.08241.08cF-2.42-0.9-1.9-158.5-131.9-150.4-29.91-56.96-158.5306328Fd1.07-0.21.7570.1032.1982.00-3.2446.3370.109-3.24dR0.792.

14、43-2.151.7582.690.8061.45-48.0282.692-48.02RI1.563.20-2.1102.20130.9137.7680.08-45.36130.912-45.36RG0.700.70045.8645.8645.86Aa-0.50-0.50-32.76-30.290竖Cb Ec-1.00-1.00-65.51-60.57杆0Gd-1.50-1.40-98.27-90.869HR-1.00-1.00-65.51-60.570Ie00000五. 杆件设计(1) 上弦杆整个上弦米用等截面，按 GH,HI杆件的最大内力设计，即N = -1067.16KN上弦杆计算长度：

15、在屋架平面内，为节间轴线长度，即lox =丨。=1508 mm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loy为支撑点间的距离，即ly 二 6000mm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。12l180XHOXX2上弦截面腹杆最大内力N二-588.28KN，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 =70，查Q235钢的稳定系数表，可得 0.751 （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31067 .16100.75121

16、526609 .2 mm需要回转半径:l oxix 150870=21.5mmiy1 oy6000.85.7mm70根据需要A, ix，iy查角钢规格表,选用2L180H10X12，肢背间距a=10mm则:2A=6742mm ， ix=43.3mm，iy=86.8mm按所选角钢进行验算:r,! oxxix508 =34.8343.3l oyyIy600-69.12 lox，故用不等肢角钢，短肢相并，如下图2A = 5675mm ， ix =43mm， ly = 86.3mmlox 3000lx43-69.8 V 350,|oyly1185086.3= 137.31 V 350N 991.821

17、0174.78MPa : 215MPa A 5675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 ld 二300 = 150cm :：: 80i =80 3.13 =250.4cm，取 150cm。2丁尸二 2L180xl 10x10下弦截面(3) 斜腹杆 端斜杆aB:杆件轴力 N二-588.28KN计算长度 lx = ly = 2448mm因lox =loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix ：“iy 选用 2L125 80 12，肢背间距 a=10mm则：A = 4670mm2 ,ix= 61.6mm , iy = 33.5mm按所选角钢进行验算:

18、1 oxlx244861.6二 39.741 oy244833.5=73.07 =150i15双角钢T型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比 上b2t 0.8=10 :0.48l yb20.48 244.814.7,841.09b222_ l0y t2=73.96 X( 1+1.09 8 2 ) = 82.58 y244.8 0.8故由max = yz =82.58 , b 类,= 0.672 ,NA588.28 1030.672 4670MPa =187.46MPa V 215MPa故所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mrX 145mnX 10mm则244 8间距 Id81.6cm

19、： 40i =40 3.31 =132.4cm,取 90cm3 杆件dR-RI此杆在R节点处不断开，采用通长杆件取大拉力：NdR =82.69KN, NRI -130.91KN最大压力：NdR 一 -48.02KN , Nri 一 -45.36KN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lox = 2157mm ,在桁架平面外的计算长度：丄N2丄45.36loy =l1 (0.75 0.252 )=4314 (0.75 0.25)= 4254.3mmN148.02选用2L63 4，查角钢规格表得2A = 996mm , ix =19.6mm , iy = 29.4mmox21

20、5799.7 : 15019.61 oy4254.329.4= 144.7 : 150因x V y，只需求；：y。查表得 =0.3486，则N48020138.3MPa V 215MPa0.3486x996拉应力：貯 _ N _130910 _131 44MPa c215MPa A996所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mM83mm y，x =0.567，NCT =xA357030208.2MPa X =0.449，1585300.449 2300二 153.5MPa : 215MPa所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mnX95mnX 10mm则305 5间距 ld76.4cm ：

21、40i =40 2.2 91.2cm，取 80cm。4 杆件Fd杆件轴力 N =70.10KN计算长度 lox =0.8 X 3035=2444m loy = 3035mm选用2L63 4，查角钢规格表得2A = 996mm ， ix = 19.6mm， iy = 29.4mmox2444茴12450,、l oyiy二 3035 二 103.2 ： 35029.4N 7010070.4MPa ：215MPaA 996所选截面满足要求填板放两块，尺寸取60mM83mm 10mm则间距 Id =- =101.2cm ： 80i =80 1.96 =156.8cm，取 110cm 3 杆件RG杆件轴

