钢结构课程设计梯形钢屋架

课程设计任务书题目：梯形钢屋架——某工业厂房适用专业：土木工程2010级指导教师：雷宏刚、李海旺、闫亚杰、焦晋峰太原理工大学建筑与土木工程学院2013年12月一、设计题目：梯形钢屋架二、设计资料某工业厂房，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度见表1，有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m，柱截面尺寸为400×400mm。不考虑积灰荷载。注：屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值可按下列数值考虑：0.30kN/m2（6.0m）0.40kN/m2（7.5m）三、设计内容及要求要求在2周内（2013.12.23～2014.1.3）完成钢结构课程设计内容，提交设计图纸及计算书一套。1.设计内容（1）进行屋盖结构布置并选取计算简图；（2）屋架内力计算及内力组合；（3）屋架杆件设计；（4）屋架节点设计；（5）屋架施工图。2.设计要求（1）整理设计计算书一份eq\o\ac(○,1)设计条件eq\o\ac(○,2)结构布置eq\o\ac(○,3)计算简图eq\o\ac(○,4)荷载选取eq\o\ac(○,5)内力计算eq\o\ac(○,6)内力组合eq\o\ac(○,7)构件设计eq\o\ac(○,8)节点设计eq\o\ac(○,9)挠度验算（2）绘制施工图eq\o\ac(○,1)屋盖布置图（图纸编号01）：屋架平面布置图+上、下弦支撑平面布置图+垂直支撑布置图；eq\o\ac(○,2)屋架施工图（图纸编号02）：屋架几何尺寸、内力简图+屋架施工详图+节点、异形零件详图+设计说明+材料表等。表1梯形钢屋架课程设计任务表坡度1:101:20基本雪压（kN/㎡）基本风压（kN/㎡）长度（m）60（柱距6m）75（柱距7.5m）72（柱距6m）90（柱距7.5m）题号跨度地点21242730212427302124273021242730北京市123456789101112131415160.400.45上海市171819202122232425262728293031320.200.55乌鲁木齐333435363738394041424344454647480.750.60成都市495051525354555657585960616263640.100.25南京市656667686970717273747576777879800.650.40哈尔滨818283848586878889909192939495960.450.45太原市9798991001011021031041051061071081091101111120.350.40运城市1131141151161171181191201211221231241251261271280.250.45长治市1291301311321331341351361371381391401411421431440.300.45吕梁市1451461471481491501511521531541551561571581591600.150.40四、参考资料（1）钢结构设计基本原理，HYPERLINK"/search/search.asp?key1=%C0%D7%BA%EA%B8%D5"雷宏刚，HYPERLINK"/search/search.asp?key1=%BF%C6%D1%A7%B3%F6%B0%E6%C9%E7"科学出版社（2）钢结构设计，黄呈伟、李海旺等，HYPERLINK"/search/search.asp?key1=%BF%C6%D1%A7%B3%F6%B0%E6%C9%E7"科学出版社（3）建筑结构荷载规范，GB50009-2012（4）钢结构设计手册（上册）第三版，HYPERLINK"/view/494713.htm"中国建筑工业出版社（5）轻型屋面梯形钢屋架，中国建筑标准设计研究院（6）钢结构设计规范，GB50017-2003（7）土木工程专业—钢结构课程设计指南，周俐俐等，中国水利水电出版社课程设计计算书题目：梯形钢屋架——某工业厂房专业：土木工程班级：土木1002姓名：景天雨学号：2010001529指导教师：焦晋峰太原理工大学建筑与土木工程学院2013年12月梯形钢屋架计算书设计资料（题号45）某工业厂房（乌鲁木齐）：梯形钢屋架跨度为21m，长度90m，柱距7.5m，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度，有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m，柱截面尺寸为400×400mm。不考虑灰荷载。屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值按0.40计算。基本雪压取0.75，基本风压取0.60。屋架计算跨度：跨中及端部高度：采用平坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度，屋架中间的高度,则屋架在20.7m处，两端的高度为。结构形式与布置屋架形势及几何尺寸如图1所示根据厂房长度（90m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格和中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载，在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设置一道×垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。桁架上弦支撑布置图桁架下弦支撑布置图垂直支撑1—1垂直支撑2—2梯形钢屋架支撑布置图SC—上弦支撑；XC—下弦支撑：CC—垂直支撑；GG—刚性系杆；LG—柔性系杆荷载计算屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取最大的荷载标准值进行计算。故取雪荷载0.75进行计算。荷载计算表荷载名称标准值（）设计值（）彩钢复合板（1000mm）0.2屋架、檩条、拉条条及支撑自重重0.4管道荷载0.1永久荷载总和0.70.84雪荷载0.75可变荷载总和0.751.05设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。1.全跨永久荷载＋全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：2.全跨永久荷载＋半跨可变荷载：全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载全跨屋架（包括支撑）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面雪荷载全跨节点屋架自重半跨节点屋面板自重及雪荷载杆件名称内力系数（F=11）第一种组

