梯形钢屋架课程设计
姓名：程瑞
班级：08实验班土木学号：200820010118 学院：建工学院
河北理工大学
2011 年 6 月 30 日
目录
(1) 梯形钢屋架课程设计计算书
(2) 设计图纸
梯形钢屋架课程设计计算书
1．设计资料：
1、车间柱网布置：长度90m ；柱距6m ；跨度18m
2、屋面坡度：1：10
3、屋面材料：预应力大型屋面板
4、荷载
1）静载：屋架及支撑自重0.45KN/m2;屋面防水层0.4KN/m2；找平层
0.4KN/m2;大型屋面板自重（包括灌缝）1.4KN/m2。
2）活载：屋面雪荷载0.3KN/m2；屋面检修荷载0.5KN/m2
5、材质Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。
2 . 结构形式与选型
屋架形式及几何尺寸如图所示
根据厂房长度(90m>60m)、跨度及荷载情况，为了保证上弦横向支撑的有效作用，提高屋盖的纵向刚度，两道横向水平支撑的距离不宜大于60米，故当厂房较长（>60m）时，设置上、下弦横向水平支撑各道。
3 . 荷载计算
屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合，应取其较大值进行组合。 由于厂房钢屋架由永久荷载效应起控制作用，故取恒载分项系数 1.35，活荷载分项系数1.4。
荷载计算表 荷载名称 标准值（KN/m2） 设计值（KN/m2） 预应力混凝土大型屋面板自重
1.4 1.4×1.35=1.89 屋架及支撑自重 0.45 0.45×1.35=0.608 屋面防水层 0.4 0.4×1.35=0.54 找平层 0.4 0.4×1.35=0.54 永久荷载总和
2.65
3.578 屋面检修荷载 0.5 0.5×1.4=0.7 雪荷载 0,3 0.3×1.4=0,42 可变荷载总和 0.8 0.8×1.4=1.12 荷载组合方法：
1、全跨恒荷载1F ＋全跨活荷载2F
2、全跨恒荷载1F ＋半跨活荷载2F （相当于全跨恒、活荷载减去半跨活荷载）
3、全跨屋架（包括支撑）自重3F ＋半跨屋面板自重4F ＋半跨屋面活荷载
2F
4. 内力计算
计算简图如下
(c)
(b)
(a)
2
F 2F 2
F 2F 2F 2F /22
F 3//3F 22/F F 3
F
3F 3F 3F 3F 34F F 34
F F 34F F 34F F 34F F 3421F F 2F 2F 2F 2F 2
F /22F 1/2F /22
F 1//1F 22/F 2F F 12F F
12F F 12F F 12F F 12F F 12F F 12F F 12F F 12F F 12F F 12C G F E D B
A d
c
b a
1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F F /
2
F 21990
2590
2F F 14F 4F 4
F 4F 4F 4
F F 22/F 4 屋架构件内力组合表
杆件名称 杆件编号
单位荷载 F ＝1 静载作用（KN/m 2） 活载（KN/m 2）0.7 杆件内力 计
算内力
在左 在右 全跨 全部恒载3.578 屋架支撑0.608
大型屋面板1.89 左 右 全部 组合
一 组合二 组合三 左 右 全部 左 右 左 右
上弦杆 A B 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 B C -4.37 -1.86 -6.23 -22.29 -3.79 -8.26 -3.52 -11.77 -3.06 -1.30 -4.36 -239.8-228.1-212
.3
-135.9-77.45 -239.8
7 5 4 6 7
C D -4
.3
7
-1
.8
6
-6
.2
3
-2
2.
29
-3
.7
9
-8
.2
6
-3
.5
2
-1
1.
77
-3
.0
6
-1
.3
-4
.3
6
-2
39
.8
7
-2
28
.1
5
-2
12
.3
4
-1
35
.9
6
-7
7.
45
-2
39
.8
7
D E -5
.6
3
-3
.3
6
-8
.9
9
-3
2.
17
-5
.4
7
-1
0.
64
-6
.3
5
-1
6.
99
-3
.9
4
-2
.3
5
-6
.2
9
-3
46
.1
3
-3
24
.9
6
-3
10
.6
6
-1
80
.4
3
-1
27
.5
1
-3
46
.1
3
E F -5
.6
3
-3
.3
6
-8
.9
9
-3
2.
17
-5
.4
7
-1
0.
64
-6
.3
5
-1
6.
99
-3
.9
4
-2
.3
5
-6
.2
9
-3
46
.1
3
-3
24
.9
6
-3
10
.6
6
-1
80
.4
3
-1
27
.5
1
-3
46
.1
3
F G -4
.5
5
-4
.5
6
-9
.1
-3
2.
56
-5
.5
3
-8
.6
-8
.6
2
-1
7.
20
-3
.1
9
-3
.1
9
-6
.3
7
-3
50
.3
7
-3
21
.7
-3
21
.7
7
-1
55
.8
6
-1
56
.0
9
-3
50
.3
7
下弦杆a
b
2.
54
1.
04
3.
58
12
.8
1
2.
18
4.
80
1.
97
6.
77
1.
78
0.
73
2.
51
13
7.
84
13
1.
29
12
1.
84
78
.8
43
.8
3
13
7.
84 b
c
5.
32
2.
64
7.
96
28
.4
8
4.
84
10
.0
5
4.
99
15
.0
4
3.
72
1.
85
5.
57
30
6.
48
28
9.
84
27
2.
96
16
7.
57
10
5.
10
30
6.
48 c
d
5.
31
3.
97
9.
28
33
.2
5.
