某厂房24m×90m钢屋架设计钢结构课程设计-

钢结构课程设计

某厂房24mx90m钢屋架设计

学院建筑工程条

课程名称钢结构课程设计

专业土木工程

学号—

盘名_____

指导教师_________

20XX年1月8日

任务书

一、设计题目焊接梯形钢屋架设计

二目的

通过钢结构课程设计，掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法。运用有关力

学和钢结构课程所学知识对钢屋架进行内力分析、杆件截面设计和节点设计。培养学生解

决实际问题的能力。

三、设计资料

1.广东某厂房总长度90m,跨度2411b纵向柱距6m。

2.钢筋混凝土柱，柱的混凝土强度等级为C30,上柱截面尺寸400X400,梯形钢屋架支撑

在柱顶。地区计算温度高于-20℃,无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度。

3.屋架下弦标高为18叱厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。

4.屋架形式、几何尺寸、屋架内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。

屋面坡度i二L/10；L为屋架跨度。

5.屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学

用Q345钢，焊条为E50型。均为手工焊。

6.屋面做法及荷载标准值：

无楝体系：采用1.5X6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）

荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L,L为屋架跨度，以田为

单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；

②屋面各构造层的荷载标准值：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/n2

水泥砂浆找平层0.4KN7n2

保温层0.5KN/m2

预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.40KN/n]2

③可变荷载：屋面活荷载标准值为0.7KN/m2,雪荷载标准值为

2

Sk=0.35KN/m,屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；

积灰荷载取0.9KN/m2o

7.钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度

16m,运输高度为3.85皿工地有足够的起重安装条件。

屋架的形式和几何尺寸

屋架的计算跨度/o是指屋架支座反力之间的距离，当屋架支撑在钢筋混凝土柱网上采用封闭结

合时，可取/（）—/—2x0.15m=24—2x0.15m=23.7m

屋架各杆件的几何尺寸如下图所示:

屋盖支撑的布置：

i.上弦横向水平支撑

采用大型屋面板的无橡屋盖，一般只考虑大型屋面板起系杆作用。通长情况下，在屋架上弦应

设置横向水平支撑。

上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架二弦平面在跨度方向全长布置。考虑到

上弦横向水平支撑的间距大于60m,应在中间柱间设置横向水平支撑。

2.下弦横向水平支撑

屋架跨度大于18m,应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑，且沿屋架下弦在

屋架跨度方向全长布置。

3.下弦纵向水平支撑

本案例中设有2台150/30t（中级工作制）桥式吊车，且未设置托架，因此，可不设下弦纵向

水平支撑。

4.垂直支撑

垂直支撑应设在上、下弦横向水平支撑同一开间内的两棉屋架之间。梯形屋架跨度L=24m时\

可仅在跨中和两端各设置一道，共三道。

5.系杆

屋脊节点以及屋架支座处沿厂房设置通长的刚性系杆，屋架下弦跨中通长设置一道柔性系杆。

屋架支撑的布置如下图所示：

一、荷载和内力计算

iyf我j卜笛^.

（1）屋面永久荷载标准值：

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0.5KN/m2

预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.40KN/m2

屋架及支撑自重q=0.12+0.011*24=0.384KN/IA沿水平面分布）

小计（0.4+0,4+0.5+1.4）/cos5.71+0.384=3.097=3.IKN/IA沿水平面分布）

注：

（2）屋面可变荷载标准值:

屋面活荷载标准值0.7KN/m2

2

屋面雪荷载标准值Sk=0.35KN/m

屋面积灰荷载标准值0.9KN/m2

%屋面活荷载，屋面雪荷载）max+积灰荷载=\6KN/m?

本厂房地震设防烈度为六度，因此可不考虑竖向地震作用。

2,荷载组合

屋架强度和稳定性计算时，应考虑一下3种荷载组合：

（1）全跨永久荷载设计值+全跨可变荷载设计值

屋架上弦节点荷载（由永久荷载效应控制的组合）

尸=（1.35x3.1+1.4x1.6x0.7）xl.5x6=51.777KN

屋架上弦节点荷载（由可变荷载效应控制的组合）

F=（1.2x3.1+1.4x1.6）x1.5x6=53.64^

即K=53.64KN

（2）全跨永久荷载设计值+半跨可变荷载设计值

全跨永久荷载作用下节点荷载设计值

F）=1.0x3.1x1.5x6=27.9^

半跨可变荷载作用下节点荷投设计值

F3=1.4x1.6x1.5x6=20.16^

（3）全跨屋架（包括支撑）+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

全跨屋架（包括支撑）作用下的集中荷载设计值：

尸4=1.0x0.384x1.5x6=3.456^

半跨屋面板自重及半跨屋面活荷载作用下节点荷载设计值：

由永久荷载控制的组合

F=(1.35x1.4+0.7x1.4x0.7)x1.5x6=23.184W

由可变荷载控制的组合

尸二(L2x1.4+L4x0.7)x1.5x6=23.94W

尸5=23.94KN

组合(1)、(2)为使用阶段荷载，组合(3)为是施工阶段荷载。

屋架挠度验算时，考虑一下荷载组合

(4)全跨永久荷载标准值+全跨可变荷载标准值

屋架上弦节点荷载标准值(由可变荷载效应控制的组合)