合F×第二种组合第三种组合计算杆件

内力（kkN）全跨

左半跨

右半跨

F1×＋FF2×F1×＋FF2×F3×＋FF4×F3×＋FF4×上弦AB000000000BC-7.75-5.83-2.69-192.25-165.79-122.51-147.53-94.37-192.25CD-7.75-5.83-2.69-192.25-165.79-122.51-147.53-94.37-192.25DE-11.66-8.04-5.09-289.24-239.35-198.70-209.58-159.64-289.24EF-11.66-8.04-5.09-289.24-239.35-198.70-209.58-159.64-289.24FG-12.24-7.15-7.15-303.63-233.48-233.48-198.17-198.17-303.63下弦ab4.433.431.40109.8996.1168.1385.9851.61109.89bc10.167.363.93252.03213.44166.17188.62130.55252.03cd12.317.936.15305.36245.00220.47211.82181.68305.36斜腹杆aB-7.06-5.47-2.23-175.13-153.22-108.57-137.09-82.23-175.13Bb5.283.822.06130.98110.8686.6097.9468.14130.98bD-3.94-2.50-2.03-97.74-77.89-71.41-67.15-59.19-97.74Dc2.431.091.8860.2841.8152.7033.7647.1460.28cF-1.130.17-1.83-28.03-10.12-37.68-4.24-38.10-38.10Fd-0.14-1.351.70-3.47-20.1521.88-23.7427.9027.9011

-23..739竖杆aA-0.50-0.500.00-12.40-12.40-5.51-11.62-3.15-12.40bC-1.00-1.000.00-24.81-24.81-11.03-23.23-6.30-24.81cE-1.00-1.000.00-24.81-24.81-11.03-23.23-6.30-24.81dG0.22-0.29-0.295.46-1.57-1.57-3.52-3.525.4577

-3..524杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即上弦杆计算长度在屋架平面内：为节间轴线长度，即在屋架平面外，本屋架为有檩体系，且认为檩条与支撑的交叉点不连接，根据布置和内力情况，取为支撑之间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，，短肢相拼，如图所示腹杆最大内力，查表2.8，节点板，支座节点板厚度假定，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形和十字形截面属于b类），则需要的截面积为：需要的回转半径：根据需要A,，查角钢规格表，选用2∟，肢背距离8mm，则：，，则按所选角钢进行验算：满足长细比的要求。由于，只需要求。查表，则故所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆件计算。，（因跨中有通长系杆），所需截面积为选用2∟，因为，故用不等肢角钢，短肢相并，肢背间距8mm，如图所示，，，端斜杆aB杆件轴力：计算长度：因为，故采用不等等肢角钢，长长肢相并，使使。选用2∟，肢背间距8mm，则，，因为，只需求，查查表得，则截面合适。4.斜腹腹杆Fd最大拉力最大压力力计算长度度在屋架平平面内在屋架平面外选用2∟，肢背间距8mmm，查角钢规规格表得，，因为，只需求，查查表得，则拉应力：5.竖杆cE，由于杆件内力较小小，按选择，需需要的回转半半径为查型钢表，选截面面的和较上述计算算的和略大些。选选用2∟，肢背间距8mm，其几何尺尺寸为，，因为，只需求，查查表得，则其余各杆件的截面面选择计算过过程不再一一一列出，现将将计算结果列列于表屋架杆件截截面选择表杆件