64
10
.0
4
7.
50
17
.5
4
3.
72
2.
78
6.
50
35
7.
30
33
2.
29
32
3.
85
17
4.
56
14
3.
32
35
7.
30
斜腹杆a
B
-4
.7
5
-1
.8
1
-6
.5
6
-2
3.
47
-3
.9
9
-8
.9
8
-3
.4
2
-1
2.
40
-3
.3
3
-1
.2
7
-4
.5
9
-2
52
.5
7
-2
41
.1
7
-2
22
.6
5
-1
46
.6
2
-7
8.
09
-2
52
.5
7 B
b
3.
17
1.
35
4.
52
16
.1
7
2.
75
5.
99
2.
55
8.
54
2.
22
0.
95
3.
16
17
4.
03
16
5.
52
15
4.
06
98
.6
3
56
.2
17
4.
03 b
D
-1
.8
3
-1
.5
8
-3
.4
1
-1
2.
20
-2
.0
7
-3
.4
6
-2
.9
9
-6
.4
4
-1
.2
8
-1
.1
1
-2
.3
9
-1
31
.2
9
-1
21
.3
4
-1
19
.7
6
-6
1.
32
-5
5.
49
-1
31
.2
9 D
c
0.
57
1.
27
1.
84
6.
58
1.
12
1.
08
2.
40
3.
48
0.
40
0.
89
1.
29
70
.8
4
62
.8
4
67
.2
5
23
.3
6
39
.6
7
70
.8
4 C
f
0.
64
-1
.3
8
-0
.7
4
-2
.6
5
-0
.4
5
1.
21
-2
.6
1
-1
.4
0.
45
-0
.9
7
-0
.5
2
-2
8.
49
-1
9.
80
-3
2.
52
10
.8
7
-3
6.
22
-3
6.
22
10.87 F d -1.6 1.11 -0.49 -1.75 -0.30 -3.02 2.10 -0.93 -1.12 0.78 -0.34 -18.87 -25.86 -8.79 -39.98 23.1
9
-39.98 23.19 竖杆 A a -0.5 0 -0.5 -1.79 -0.30 -0.95 0.00 -0.95 -0.35 0.00 -0.35 -19.25 -19.25 -1
6.
10
-14.39 -2.74 -19.25 C b -1 0 -1 -3.58 -0.61 -1.89 0.00 -1.89 -0.70 0.00 -0.70 -38.50 -38.50 -32.
20
-28.78 -5.47 -38.50 E c -1 0 -1 -3.58 -0.61 -1.89 0.00 -1.89 -0.70 0.00 -0.70 -38.50 -38.50 -32.
20
-28.78 -5.47 -38.50 G d 0.41 0.41 0.82 2.93 0.50 0.77 0.77 1.55 0.29 0.29 0.57 31.57 28.99 28.9
9
14.04 14.04
31.57
5. 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N=－
350.37KN
上弦杆计算长度：
在屋架平面内：0x 0l l 1.508m ==， 在屋架平面外：0y l 2 1.508 3.016m ==×
上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。
设λ＝60，υ＝0.807，截面积为A=N/(Φf)=(-350.37×103)/(0.807×215)=2019.4mm 2
需要回转半径：0x x 0y y l 1.508i m 25.1mm 60
l 3.016i m 50.3mm
60
=
=＝＝λ＝＝λ
查表选用2┐ ┌ 125×80×7 a=6mm
此时截面积为A=2820mm 2 i x =23.0mm 回转半径：
i y =58.9mm
上弦截面
125×80×7
x
x
y
y 6
验算
0x x x 0y
y y l 1508m 75.0mm i 20.1l 3016m 85.2mm
i 35.4
=
=λ＝＝λ＝＝
满足长细比要求，[λx ]=150,[λy ]=200. 查表
y 3
y 0.655
N 210.3210a a A 0.6552120
××υ＝＝＝151.5M P <215M P υ 满足要求
其余计算结果见下表 屋架杆件截面选择表
杆件名称
杆件编号 内力 （KN ） 计算长度cm 截面规格 截面面积（cm
2） 回转半径（cm ） 长细比 容许长细比
[λ]
稳定系数 计算应力
y N
A
υ （N/mm
0x l 0y l x i y i x λ y λ
X υ y υ
2）
上弦F
G
-210
.32
150
.8
30
.1
6
2┐┌110
×70×6
21.2 2.
01
3.
54
75.0 85.2 150.
00
0.720 0.65
5
151.55
下弦a
b
-80.
62
300 88
5
2┐┌100
×80×10
34.4
2.5
3
4.6
3
118.5
8
191.
14
150.0
0.447 0.20
4
-114.88
斜腹a
B
-150
.49
253 25
3
2┐┌100
×63×10
31.0
1.7
4
4.8
6
145.4
52.0
6
150.0
0.322 0.84
7
-150.76
B
b
108.
19
209
.04
26
1.
3
2┐┌90
×56×5
14.4
2
1.5
9
4.3
2
131.4
7
60.4
9
350.0
0.383 0.80
7
195.89
b
D
-79.
09
229
.12
28
6.
4
2┐┌90
×56×5
14.4
2
1.5
9
4.3
2
144.1
66.3
150.0
0.329 0.77
4
-166.71
D
c
42.2
7
229
.12
28
6.
4
2┐┌70
×45×5
11.2
2
1.2
8
3.1
4
179.0
91.2
1
350.0
0.227 0.61
4
165.96
C
f
-16.
41
249
.92
31
2.
4
2┐┌100
×63×6
19.2
4
1.7
9
4.7
8
139.6
2
65.3
6
150.0
0.349 0.78
-24.44
F
d
-21.
