梯形屋架钢结构课程设计

xx大学

钢结构原理与设计

课程设计

题 目 钢结构课程设计

学生姓名 xxxx

学 院 xxxxxx

专业班级 xxxxxx

学生学号 x 梯形钢屋架设计书

1

目 录

第一章 梯形钢屋架设计资料 ----------------------------2

第二章 屋架支撑系统的设置 ----------------------------4

第三章 杆件内力的计算

3.1 荷载计算 --------------------------------------- --------------------------------------6

3.2 荷载组合 ------------------------------------------------------------------------------6

3.3 内力计算 ------------------------------------------------------------------------------8

第四章 杆件截面设计

4.1节点板厚 ----------------------------------------------9

4.2上弦杆 ------------------------------------------------9

4.3下弦杆 ------------------------------------------------11

4.4腹杆 --------------------------------------------------11

4.5杆件截面选择列表 --------------------------------------16

第五章 节点设计

5.1支座节点 -----------------------------------------------17

5.2下弦节点 -----------------------------------------------18

5.3上弦节点 -----------------------------------------------20

5.4屋脊节点 -----------------------------------------------22

5.5 跨中下弦拼接点 -----------------------------------------23

附录 ------------------------------------------------------24 梯形钢屋架设计书

2 第一章、梯形钢屋架设计资料

1. 某单层单跨工业厂房，跨度24m，长度102m。

2. 厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度C20，上柱截面尺寸400x400mm，钢屋架支承在柱顶。

3. 吊车一台50T，一台20T，中级工作制桥式吊车（软钩），吊车平台标高12.000m。

4. 荷载标准值

（1） 永久荷载

三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.4KN/m2

水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2

保温层 0.6 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（包括支撑）自重 0.12+0.011L=0.384 KN/m2

（2） 可变荷载

屋面活载标准值 0.7 KN/m2

雪荷载标准值 0.35 KN/m2

积灰荷载标准值 0.3 KN/m2

5. 屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1(屋面坡度为1:10)。

图1 梯形屋架示意图（单位: mm）

6.钢材选用Q235钢，角钢，钢板各种规格齐全，有各种类型的焊条和C级螺栓可供选用。

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

运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装设备。

设计成果：

1、设计说明书一份；

2、设计图纸一张。

梯形钢屋架设计书

3 注：梯形钢屋架设计思路及计算要点参考

一、屋架支撑系统的设置

参见教材P398～403

二、杆件内力的计算

首先定出屋架所有杆件的尺寸，画出屋架示意图，标明尺寸。

2.1 荷载

恒载设计值=恒载标准值╳1.2

活载设计值=活载标准值╳1.4

2.2 荷载组合

参见规范要求。

参考：使用阶段――a、全跨永久荷载＋全跨可变荷载

b、全跨永久荷载＋半跨可变荷载

施工阶段――全跨屋架自重＋半跨屋面板＋半跨可变荷载

2.3 内力计算

对每一种荷载组合，计算每一杆件的内力。

可以手算，亦可以电算，如采用PF程序等。均需写出计算过程。

三、杆件截面选择

根据最大内力，根据内力特点（拉、压等）进行杆件设计。各上弦杆可采用同种截面、各下弦杆可采用同种截面，其它杆件需进行单独设计、计算。

3.1 节点板厚

3.2 上弦杆

3.3 下弦杆

3.4 端斜杆

3.5 斜腹杆

3.6 竖腹杆

四、节点设计

参见教材P409～414、P427～437。

建议：选取下弦端节点及其下弦相邻节点、跨中上弦与下弦节点、其它位置的上弦典型受力位置节点（屋脊节点）共5个节点进行设计。

计算说明书中需详细画出各节点的设计细节。

4.1 下弦节点

4.2上弦节点

4.3 屋脊节点

4.4 跨中下弦拼接点

4.5 支座节点

梯形钢屋架设计书

4 第二章 屋架支撑系统的设置

屋架支撑的种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。在本设计中，屋架支撑系统设计如下：

2.1 厂房柱距6m,屋架间距取为6米。

2.2 在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。房屋长度较大，为102m，其两端横向支撑间距超过了60m，为增加屋盖的刚性，在长度方向正中间的柱间加设一道横向支撑。

2.3 房屋是厂房，且厂房内有吊车，高度较高，对房屋整体刚度的要求较高，设置纵向支撑，对梯形屋架，纵向支撑设置在屋架的下弦平面。

2.4 在屋架中和两端各布置一道垂直支撑。垂直支撑的形式根据高度与柱距的比值确定。在此屋架结构中，h/l=3085/6000=0.51位于（0.4～0.6），故取如下图垂直支撑形式：

垂直支撑图样

1.5 在屋架上弦平面，屋架跨中和两端各布置一道通长的刚性系杆，其他结点设通长的柔性系杆；下弦平面，仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。

梯形钢屋架设计书

5 屋架支撑系统设置如图2所示。

梯形屋架支撑系统布置图

1—垂直支撑；2—系杆；3—上弦横向支撑；4—下弦横向支撑；5—下弦纵向支撑

第三章 杆件内力的计算

取中间任意一榀屋架，先定出屋架所有杆件的尺寸，画出屋架示意图如图3：

屋架几何尺寸图 梯形钢屋架设计书

6 3.1 荷载计算

恒载设计值=恒载标准值1.2

活载设计值=活载标准值1.4

(1) 永久荷载设计值

三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 20.41.20.48/kNm

水泥砂浆找平层 20.31.20.36/kNm

保温层 20.61.20.72/kNm

一毡二油隔气层 20.051.20.06/kNm

预应力混凝土大型屋面板 21.41.21.68/kNm

屋架（包括支撑）自重 20.3841.20.4608/kNm

合计 21q3.7608/kNm

(2) 可变荷载设计值

考虑到积雪时人不大可能大量拥上屋面等原因，对屋面均布可变荷载和雪荷载，只取其较大者作为控制可变荷载。

屋面活载： 20.71.40.98/kNm

雪荷载： 20.351.40.49/kNm

积灰荷载： 20.31.40.42/kNm

合计 22q1.4/kNm

3.2 荷载组合

设计屋架时应考虑三种组合：

使用阶段

a.全跨永久荷载+全跨可变荷载

23.76081.4005.1608/qKNm

结点荷载设计值：

5.160861.546.4472PqlbKN 梯形钢屋架设计书

7

a种荷载组合屋架受力图

b.全跨永久荷载+半跨可变荷载

节点荷载设计值：

半跨永久荷载+半跨可变荷载：P1=46.4472 kN

半跨永久荷载：P2=3.7608×6×1.5=33.8472 kN

b种荷载组合屋架受力图

施工阶段

c.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板+半跨活载

节点荷载设计值：

半跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板+半跨活载：

1P61.531.8672kN（0.4608+1.68+1.4）

半跨屋架自重

2P0.460861.54.1472kN

c种荷载组合屋架受力图

3.3 内力计算

由于屋架为静定结构，内力分布与杆件的牌号及界面形式无关，故实际采用