F6k=(3.l+l.6)xl.5x6=42.3KN

3.杆件的内力计算

在半跨单元节点力作用下，各杆件内力系数如下图所示：

内力计算

杆件内力系数组合（2）组合⑶

P=1组合（1）F,=27.9kN,F,=20.16kNE=3.46kN,F,=23.94kN

在左半在右半F,=53.61kN可变荷载可变荷载可变荷载可变荷载计算内力

杆件全跨

跨跨在左半跨在右半跨在左半跨在右半跨kN

F?X③F?X③F,X③F,X③

①②③③

+F,X①+RX②+RX①+F，②

AB000000000

上BD-6.25-2.47-8.72-467.7408-369.288-293.0832-179.7962-89.303-467.7408

弦DE-9.04-4.49-13.53-725.7492-559.7334-468.0054-263.2314-154.3044-725.7492

杆HI-9.17-6.09-15.26-818.5464-610.6212-548.5284-272.3294-198.5942-818.5464

HI-7.38-7.38-14.71-789.0444-559.1898-559.1898-227.5738-227.5738-789.0444

ac3.481.254.73253.7172202.1238157.16799.67746.2908253.7172

下

co83.5311.53618.4692482.967392.8518231.4138124.402618.4692

吆

eg9.345.3114.65785.826597.0294515.7846274.2886177.8104785.826

杆

gi8.446.7315.17813.7188593.3934558.9198254.5418213.6044813.7188

aB-6.53-2.34-8.87-475.7868-379.1178-294.6174-187.0184-86.7098-475.7868

cB4.762.126.88369.0432287.9136234.6912137.759274.5576369.0432

cD-3.14-2.03-5.44-291.8016-215.0784-192.7008-93.991-67.4206-291.8016

斜

eD1.91.83.7198.468141.534139.51858.28855.894198.468

原

oF0.71-1.75-2.46-131.9544-54.3204-103.9148.4858-50.4066-131.9544

杆

肝-0.451.561.1159.540421.89762.4186-6.932441.18762,4186

gH1.55-1.530.021.072831.806-30.286837.1762-36.55937.1762

iH-2.471.39-1.08-57.9312-79.9272-2.1096-62.868629.5398-79.9272

aA-0.50-0.5-26.82-24.03-13.95-13.7-1.73-26.82

登cC-10-1-53.61-48.06-27.9-27.4-3.46-53.61

腹eE-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64

杆gG-10-1-53.64-48.06-27.9-27.4-3.46-53.64

il0.970.97-1-53.64-8.3448-8.344819.761819.7618-53.64

二杆件的界面选择

1.上弦杆

（1）使用阶段承载力计算

整个上弦杆采用等截面，按FG,GH杆件的最大设计值进行内力计算

%=-818.546KN

计算长度

ZOY=1508mm,/0r=2x1508=3016mm

最大腹杆压力-475.79kN（aB腹杆），中间节点板厚度t=1°巾n，支座节点板厚度t=12mm.

设2=60,采用双角钢截面为B类截面（因为幻二2/。，，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短

肢相并。）

查轴心受压构件的稳定系数表0=。807

所需角钢界面面积为：

,N818.546x1()3

=4717.71加加之

一妍_0.807x215

所需回转半径为

1508

------=25.13mm

60

l3016

-7Qv-=------=50.26mm

260

根据所需的小，卬，A查角钢规格，选用21_140*90*12

A=52.8c加\L=2.54cm,z=6.81cm

人yr（短肢相距10mm）

小黑黑=59.373口5。

-lov3016..

Ay==-------=44.29<[2r]=150

iy68.1

短肢相并的角钢，可近似地取

勿2=⑪=44.29<囚=150

由Zr=59.37,查得0=0.81,则

N818.546xl03.