82
249
.92
31
2.
4
2┐┌100
×63×6
19.2
4
1.7
9
4.7
8
139.6
2
65.3
6
150.0
0.349 0.78
-32.50
竖杆A
a
-11.
55
159
.2
19
9
2┐┌63×
40×5
8.12 1.1
4
3.0
9
139.6
5
64.4
150.0
0.349 0.78
6
-40.76
C
b
-21.
18
183
.2
22
9
2 ┐┌70
×45×5
11.2
2
1.2
8
3.4
1
143.1
3
67.1
6
150.0
0.333 0.76
9
-56.69
E
c
-21.
66
207
.2
25
9
2┐┌75
×50×10
23.6
1.3
8
3.7
2
150.1
4
69.6
2
150.0
0.308 0.75
7
-29.80
G
d
19.5
8
231
.2
28
9
2┐┌70×
45×5
11.2
2
1.2
8
3.1
4
180.6
3
92.0
4
350.0
0.225 0.60
8
77.56
6、节点设计
1.下弦节点
用E43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值w
f
f＝160MPa。
150
150
130
12
036
149
667050
2┐┌100×80×10
2┐┌90×56×5
2┐┌70×45×5
2┐┌90×56×56650506
N=29.44KN
N=80.62KN
N =
10
8
.19K N N=21.18KN
N =7
9.0
9K N
下弦节点"b"
a.下弦节点“b ”，设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝为f h ＝6mm 。所需的焊缝长度为 肢背：'w w
e f 0.75N 0.75108190
l mm 2h f 20.76160××××=
=＝60.37，取70mm 。 肢尖：''w w e f 0.25N 0.25108190
l mm 2h f 20.76160
××××=
=＝20.12，取50mm 。 设“bD ”杆的肢背和肢尖焊缝为f h ＝6mm 。所需的焊缝长度为 肢背：'w w e f 0.75N 0.7579090
l mm 2h f 20.76160××××=
=＝44.13，取50mm 。 肢尖：''w w e f 0.25N 0.2579090
l mm 2h f 20.76160
××××=
=＝14.71，取50mm 。 “Cb ”杆内力很小，取f h ＝6mm 。综合取节点板尺寸300mm ×230mm 下弦与节点板连接的焊缝长度为30.0cm ，f h ＝6mm 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差ΔN ＝110.06KN ，受力较大处的肢背出的焊缝应力
为:
f 0.75110060
34.1MPa 20.76(30012)
××××=
=-τ<160MPa
焊缝强度满足要求 2. 上弦节点“B ”
“Bb ”杆与节点板的焊缝尺寸同上。
上弦节点"B"
N=108.19K N
N=150.49K N
N=143.84KN
B
6
2┐ ┌ 90×56×5
50
70662┐ ┌ 100×63×10
667050
2┐ ┌ 110×70×6
155
14
4N=0KN
140
200
设“aB ”杆的肢背和肢尖焊缝f h ＝8mm 和6mm ，所需焊缝长度为 肢背：'w w e f 0.75N 0.75150490
l mm 2h f 20.78160××××=
=＝62.98 ，取70mm 肢尖：''w w
e f 0.25N 0.25150490
l mm 2h f 20.76160
××××=
=＝27.99，取50mm 节点板上边缘缩进上弦肢背8mm 。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起
来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载P 与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：
'f h =6mm ，''f h ＝8mm
上弦与节点板焊缝长度为290mm ，则
222
112''f w w f P 23101[k (N N )](
)(0.75143840)()2 1.222 1.22
20.7h l 20.76(29012)
53.49MPa 0.8f 128MPa ×××××××<-++- ＝＝＝
上弦肢尖角焊缝的切应力为
222
212''''f w w f P 23101[k (N N )](
)(0.25143840)()2 1.222 1.22
20.7h l 20.76(29012)
53.49MPa 0.8f 128MPa ×××××××<-++- ＝＝＝
3. 上弦节点“C ”
设“Cb ”杆的肢背和肢尖焊缝为f h ＝6mm 。所需的焊缝长度为
肢背：'w w
e f 0.75N 0.7521180
l mm 2h f 20.76160××××=
=＝11.8，取50mm 。 肢尖：''w w e f 0.25N 0.2521180
l mm 2h f 20.76160
××××=
=＝3.9，取50mm 。 验算节点板强度
上弦与节点板焊缝长度为173mm ，则
222
112''f w w f P 23101[k (N N )](
)(0.750)()2 1.222 1.22
20.7h l 20.76(17312)
7.00MPa 0.8f 128MPa ×××××××<-++- ＝＝＝
上弦肢尖角焊缝的长度为126mm 的切应力为
222
212''''f w w f P 23101[k (N N )](
)(0.25143840)()2 1.222 1.22
20.7h l 20.76(12612)
9.8MPa 0.8f 128MPa ×××××××<-++- ＝＝＝
4.屋脊节点“K ”
设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝f h ＝8mm ，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）
N=210.32KN
屋脊节点"G"
1212
50
1501502┐ ┌ 110×70×6
6
2┐┌ 70×45×5
70130
w 210320
l 58.68mm 40.78160
×××==
拼接角钢长度s w f l 2(l 2h )=++弦杆杆端空隙20，拼接角钢长度取180mm 。
上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下
设“FG ”杆的肢背和肢尖焊缝为f h ＝8mm 和6mm 。所需的焊缝长度为 肢背：'w w e f 0.75N 0.75210320
l mm 2h f 20.78160××××=
=＝88.02，取110mm 。 肢尖：''w w
e f 0.25N 0.25210320
l mm 2h f 20.76160
××××=
=＝39.12，取60mm 。 验算节点板强度
上弦与节点板焊缝长度为150mm ，则
222
1''
f w w f P 23101[k N](
)(0.75210320)()2 1.222 1.2220.7h l 20.78(15012)
102.24MPa 0.8f 128MPa ×××××××<++- ＝＝＝
上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15％计算，w l ＝117－6－15＝96mm ，焊缝应力为
N f
f 2
N 2
222
f f
0.15210230
MPa
20.769660.1521023054.3132.71MPa 20.7696
132.71()()(39.15)()115.61MPa 160MPa
1.22 1.22
××××××××××<=
===+=+=M
M τ
39.15σστ
4. 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高度相等，厚度10mm 。
N=11.55KN
6
6
5070
6
66
6
6
12
15
35
240
160
400
270
130********
12025
2
b
2
a
6025
2510
30
115
115
25
（1） 支座底板的计算。支座反力R ＝23101×6（竖向支座反力单位系
数）＝138606N 。
设支座地板的平面尺寸采用240×360mm ，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280×230＝64400mm2。验算柱顶混凝土强度：
