钢结构课程设计——27m跨工业厂房普通钢屋架设计
学院：土木与环境工程学院
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
科技大学 2014年07月
目录
1.设计任务书 (1)
1.1 设计容 (1)
1.2 设计目的 (1)
1.3设计任务及要求 (1)
2.设计计算书 (2)
2.1 设计资料 (2)
2.2 设计依据 (3)
2.3 屋架形式及主要尺寸确定 (3)
2.4 支撑布置 (4)
2.5 屋架的力计算 (5)
2.5.1 计算的基本假定 (5)
2.5.2荷载计算 (5)
2.5.3 荷载组合 (6)
2.5.4 力计算 (7)
2.6 杆件截面设计 (9)
2.6.1 上弦杆 (9)
2.6.2 下弦杆 (10)
2.6.3 端斜杆aB (12)
2.6.4 腹杆 (13)
2.5.6 竖杆Hd (17)
2.7 节点设计 (20)
2.7.1 上弦节点 (20)
2.7.2 屋脊节点“J” (31)
3.7.3 端部支座节点“a” (33)
2.7.4 下弦节点 (35)
2.7.5 其他节点 (41)
2.8 节点板计算 (42)
土木与环境工程学院土木1102班 41112054 柴丽娜
1.设计任务书
1.1 设计容
27m跨工业厂房普通钢屋架设计
1.2 设计目的
通过课程设计，进一步了工业厂房钢结构的结构型式、总体布置、受力特点和构造要求等；培养和锻炼学生综合运用钢结构材料、连接和基本构件设计原理进行钢屋架设计计算和解决实际工程问题的能力。
1.3设计任务及要求
(1)完成设计计算书一份，设计计算书容应包括以下容：
①设计基本资料、设计依据
②选择钢屋架的材料，并明确提出对保证项目的要求；
③确定屋架形式及几何尺寸，屋架及支撑布置（SC——上弦支撑，XC——下弦支撑，CC——垂直支撑，GG——刚性系杆，LG——柔性支撑）；
④进行荷载汇集、杆件力计算、力组合，选择各杆件截面；
⑤节点设计：设计下弦节点、上弦节点、再分式腹杆节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。
⑥填板设置；⑦材料统计
(2)绘制钢屋架施工图一（A3）
①屋架几何尺寸和力简图（1:100）；
②构件详图：屋架正立面图[轴线图比例1:20（1：30），节点及杆件比例1:10(1:15)]，上、下弦平面图，端部侧面图、跨中及中间部位剖面图；
③零件或节点大样图（1:5）；④材料表；设计说明。
所绘图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB 50001—2010）》和《建筑结构制图标准（GB-T50105-2010）》的要求。
2.设计计算书
2.1 设计资料
某机械厂成品组装车间跨度为27m ，厂房总长度90m ，柱距6m ，车间设有两台300/50kN 中级工作制吊车。厂房平面图、剖面图及屋架结构形式见图2-1（以长度90m 为例）。
H 0
150
33000
i
H 0
24000150
27000
150
i
H 0
i
H 0
30000
150
i
图2-1 厂房平面、剖面及屋架形式示意图
1.车间柱网布置：长度90m；柱距6m；跨度27m
2.屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。
3.屋面材料：预应力大型屋面板
4.柱的混凝土强度等级为C25，屋面坡度i=1/10；
5.厂房工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢柱上。
6.屋面活荷载标准值为0.7，雪荷载标准值为0.45，基本风压0.35，基本雪压（不与活荷载同时考虑）0.45
2.2 设计依据
1.《钢结构课程设计指导》志国庆芳理工大学
2.《钢结构设计规》（GB50017-2003），：中国计划
3.《建筑结构荷载规》（GB50009-2012），：中国建筑工业
4.《钢结构基本原理》何若全中国建筑工业
5.《房屋建筑制图统一标准》（GB50001-2010）
6.《建筑结构制图标准》（GB-T50105-2010）
2.3 屋架形式及主要尺寸确定
屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架，屋面坡度。屋架计算宽度，中间
高度取，在27m轴线处端部高度，在的两端高度为：。屋架跨中起拱高度按计算，取。钢材选用Q235B
钢，焊条为型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆。
如图2-2所示：
3000
4500
3000
2850150
20153350
15071507
1507
15071507
1507
1507
1507
135728503000300045002015
2300
2600
1300
3050
15253350253926
222873
28
731890
20
8620
862248
326
52248
2035
13500
图2-2 屋架形式
2.4 支撑布置
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，该水平支撑的规格与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，在各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一道垂直支撑。
屋架支撑布置见图2-3所示：
图2-3(a)屋架上弦支撑布置
图2-3(b)垂直支撑1-1
图2-3(c)垂直支撑2-2
符号说明：GWJ-（钢屋架）；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）
备注：某车间所设计的屋盖无吊车、无天窗、无振动设备，不必进行有关这些的计算。
2.5 屋架的力计算
2.5.1 计算的基本假定
节点均为铰接；所有杆件的轴线均位于同一平面，且同心交汇于节点；荷载均作用于节点。
2.5.2荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，取较大的荷载标准值进行计算，故屋面活荷载取0.7kN/m2进行计算；荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，起卸载作用，对重屋盖可不考虑。
屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式
计算。
荷载计算如表2-1所示：
表2-1 荷载计算表
荷载名称
标准值（）设计值（）预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝） 1.4 1.4×1.35＝1.89 改性沥青防水层0.4 0.4×1.35＝0.54 20厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4 0.4×1.35＝0.54 150厚加气混凝土保温层0.48 0.48×1.35＝0.648 悬挂管道0.10 0.10×1.35＝0.135 屋架和支撑自重0.120+0.011×27=0.417 0.417×1.35＝0.563
永久荷载总和 3.197 4.316
屋面活荷载0.7 0.7×1.4＝0.98
可变荷载总和0.7 0.98
2.5.3 荷载组合
设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：
（1）第一种荷载组合：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）第二种荷载组合：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：
（3）第三种荷载组合：全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:
全跨节点屋架自重：