编号内力

（kN）计算长度（cm）截面规格截面面积

（mm）回转半径（cm）长细比容许长

细比稳定系数计算应力

FG-303.63175.2525.6┰110x70x8827.81.985.3488.598.41500.565193.31cd305.363501035┰70x45x715.321.253.53280293.2350199.32Aa-12.4199.75199.75┰50x47.81.542.35129.7851500.38841aB-175.13267.2267.2┰90x56x719.662.862.3493.4114.21500.469189.93Bb130.98213.8267.2┰56x48.781.732.59123.6103.2350149.18Cb-24.81173.2216.5┰50x47.81.542.35112.592.11500.47866.54bD-97.74228.16285.2┰70x44104.790.81500.525167.12Dc60.28228.16285.2┰50x47.81.542.35148.2121.435077.28cE-24.81187.2234┰50x47.81.542.35121.699.61500.42874.32cF-38.1239.44299.3┰56x48.781.732.59138.4115.61500.351123.63Fd-23.739239.44299.3┰56x48.781.732.59138.4115.61500.35177.03Gd-3.524201.2251.5┰50x390.4112.31500.4799.4节点设计1.下弦节点b各杆件的内力由表表查得。设计计步骤：由腹腹杆内力计算算腹杆与节点点板连接焊缝缝的尺寸，即即和，然后根据据的大小按比比例绘出节点点板的形状的的尺寸，最后后验算下弦杆杆与节点板的的连接焊缝。用E43型焊条角焊焊缝的抗拉、抗抗压和抗剪强强度设计值。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊焊缝，则所需需的焊缝长度度为（按等肢肢角钢连接的的角焊缝内力力分配系数计计算）肢背：，取。肢尖：，取。设“bD”杆的肢背和肢尖焊焊缝，则所需需的焊缝长度度为肢背：，取。肢尖：，取。“Cb”杆的内力很很小，焊缝尺尺寸可按构造造确定，取。根据上面求得的焊焊缝长度，并并考虑杆件之之间应有的间间隙及制作和和装配等误差差，按比例绘绘出节点详图图，从而确定定节点板尺寸寸为下弦与节点板连接接的焊缝长度度为，。焊缝所受受的力为左右右两下弦杆的的内力差，受受力较大的肢肢背处的焊缝缝应力为焊缝强度满足要求求。该节点如如图所示。2.上上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝缝尺寸和节点点“b”相同。“aB”杆与节点板板的焊缝尺寸寸按上述同样样方法计算得得设“aaB”杆的肢背和和肢尖焊缝，则则所需的焊缝缝长度为（按按等肢角钢连连接的角焊缝缝内力分配系系数计算）肢背：，取。肢尖：，取。为了便于在上弦上上搁置屋面板板，节点板的的上边缘可缩缩进上弦肢背背。用槽焊缝缝把上弦角钢钢和节点板连连接起来。槽槽焊缝作为两两条角焊缝计计算，槽焊缝缝强度设计值值乘以0.8的折减系数数。计算时可可略去屋架上上弦坡度的影影响，而假定定集中荷载P与上弦垂直直。上弦槽焊焊缝的应力可可由下面计算算得节点板厚度上弦与节点板间焊焊缝长度为，则则上弦肢尖角焊缝的的切应力为3.屋脊节点“G”弦杆一般都采用同同号角钢进行行拼接，为了了使拼接角钢钢与弦杆之间间能够紧密结结合，并便于于施工，需将将拼接角钢的的尖角削除，且且截去垂直肢肢的一部分宽宽度（一般为为）。拼接角角钢的这部分分削弱，可以以靠节点板来来补偿，接头头一边的焊缝缝长度按弦杆杆内力计算设拼接角钢与受压压弦杆之间的的角焊缝，则则所需焊缝计计算长度为（一一条焊缝）拼接角钢的长度弦弦杆杆端空隙隙，拼接角钢钢长度取上弦与节点板之间间的的槽焊缝缝，假定承受受节点荷载，验验算与节点“B”处槽焊缝验验算方法类似似，此处验算算过程略。上上弦肢尖与节节点板的连接接焊缝，应按按上弦内力的的计算，并考考虑此力产生生的弯矩。设设肢尖焊缝，取取节点板长度度，则节点一一侧弦杆焊缝缝的计算长度度为