c n R 138606 2.15MPa = ===σ 支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块，块板为两相邻边自由板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 2M=a 0.0566 2.15(159)3076.44N mm ××·==2 22βσ 底板厚度6M 63076.44 t 9.27mm f 215 ×= ==，取t ＝16mm （2） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。假定加劲肋受力为屋架支座反 力的1/4，即138606/4=34651.5N,则焊缝内力为 V=34651.5N M=34651.5×50=1732575N ·mm 设焊缝f h ＝6mm ，焊缝长度w l ＝400－20－12＝368mm ，焊 缝应力为 22 2 34651.517325756( )()12.6MPa 160MPa 20.7638620.76386 1.22 ×<×××××××+= （3） 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部支座反 力R=138606N ，其中每块加劲肋各R/4＝34651.5N ，节点板传递R/2＝69303N 。 节点板与底板的连接焊缝长度w l ∑＝2（240－12）＝456mm ，所需焊脚尺寸为 f w w f R /269303 h 1.1mm 0.7l f 1.220.7456160 1.22××××××= ==∑，故取f h ＝6mm 。 每块加劲肋于底板的连接焊缝长度为 w l ∑＝2（110－20－12）＝156mm 所需焊缝尺寸为 f h ≥ 34651.5 1.62mm 0.7156160 1.22×××=，故取f h ＝6mm 。 施工详图见后 课程设计说明书题目：钢结构梯形钢屋架设计 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 一、设计资料 (3) 二、结构形式与布置 (3) 三、荷载计算 (5) 四、内力计算 (6) 五、杆件设计 (8) 六、节点设计 (15) 梯形钢屋架课程设计计算书 一、设计资料 1、厂房的跨度分别取18m、21m、24m，长度为60m，柱距6m。车间内设有两台30/5t中级工作制吊车。梯形屋架，屋架端高分别为1.6m、1.7m、1.8m、1.9m、2.0m， 屋面坡度分别为i=1/9，1/10、1/11、1/12，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm ，混凝土标号为C25；计算温度最低－20℃。采用1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三毡四油绿豆砂防水层，20厚1：3水泥砂浆找平层，80厚泡沫混凝土保温层。屋面活荷载标准值0.52/kN m ，雪荷载标准值0.52/kN m ，积灰荷载标准值0.52/kN m 。由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。 2、屋架计算跨度 01820.1517.7l m m m =-?= 3、跨中及端部高度：本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，屋面坡度为 i=1/10，屋架在18m 轴线处的端部高度' 0 1.800h m =，屋架的中间高度h=2.800m ，则屋 架在17.7m 处，两端的高度为m h 817.10=。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图1所示。 根据厂房长度60m 、跨度及荷载情况，设置了两道上、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。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。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。 图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸 《钢结构》课程设计 题目：武汉某车间钢结构屋架设计 院（系）：城市建设学院 专业班级：土木090 学生姓名： 学号： 指导教师：蒋华 2012年6月11日至2012年6月15日 华中科技大学武昌分校制 《钢结构》课程设计任务书 目录 一、设计资料 (5) 二、屋架几何尺寸及檩条布置 (5) 1、屋架几何尺寸 (5) 2、檩条布置 (6) 三、支撑布置 (6) 1、上弦横向水平支撑 (6) 2、下弦横向和纵向水平支撑 (6) 3、垂直支.撑 (7) 4、系杆 (7) 四、荷载与内力计算 (7) 1、荷载计算 (7) 2、荷载组合 (7) 3、内力计算 (8) 一、设计资料： 1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m，柱距6m。 2、采用1.5m×6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢 C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。 3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为450mm×450mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值 f＝14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板铰连接。 c 4、钢材用Q235，焊条用E43 系列型。 5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1 所示。 图1 二、屋架几何尺寸及檩条布置 1、屋架几何尺寸 屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架； 屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。 由于梯形屋架跨度L = 30m > 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f = L / 500 = 60mm 。 屋架计算跨度l0= L - 2 ? 0.15 = 30 - 2 ? 0.15 = 29.7m 。 =h0+i? l0/2=3585mm。 跨中高度H 为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。 长沙理工大学继续教育学院梯形钢屋架课程设计 年级： 专业： 姓名： 学号： 指导老师： 时间：2017 年月日 目录 课程设计任务书 (1) 一、设计资料： (2) 二、屋架几何尺寸及檩条布置 (3) 三、支撑布置 (4) 四、荷载与内力计算 (5) 五、杆件截面设计 (9) 六、节点设计 (17) 七、填板设计 (35) 长沙理工大学继续教育学院课程设计任务书 一、设计资料： 1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m，柱距6m。 2、采用1.5m×6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。 3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为450mm×450mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心f＝14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板抗压强度设计值 c 铰连接。 4、钢材用Q235，焊条用E43 系列型。 5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1 所示。 图1 二、屋架几何尺寸及檩条布置 1、屋架几何尺寸 屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架； 屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。 由于梯形屋架跨度L 30m 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f L / 500 60mm 。 屋架计算跨度l0L 2 0.15 30 2 0.15 29.7m 。跨中高度H 0=h0+i l0 /2=3585mm。 为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。 图2 钢结构课程设计指导书 （梯形钢屋架） 土木工程学院钢结构教研室 钢结构课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 第一节 钢结构课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度车间钢屋架设计。 二、 设计任务 1、选择钢屋架的材料 2、确定屋架形式及几何尺寸 3、屋盖及支撑的布置 4、钢屋架的结构设计 5、绘制钢屋架施工图及材料表 三、 设计资料 某厂一金工车间跨度24m，长度为90m，柱距6m，内设两台50/5t中级工作制桥式吊车，设防烈度为7度。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层，上铺小石子。屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，积灰荷载标准值0.3 kN/m2。屋架铰接于钢筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×400mm，混凝土强度等级为C20。 第二节 钢屋架设计计算 一、材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用 E43型，手工焊。 二、屋架形式及几何尺寸 因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。 屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，我国常将H。取为1.8～2.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。可取H。=1990mm。 为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。 屋架跨中起拱l／500 ，可取50mm。 三、支撑布置 根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。 四、荷载和内力计算 1、荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 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。 荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2．荷载组合 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 （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 （3） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 3. 内力计算 按图解法、解析法、电算法均可计算屋架各杆内力。 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。 梯形钢屋架设计（21m 跨） 一、设计资料 某地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为21 m ，柱距6 m ,厂房长度为144 m ，厂房高度为15.7 m 。车间内设有两台150/520 kN 中级工作制吊车，计算温度高于 -20 ℃。采用三毡四油防水屋面上铺小石子设计荷载标准值0.4 kN/m 2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.4 kN/m 2，泡沫混凝土保温层设计荷载标准值0.1 kN/m 2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.5 kN/m 2， 1.5 m ×6.0 m 预应力混凝土大型屋面板设计荷载标准值1.4 kN/m 2。屋面积灰荷载0.35 kN/m 2，屋面活荷载0.35 kN/m 2，雪荷载为0.45 kN/m 2，风荷载为0.5 kN/m 2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400 mm ×400 mm ，砼标号为C20。 二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 1、钢材及焊条选择 根据建造地区（北京）的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B 。焊条采用E43型，手工焊。 2、屋架形式及尺寸 本设计采用无檩屋盖，i ＝1/10，采用梯形屋架。 屋架跨度为L =21000 mm 屋架计算跨度为0L ＝L -300＝20700 mm ， 端部高度取0H ＝2000 mm ，（1/16 ～ 1/12）L ，（通常取为2.0 ～2.5 m ） 中部高度取H ＝0H +0.5i L ＝2000 + 0.1×21000/2＝3050 mm ， 屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42 mm （f = L /500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合宽度为1.5 m 的屋面板，采用上弦节间长度为3.0 m 。 《钢结构设计》课程设计 姓名 学号 专业 指导老师 《钢结构》课程设计任务书 一、设计资料： 1、某工业厂房跨度为21m,厂房总长度72m，柱距6m。 2、采用1.5m×6.0m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢 C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。 3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.0m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值f c ＝14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板铰连接。 4、钢材用Q345-B，焊条用E50 系列型。 5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1 所示。 图1 二、屋架几何尺寸及檩条布置 1、屋架几何尺寸 屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架； 屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。 由于梯形屋架跨度L = 21m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f = L / 500 = 42mm 。 屋架计算跨度l0= L - 2 ? 0.15 = 21 - 2 ? 0.15 = 20.7m 。 =h0+i? l0/2=2935mm。 跨中高度H 为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示屋架。 图2 三、支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。本车间长度为72m, 因此需要布置三道横向水平支撑，如图4所示。 图 4 2、下弦横向和纵向水平支撑 屋架跨设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图5所示 图5 3、垂直支撑 钢结构设计原理与施工课程设计――钢结构厂房屋架 指导教师： 班级： 学生姓名： 学号： 设计时间：2011年6月7号 浙江理工大学科技与艺术学院建筑系 梯形钢屋架课程设计计算书 一.设计资料： 1、车间柱网布置：长度60m ；柱距6m ；跨度24m 2、屋面坡度：1：10 3、屋面材料：预应力大型屋面板 4、荷载 1）静载：屋架及支撑自重0.384KN/m 2；檩条0.2KN/m 2；屋面防水层 0.1KN/m 2； 保温层0.4vKN/m 2；大型屋面板自重（包括灌缝）0.85KN/m 2；悬挂管道0.05 KN/m 2。 2）活载：屋面雪荷载0.35KN/m 2；施工活荷载标准值为0.7 KN/m 2；积灰荷 载1.2 KN/m 2。 5、材质Q235B 钢，焊条E43系列，手工焊。 二 .结构形式与选型 1.屋架形式及几何尺寸如图所示 : 拱50 根据厂房长度为60m 、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于 跨度为24m 故不设下弦支撑。 2.梯形钢屋架支撑布置如图所示： 3.荷载计算 屋面活荷载0.7KN/m2进行计算。 荷载计算表 荷载组合方法： 1、全跨永久荷载1F＋全跨可变荷载2F 2、全跨永久荷载1F＋半跨可变荷载2F 3、全跨屋架（包括支撑）自重3F＋半跨屋面板自重4F＋半跨屋面活荷载2F 4．内力计算 计算简图如下 屋架构件内力组合表 4．内力计算 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N=－895.731KN 上弦杆计算长度： 在屋架平面内：0x 0l l 1.508m ==，0y l 2 1.508 3.016m ==× 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 腹杆最大内力N=－520.651KN ，中间节点板厚度选用6mm ，支座节点板厚度选用8mm 钢结构课程设计任务书 一、题目 某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m。 1.结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋 面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m。 2.屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用 下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5×6.0m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m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的 =0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷 基本雪压标准值为S 载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.45kN/m2 水泥砂浆找平层 0.7kN/m2 保温层 0.4 kN/m2(按附表取) 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 附图 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 (c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 二、设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 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，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三种编号 （a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2剖面图 2.