（J=—=-----------------=1i9n1iAANKJ/mm2<3107V/mm2

（pA0.81x5280

满足要求。

（2）施工阶段上弦稳定性验算

当吊装右半跨吊装屋面板时，N=202.729KN,N2=0

N

左半跨屋架平面外计算长度L=L（0.75+0.25-X0.751=0.75xl0500mm=7915mm

4yz«4=/oy/iy=7915/67.7=116.9«[2]=150

这里为半跨上弦的长度

查轴心受压构件的稳定系数表痣二°454,则

a=—=202529x10=100A2N/mm2<310N/mm2

cpA0.454x4460

因此，满足要求允许半跨吊装

2.下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，最大内力在gi杆N=813.72kN（拉力）

计算长度屋架平面内取节间轴线长度/o、=3000m〃7

屋架平面外根据支撑布置取6=1050°m，W

_N813.72x1（）32

计算需要净截面面积“A一7----------------=3784.744mm-

215

选用选用21—125X80X10（短肢相并），A=39.4cm2,ix=2.26cm,iy=6.11cm

（短肢相距10mm）,

按所选角钢进行截面验算，取%

3J°x=3000=132.74<[©=350

X22.6

171.85<[2]=350

y61.1

N813.72xlO3……2

a=—=----------------=206.537V//7?m22<310?//mm2

A3940

所选截面满足要求.

eg杆内的内力接近813.72KN,杆内有螺栓孔消弱，应使得螺栓孔的位置直接点半边缘的

距离a>100mm

3.端斜杆aB

N=--475.787kN(压力)

因为［。才=ly=2535mm,故采用不等肢角钢

选用21_100x80X10,A=34.4c',ix=3.12cm,iy=3.53cm

Ax=—==81.25<[2]=150

ix31.2

iloy2535…

Ay=——=----=71.8O11<[A]=150

iy35.3

满足长细比：［幻=15°的要求。

由于长边相连的不等边双角钢，可以采用以下简化公式:

b280。,0.48如0.48x2535

=©<------=----------=15I.C2n1i

7=正b280

1L09A\,zi1.09X804.ye

儿=4,(1+[21)=71.67x(1+25302乂]。?=76.26<R]=150

所以

由于4>4,只需求出9mm查轴心受压构件的稳定系数表，么=0,70

N475.787xlO3"八八一

a=——=------------------=197.597V/mm22<310N/mm22

M0.7x3440

所选截面合适。

5.斜腹杆

(1)cB杆

N=369.042%N(拉力)，L=2608mm,瓜=2608x0.8=2086.4mm/or=/=2608mw>

N369042

An=——=---------二1716.47〃加

f215

2

选用2L_63x8,A=19.02cni,ix=1.90cm,iy=3.02cm

%公=2090.4=I10a2<[川=350\.=—==86.52<[2]=350

*L19.02"z„30.2

3

N369.042xlO2嗔…12

a=一-----------------=194N/mm~<310N/mm-

A1902

所选截面合适。

(2)cD杆

x

N=-291.802kN(压力)，L=259mm,lox=28590.8=2287.2mm/o)=1=2859mm

选用2L63X8,A=19.02cm2,ix=1.90cm,iy=3.02cm

Zv=—=^^=120.38<[2]=150Ay=^=^^=94.67<[A]=150

ix19iy30.2

由于长边相连的不等边双角钢，可以采用以下简化公式:

0.48/oy_0.48x2859

==7875==1/•1>4

7T-b280

所以为之二办(1十f)=94.67x。十=99.27<R]=150

由于4>4.只需求出。mm二外,查轴心受压构件的稳定系数表0.56

N291.802xlO3r-2-八人一

(J=—=------------------=274N/mm<310N/mm2

四0.56x1902

所选截面合适。

(3)eD杆

N=198.468kN(拉力)，L=2859mm,%=2859X0.8=2287.2mm与=l=2859mm、

选用2l_50x5等边角钢，A=9.6cm2,ix=1.92cm,iy=2.45cm

/Lr=—=^^=120.38<[A]=150勿=也==116.7<[冏=150

ix19iy24.5

N198.468xlO3“r………

(7----------------二206JN/mm-2<310N/mm~2

A960

所选截面合适。

(4)eF杆

x

N=-131.954kN(拉力)，L=3129mm,lox=31290.8=2503.2mmZor=1=3129mm

选用2l_63x8,A=19.02cm2,ix=1.9cm,iy=3.02cm

。lox2503.2,_,_.1loy3129

AX=—=----=131.73<[Ar]=150“=——二------=---103.6<[/l]=150

ix19iy30.2

由于长边相连的不等边双角钢，可以采用以下简化公式:

0.58/oy0.58x3129—

—=—=7.875<-----------=-----------------=22.6/

t8bl80

44

rrr>icc八0.475A,、，八一/八0.475x80.《八

所以Ayz=2y(lH---=103.6x(1+-yp—；――)=106.82<[2]=150

由于乙〉4•只需求出化查轴心受压构件的稳定系数表，0=0.376

。二包JL954x6=]84,5N/e.ION/〃/

惘0.376x1902

所选截面合适。

(5)gF杆件

N=62.42kN(拉力)，L=3119mm,lax=3119X0.8=2495.2mmI8=1=3119mm、

选用2l_50x5等边角钢,A=9.6cm2,ix=1.92cm,iy=2.45cm

,lox2495.2,_,…I”

AX=—=----=131.33<[/]=15O[ZJ=150

ix19

N62.42xlO3

a=­=65.02N/mm2<310N/mm2

A960

所选截面合适。

为了减少杆件类别，对gH,Hi杆件分别采用，其内力远小于eF杆件，满足受力要求!