22、力 N =45.86KN计算长度 lox =0.8 X 1952=1561.6m loy -1952mm选用2L63 4，查角钢规格表得2A = 996mm , ix = 19.6mm , iy = 29.4mmox1561.619.6= 79.7 ： 350,xx -0.688 ,xA66.9MPa V 215MPa0.688 996所选截面满足要求填板放两块，尺寸取60mrX83mnX 10mm则195 2间距 ld65.1cm ：80i =80 1.96 =156.8cm，取 70cm。3(4) 竖杆 杆件Aa杆件轴力 N - -32.76KN计算长度 lox =0.8 X 1900=1

23、520m loy = 1900mm由于杆件内力较小，按二=150选择，需要回转半径为ix =10.13mm， iy = 12.67mm选用2L56 4，查角钢规格表得2A = 878mm ， ix = 17.3mm， iy = 26.7mmox152017.3= 87.86 ： 150，l oyiy190026.7二 69.34 ： 150-0.636，xA327600.636 878= 58.67MPa V 215MPa所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取60mnX 76mnX 12mm则12、190.0间距 “363.3g4or 1.769.2cm 取 65cm。 杆件HR杆件轴力 N二-

24、65.51KN计算长度 lox =0.8 X 1406=1124.8m loy = 1406mm选用2L56 4，查角钢规格表得2A = 878mm ， ix = 17.3mm， iy = 26.7mmoxix1124.817.3-65.02 : 150，l oyiy140626.7-51.3 : 150x -0.78，xA655100.78 878= 95.66MPa V 215MPa425所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mrX 76mnX 10mm则间距 Id 二 = 46.8cm ： 40i =40 1.73 二 69.2cm，取 50cm。 3 杆件Cb杆件轴力 N - -65

25、.51KN计算长度 lox =0.8 X 2200=1760m loy = 2200mm选用2L56 4，查角钢规格表得2A = 878mm ， ix = 17.3mm， iy = 26.7mmox二1760 =101.7 : 15017.3l oyiy220026.7=80.3 : 150x =0.483,65510二人一 0.483 878= 154.48MPa V 215MPa所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取60mM 76mm200N/mm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

26、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：1 、 1hf节点板厚度12mm = 6mm， hf = 10mmf 2 2 f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：N _N22 0.7hlw594830N - 02 0.7 10mm 505mm-2 10mm2二 87.60N/ mm6M2 0.7hfw26 594830N 95mm2 22 0.7 10mm 485 mm= 102.96N/mm2aM f册62r102.96x

27、!I 1.22 丿= 121.64N/mm2 ： 200N/mm239满足要求节点如图:占419. 75上弦节点屋脊节点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t+hf +5mm ）。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 hf =8m m,则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）10671604 0.7 8 1602 8=313.76mm拼接角钢的长度L =2lw，10 =592.6mm+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取 700mm上弦

28、肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝hf =8mm，取节点板长度为500mm则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw =(700/2-10-2 8) = 324mm焊缝应力为:0.15 10671602 0.7 8 324= 44.11MPa6 0.15 1067160 8522 0.7 8 324= 69.4MPa : 160MPa设“ Rl”、“Id ”杆的肢背和肢尖焊缝hf =6mm和5mm,贝U所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）：肢背：lw107 130910 2 6 =80.18mm，取 90mm。2x0.7x6x160

29、0.3 130910_ “肢尖：lw2245.06mm，取 60 mm。2x0.7x5x160因屋架的跨度很大，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、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点 板的连接用工地焊缝。节点形式如图：4支座设计：支座节点“ a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度12mm（1）支座底板的计算：支座反力：R =8F =524.08kN采用对C30, fc=14.3MPa的钢筋混凝土柱，锚栓直径取 25mm锚栓孔直径取2倍的锚栓直径，即50mm支座底板的面积AfC 锚栓孔缺口面积=52：0；0+1963=38612能设支座底板的平面尺寸采用240mm 300mm ,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反 力，则承压面积为240 214 =51360mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度:CJR 二 524080 =10.2MPa ： fc =14.3MPa代 51360式中：fc 混凝土强度设计值，。支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块