荷载计算 三毡四油防水层0.45 kN/m2 水泥砂浆找平层0.7kN/m2 保温层0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷载总和 3.318kN/m2 活荷载0.7kN/m2 积灰荷载0.7kN/m2 可变荷载总和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重 普通钢屋架设计 --------焊接梯形钢屋架设计 －、设计资料 1、某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。 2、厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm， 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。 3、车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。 4、荷载标准值（按水平投影面计）： （1）永久荷载：二毡三油（上铺绿豆砂）防水层0.4 KN/ m 水泥砂浆找平层0.4 KN/ m2 保温层0.5 KN/ m2 一毡二油隔气层0.05 KN/ m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/ m2 屋架及支撑自重0.384KN/m2 （2）可变荷载：屋面活荷载标准值0.7KN/ m2 荷载标准值 0.35 K N/ m2 积灰荷载标准值 1.3KN/ m2 5．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示 由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。 6、钢材Q235钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供用。 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，最大的运输长度16m， 运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。 二、设计内容 一）、屋盖的支撑系统布置 （1）屋架上弦支撑系统的具体布置 对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下 （2）下弦平面支撑系统布置 同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下： 梯形钢屋架课程设计 一、设计资料 (1)题号72，屋面坡度1: 10,跨度30m，长度102m,,地点：哈尔滨，基本 2 2 雪压：kN/m，基本风压：m。该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.5m。采用1.5m x 6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值，血荷载标准值为 2 2 kN/m，积灰荷载标准值为kN/m。屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400mm x 400mm。混凝土采用C20,,钢筋采用Q235B级，焊条采用E43 型。 (2)屋架计算跨度：l0=30m-2X 0.15m=29.7m。 (3)跨中及端部高度：采用无檩无盖方案。平坡梯形屋架，取屋架在30m轴线处的端部高度h。2.°05m。屋架跨中起拱按l0 /500考虑，取60mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如下图： ism 5 根据厂房长度（102>60）、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的支撑规则有所不同。梯形钢屋架支撑布置如下图： * 7 垂直支擢IT 垂直支撑27 三、荷载计算 1、荷载计算 屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载 kN/m 2进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式g k（0.12 0.11l）kN/m2计算，跨度单位为米（m）。荷载计算表如下： （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： 钢结构原理与设计课程设计任务书 一、题目：普通梯形钢屋架设计 二、设计资料（由老师分组确定） 某厂房总长度90M，跨度根据不同班级及学号从附表1中取，纵向柱距6m。 1.结构形式:梯形钢屋架。屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，二类场地。屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。 2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。 3.屋盖结构及荷载 无檩体系：采用1.5×6.0m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m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值值根据不同学号按附表取。施工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0.6 KN/m2。 ③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/m2 水泥砂浆找平层0.4KN/m2 保温层（根据学号按附表取) 一毡二油隔气层0.05KN/m2 水泥砂浆找平层0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板1.45KN/m2 三、设计内容 1．课程设计计算书 包括如下内容的全部设计和计算过程： ①屋盖支撑、檩条布置的示意图 ②设计荷载统计 ③檩条设计及验算过程 ④屋架杆件几何尺寸、内力的计算过程及结果 ⑤屋架杆件截面计算过程及结果,屋架节点计算过程及结果 2．钢屋架施工详图 绘制2#施工图，屋架轴线比例1：20或1：30，相应构件比例为1：10或1：15，内容包括： ①屋架简图，左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及超拱度。 ②屋架正面图，上、下弦平面图（有二个比例）。 ③侧面图，剖面图及零件详图。 ④注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。 ⑤材料表。 ⑥说明 四、设计要求 1.计算书须按规范要求完成，插图应用按一定比例绘制，做到眉目清晰，文图配合，表明表、图号；要求计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据，并应附有与设计有关的插图和说明。 2.图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001—2001）》和《建筑结构制图标准（GB/T 50105—2001）》的要求；绘制钢屋架施工图，其中包括屋架简图、屋架结构图、上下弦平面图、必要的剖面图和零件大样图、材料表和设计说明等。施工图1～2张（2号）。 要求图面清楚整洁，线条粗细分明，尺寸及标注齐全，符号及比例正确，构造合理，能表达设计意图，符合国家制图标准并与计算书一致。 3.屋架跨度、保温层及积灰荷载取值见附表所示。请学生按附表2将自己的取值填入设计任务书中。 梯形钢屋架课程设计计算书 1．设计资料： 1、车间柱网布置：长度90m ；柱距6m ；跨度18m 2、屋面坡度：1：10 3、屋面材料：预应力大型屋面板 4、荷载 1）静载：屋架及支撑自重0.45KN/m2;屋面防水层0.4KN/m2；找平层0.4KN/m2;大型屋面板自重（包括灌缝）1.4KN/m2。 2）活载：屋面雪荷载0.3KN/m2；屋面检修荷载0.5KN/m2 5、材质Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。 2 . 结构形式与选型 屋架形式及几何尺寸如图所示 根据厂房长度(90m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为18m故不设下弦支撑。 梯形钢屋架支撑布置如图所示： 3 . 荷载计算 屋面活荷载0.7KN/m2进行计算。荷载计算表 1、全跨永久荷载1F ＋全跨可变荷载2F 2、全跨永久荷载1F ＋半跨可变荷载2F 3、全跨屋架（包括支撑）自重3F ＋半跨屋面板自重4F ＋半跨屋面活荷载2F 4. 