6.竖杆

gG杆件，

N=—53.64枇儿=0.8/=0.8x2890=231加〃叱。」=1=289O??m

选用2L56X5等边角钢(肢相距10mm)

2312

-------=134.42<[A]=150

X17.2

2890

=107.44

26.9

b560.58Z_0.58X2890

—2=--=11.2VOy=29.93

t5_―56~

所以

0.475反(0,475X564

1+122=107.44XI1H---------=———«109.84<[A]=150

(t\28902X52

查得9=0,368，则

N53.64x1()32,[八山2

cr=——=----------------=134.7IN/mm<3\QN/mm

0.368x1082

满足要求

（2）竖杆aA便于连接，选用2L63X8等边角钢组成。

（3）Cc、Ee、li杆其受力情况与Gg想同，为了减少类别，采用想同的尺寸2L56X5

所选截面合适满足要求。

总上，屋架各杆件截面汇总件表二

节点设计

下弦节点C（图）

斜阡CB与节点板连接焊舞计算：

至369.04kN.

设肢背与肢尖的焊缝尺寸均别为6mm,所需焊缝长度为

肢背：

肢尖：

斜秆c与节点板的连接焊缝计算：

N=-291.8KN

肢背：

肢尖：

竖砰cC与节点板连接焊缝计算：

沪53.64KN

因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸心焊缝长度/“.>50nim.

下弦杆与节点板连接焊缝计算：

下弦与节点板的连接焊缝承受两节间的杆力差

假没焊脚尺寸，满足构造要求。

肢背：

肢尖：

2.上弦节点B（图）

斜杆Be与节点板连接焊缝计算，与下弦节点c中Be杆计算相同。

斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=-475.79KN

肢背和肢尖焊缝分别采用：力,=8nim和力r=6mm

肢背：

肢尖：

为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背80mm,上弦角钢与节点板间用槽焊

连接.焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦

垂直。

假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=53.64KNo

上弦肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差△川=467.74-0=467.74KN,

因采用大型屋面板，一次节点板可以伸出屋架上弦，按实际焊缝长度（节点板满焊）

，按下列公式验算:

肢背焊缝：

肢背焊缝:

满足要求

下弦拼接节点i

下弦拼接杆处最大杆力为813.72kN,设焊脚尺寸为8mm,接头一侧需要的焊缝计算长度:

拼接角钢的总长度为：

取400mm

下弦与节点板连接焊缝验算，设焊脚尺寸为6mm，则

实际焊缝尺寸为200mm,满足设计要求。

屋脊节点I

>>K

上弦拼接处最大杆力，上弦一侧所需焊缝长度，假设力,=8向，每一侧边界角钢与上弦所需的焊缝

长度

拼接角钢的长度为

上弦与节点板的连接焊缝较K,且屋脊节点的杆件内力差较小，起焊缝可按构造满焊。

支座节点a

1）支座底板计算

支座处屋架反力：

C30混凝土，

钟杆直径取d=25mm,孔径，则

支座底板需要面积：

底板尺寸取250mm350mm=87500

钏栓垫:板采用-lUUmmlOUmm20mm,孔径，底板实际应力为:

节点板，加劲肋将底板分成四块相同的相邻两边支撑板

根据几何关系，可得

查表可得，底板上的最大弯矩为

底板的厚度为

根据构造要求,取底板厚由t=2nim

材料表

数量重量

构件编号截面尺寸长度

正反重录kg/m单个kg小计kg合计kg

2L110X90X10120642217.475210.8184843.2736

21.110X70>8120002210.946131.352525.408

2L63X8199047.46914.8633159.45324

2L100X80X102535413.47634.16166136.6466

2L63X5260041.82212.5757050.3031

2L56X5229044.2519.7347938.93916

2L80X8285949.65827.61222110.4489

G町-22L50X5285943.7710.7784343,113722199.435

21.56X5259044.25111.0100944.04036

2L63X5312944.82215.0880460,35215

21.63X5311944.82215.0398260.15927

2L56X5289044.25112.2853949.14156

2L63X5339644.82216.3755165,50205

2L63X5337044.82216.2501465.00056

2