钢结构课程设计——27m跨工业厂房普通钢屋架设计

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 015033000iH 02400015027000150iH 0iH 030000150i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27m2.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）0.452.2 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：300045003000285015020153350150715071507150715071507150715071357285030003000450020152300260013003050152533502539262228732873189020862086224832652248203513500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 0.982.5.3 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：半跨节点屋面板自重及活荷载：备注：上述三种荷载组合，其中（1）、（2）种组合为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

2.5.4 力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如图2-4所示。

用电算先解得F=1的屋架各杆件的力系数（F=1作用于全跨、左半跨、右半跨）:3000450030002850201526700ABCDEF GHI Ja b cd e fg3350F FF F F F F F F F 2FFFFFFFFF 3000450030002850F 2（a ）全跨永久荷载+全跨可变荷载计算简图AB C D E F G H I J abcdef g F 21F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 1F 12F 222F F 2F 2F 2F 2F 2F 2F 2F 2F 1（b ）全跨永久荷载+半跨可变荷载计算简图A B CD E F G H I J abcdef g F 23F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 32F 244F F 4F 4F 4F 4F 4F 4F 4F 4F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3（c ）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载计算简图图2-4 屋架计算简图然后求出各种荷载情况下的力进行组合，计算结果详细见表2-2：表2-2 屋架构件力组合表2.6 杆件截面设计2.6.1 上弦杆整个上弦杆采用等截面，按最大设计力的HI、IG杆设计，根据表2-2，有在屋架平面计算长度为本屋架为无檁体系，可以认为大型屋面板只起到刚性系杆作用。

根据支撑布置和力变化情况，取在屋架平面外计算长度为支撑点间的距离，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，短肢相并，如图2-5所示。

图2-5 上弦杆截面图腹杆最大力，查单臂式桁架节点板厚度选用表可知，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。

设λ=60，查Q235钢稳定系数表可知ϕ=0.807。

需要截面积需要回转半径根据需要的、、，查角钢型钢表，初选，，，按所选角钢进行验算：由于，只需求出，查轴心受力稳定系数表，,则：所以所选用的截面符合上弦杆的要求。

上弦截面如图2-5所示。

2.6.2 下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大力所在的cd杆计算，根据表2-2有。

又有：屋架平面取节点间轴线长度屋架平面外根据支撑布置取所需截面面积为：选，因为，故用不等肢角钢，短肢相并，如图2-6所示：图2-6 下弦杆截面图该截面特征如下：，长细比计算：对Y 轴换算长细比：[]6.171150471601335056.016yz ===<=<=y t b λλλ所以选用截面满足要求，下弦杆截面如图2-6所示。

2.6.3 端斜杆aB杆件轴力，。

因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使，选用角钢，其截面特性为：，，对该截面验算如下：因为所以可取，由于，只需求，查轴心受压杆稳定系数表，得x于是有：满足要求。

填板每个节间放两块，填板间距：斜端杆aB 截面如下图2-7所示。

图2-7 斜端杆aB 杆截面图2.6.4 腹杆（1）腹杆cf-fG此杆在f 节点处不断开，采用通长杆件。

再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度：mm N N l l y 3934)82.16669.12825.075.0(4172)25.075.0(1210=⨯+⨯=+= 选用2L 110×10，a ＝12mm ，查角钢规格表得A ＝42.522c m ，cm 38.3i x =，cm 00.5i y =15072.1633.82086i l ox <===x x λ， 150 68.780.503934i l oy <===yy λ 由于x y λλ<，只需求x ϕ。