内力计算 计算简图如下 (c) (b) (a) 2 F /22 3//3F 22/F 4 2F /F 1/2/22 1// 2 2/4 5. 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N=－210.32KN 上弦杆计算长度： 在屋架平面内：0x 0l l 1.508m ==，0y l 2 1.508 3.016m ==× 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 腹杆最大内力N=－115.16 KN ，中间节点板厚度选用6mm ，支座节点板厚度选用8mm 设λ＝60，υ＝0.807，截面积为3 2N 210.3210A 1327.4mm f 0.807215 =××＝＝υ －、设计资料 1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=27m－2×0.15m=26.7m 3、跨中及端部高度： 端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。 屋架中间高度h=3025mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图一所示: 2、荷载组合 设计桁架时，应考虑以下三种组合： 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) ：全跨节点荷 载设计值：F=(1.35×3.12+1.4×0.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6 =49.122kN 图三桁架计算简图 本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的力系数，见表一。 1、上弦杆： 整个上弦杆采用相等截面，按最大设计力IJ 、JK 计算，根据表得： N= -1139.63KN ，屋架平面计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1355mm,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即： oy l =3ox l =4065mm 。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个 不等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 一丶设计资料 厂房总长60ｍ，跨度为24m，屋架间距b=6m，端部高度H=1990mm，中部高度H=3190mm 1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C20，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于—20℃，无需抗震设防。 2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊 3、屋盖结构及荷载 采用无檩体系。 用1.5×6.0预应力混凝土屋板。 荷载：①屋架及支撑自重：q=0.384KN/m2 ②屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m2，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值 ③屋面个构造层的恒荷载标准值： 水泥砂浆找平层0.4KN/m2 保温层 0.4KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.6KN/m2 永久荷载总和=2.784KN/㎡，活荷载总和=0.7 KN/㎡ 4、荷载组合。一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。 节点荷载设计值： 按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.2；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.2×2.7844+0.7×1.4）×1.5×6=37.2 KN 按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.35；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.35×2.784+0.7×1.4×0.7）×1.5×6=38.2KN 故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力R=8F=305.6 KN 二丶屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10； ＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取屋架计算跨度L 3190mm，下端起拱50mm。 屋架几何尺寸如图1所示： 《钢结构》（钢屋架）课程设计任务书 湖北工业大学工程技术学院土木系 结构教研室 2013年11月 一、设计资料 某单跨单层厂房，跨度L=24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示， 杆件容许长细比：屋架压杆[λ]=150，屋架拉杆[λ]=350。 二、屋架形式及几何尺寸 如图2所示。 三、荷载 1. 永久荷载（标准值） 大型屋面板（0.50 +0.001*本人学号后三位数）kN/m2 （例如：学号为070807110190，则屋面板荷载为：0.50+0.001*190=0.69kN/m2） 防水层0.10kN/m2 屋架及支撑自重0.15kN/m2 悬挂管道0.05kN/m2 2.可变荷载（标准值） 屋面活荷载按学号选取（参见下表）；雪荷载0.30kN/m2 屋面活荷载的取值 (kN/m2) 四、课程设计要求 1. 掌握钢屋架荷载的计算； 2. 掌握杆件内力的计算和组合，杆件的计算长度、截面形式，截面选择及构造要求， 填板的设置及节点板的厚度； 3. 掌握普通钢屋架节点设计的原则和要求，主要节点的设计及计算和构造；掌握钢 屋架施工图的内容和绘制。 五、课程设计进度安排 1拱50 图2 24米跨屋架几何尺寸 117 图3 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 A a c e g g 'e 'c 'a '+3.480 .000-6.25- 9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-4.49 -2.470.00 0.00 -6.53 -3.14 +0.71 +1.55+1.39 +1.56 +1.80 +2.12+4.76 +1.90 -0.45 -2.47 -1.53 -1.75 -2.03 -2.34 -1.0-1.0-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+1. 25B C D E F G H I H 'G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.01.0i 图4 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力 《钢结构》实践课程任务书 一、设计资料 某单跨单层厂房，跨度L=24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示， 杆件容许长细比：屋架压杆[λ]=150，屋架拉杆[λ]=350。 二、屋架形式及几何尺寸 如图2所示。 三、荷载 1. 永久荷载（标准值） 大型屋面板（0.50 +0.001*本人学号后三位数）kN/m2 （例如：学号为070807110190，则屋面板荷载为：0.50+0.001*190=0.69kN/m2） 防水层0.10kN/m2 屋架及支撑自重0.15kN/m2 悬挂管道0.05kN/m2 2.可变荷载（标准值） 屋面活荷载按学号选取（参见下表）；雪荷载0.30kN/m2 屋面活荷载的取值 (kN/m2) 五、课程设计进度安排 钢结构课程设计指导书 本指导书根据设计任务书提出的设计内容和要求指出了设计中应考虑的原则和应注意的问题，对其中某些问题作了必要的说明。更为一般的设计原理、方法及参考数据，可查阅相关设计手册和规程规范。 一、课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在指导教师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 二、设计资料和任务 参见课程设计任务书 三、钢屋架设计计算 3.1 材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-BF，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。 3.2 屋架形式及几何尺寸 因屋面采用大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。 屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，当梯形屋架与柱铰接时，屋架端部高度取1.6~2.2m。 为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。 屋架跨中起拱L／500。 3.3 支撑布置 根据车间长度、屋架跨度、荷载情况以及吊车设置情况，布置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。 四、荷载和内力计算 4.1 荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2（按附表取） 2 、题目 某厂房总长度90m 跨度为18m 屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距 6m> 1. 结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为 C30,屋 面坡度i=L/10 ； L 为屋架跨度。地区计算温度高于-20°C,无侵蚀性介质，屋 架下弦标高为18m 2. 屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0作用 下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为： Q345钢，焊条为 E50 型。 3. 屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5 x 6.0m 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m 为单位，q 为屋架及支撑自重，以kN/m 为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.7kN/m 2，雪荷载的 基本雪压标准值为S=0.35kN/m 2，施工活荷载与雪荷 载不同 时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m 2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水 层 0.45kN/m 水泥砂浆找平层 0.7kN/m 保温层 0.4 kN/m 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m 150 C € 1 >0l^e = 9iW(} 1,0 10 i.o i ?° TB + 7.962 + 9.279 ￡102 + 9.279 (a) 18 米跨屋架 ace 二、设计内容 1. 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 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(b)18 米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 可 匚 e g e (c) 18 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 J z5n7 5 .1507^ 1507』历07』”°?】g C s E 5 T 3,470 g 1 弐一 o7oo o 钢结构课程设计 －、设计资料 1、已知条件：梯形钢屋架跨度33m，长度120m，柱距6m。屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用单层彩色钢板波形瓦，屋面坡度i＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q345B级，焊条采用E50型。 2、屋架计算跨度： Lo=33－2×0.15=32.7m， 3、跨中及端部高度： 端部高度：h`=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。 屋架的中间高度h=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取60mm。 二、结构形式与布置 图1 屋架形式及几何尺寸 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） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×30=0.45kN/㎡单层彩色钢板波形瓦0.12kN/㎡ 总计0.57kN/㎡` 可变荷载标准值 屋面活荷载0.70 kN/㎡ 总计0.7kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×0.57=0.684kN/㎡ 可变荷载设计值 1.4×0.7=0.98kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 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：F=(0.684+0.98) ×1.5×6=14.97kN ②全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：F1=0.684×1.5×6=6.156kN 半跨节点可变荷载：F2=0.98×1.5×6=8.82 kN 钢结构设计任务书 姓名： 学号： 班级： 学校： 2015.5.20 一.设计资料 1. 成都地区某金工车间，长117m，跨度21m，柱距6.5m，采用无檩屋盖结 构体系，梯形钢结构屋架，1.5m×6.5m预应力混凝土大型屋面板，膨胀 珍珠岩制品保温层（容重4kN/m3，所需保温层厚度由当地温度确定），卷材屋面，屋面坡度i=0.075。基本风压0.3，基本雪压0.75. 活荷载0.5 屋架均简支于钢筋混凝土柱上，混凝土标号为C20,屋架所受荷载，包括恒载和使用活载及风、雪荷载等，由分组表已知。 二.建造地点、钢材、焊条的选择 本设计的建造地点选择在成都。根据成都的冬季计算温度和荷载性质及焊接连接方法。膨胀珍珠岩保温层厚度取为10cm厚，按设计规范要求，钢材选用Q235B，焊条选用E43型，手工焊。 三.屋架尺寸 因采用缓坡梯形屋架，所以屋架的计算跨度为： L o＝L－2X150=21000－300＝20700﹙mm﹚跨中高度取：H＝2625（mm），屋架端部高度 H ＝H－iL o/2＝1849mm 屋架的高跨比： H/L＝2625/2100＝1/8 在屋架常用高度范围内。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5的宽度，腹杆体系大部分采用下弦节间为2.1m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。屋架跨度小于24m根据设计要求不起拱，屋架几何尺寸如图1所示。 1053 1053 1053 10531053 1053 1053 1053 1053 9032117 2325 2466 2609 1950 21002100 2100 2100 2625 21 8523 1024 5226 0915 611681 1681 1995 2153 2310 2468 1234 1849 2625 10500 900 150 1834 图1 屋架几何尺寸 四. 屋架支撑布置 根据车间长度（117m ＞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置在第一柱间，该水支撑的规格与中间柱间支撑规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性和柔性系杆，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。梯形钢屋架支撑布置如下图所示。 一、题目 某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m。 1.结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋 面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m。 屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=作用下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用×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=+，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层m2 水泥砂浆找平层m2 保温层kN/m2(按附表取) 预应力混凝土屋面板m2 附图 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 (c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 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，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三 种编号 （a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2剖面图 2.荷载计算 三毡四油防水层kN/m2 水泥砂浆找平层m2 保温层m2 预应力混凝土屋面板m2 屋架及支撑自重+=m2 恒荷载总和m2 活荷载m2 积灰荷载m2钢结构梯形钢屋架设计
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