1、1河南工程学院钢结构课程设计24m 跨厂房普通钢屋架设计学生姓名： 赵晨 学 号： 201310810122 学 院： 土木工程学院 专业班级： 土木工程 1341 班 2专业课程： 钢结构 任课教师： 韩瑞芳 201 6 年 6 月 13 日目录一、设计资料 21.基础资料 22.荷载 3二、钢屋架设计计算 .31.材料选择 32.屋架形式及几何尺寸 .33.支撑布置 44. 支撑布置情况 4三、 荷载和内力计算 .61.荷载计算 62.荷载组合 63.内力计算 7四、 截面选择 731.上弦 72.下弦 83.斜腹杆 8五、节点设计 151.下弦设计 152 上弦节点“B” .163.屋脊
2、节点 K .174.支座节点“a” 18六、 绘制施工图 2024m 跨厂房普通钢屋架设计一、设计资料1.基础资料某单跨单层厂房，跨度 L=24，长度 54m，柱距 6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架采用梯形钢桁架，铰接于混凝土柱上，上柱截面尺寸为 400*400，屋面采用 1.56.0m 太空轻质大型屋面板。屋面坡度 i=1/9，雪荷载为0.3kN/m2，钢材采用 Q235-BF，焊条采用 E43 型，手工焊。柱网布置如图 1 所示，4杆件容许长细比：屋架压杆 =150，屋架拉杆 =350。2.荷载（1） 永久荷载（标准值）大型屋面板 kN/m26.012.50防水层 0.10kN/m 2
3、屋架及支撑自重 0.12+0.011L=0.12+0.011 24=0.39kN/m2悬挂管道 0.05kN/m 2（2）可变荷载（标准值）B图 1 柱网布置图5屋面活荷载 编号 35，应选择 0.58kN/m2； 雪荷载 0.30kN/m 2二、钢屋架设计计算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。2.屋架形式及几何尺寸根据编组情况，编号 35 应选择跨度 屋面坡度,24ml9/1i因屋面采用大型屋面板，屋面坡屋 i19，故宜采用梯形屋架。屋架计算跨度应取 l
4、237024050 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 1.62.2m,本设计取 1.6m,中部高度根据坡度计算得mh9.261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 。mL4850/250/3.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GWJ2，其它编号均为 GWJl。4.支撑布置情况6根据厂房长
5、度（5460m） 、跨度及荷载情况，设置两道上、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，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。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：图 2 上弦横向水平支撑布置图7图 3 屋架下弦水平支撑布置图图 4 1-1、2-2 剖面图3、荷载和内力计算一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆可考虑半跨组合，在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必
6、考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。81.荷载计算 大型屋面板 0.622kN/m 2防水层 0.10kN/m 2屋架及支撑自重 0.39kN/m 2悬挂管道 0.05kN/m 2恒荷载总和 1.17kN/m 2屋面活荷载 0.58kN/m 2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2.荷载组合一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，本设计在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制组合：,KNFd 95.16.)58.0417.2( 其
7、中，永久荷载，荷载分项系数 2.1Q屋面活荷载，荷载分项系数 4.1组合系数 ；7.01按永久荷载效应控制的组合：KNFd 34.1965.)70.417.35( 9其中，永久荷载，荷载分项系数 35.1G组合系数 7.01故节点荷载取为 19.95KN，支座反力为 KNFRd6.15983.内力计算用结构力学求解器可算出全跨荷载作用下屋架杆件的内力，其内力设计值见下图：图 5 杆件内力图4、截面选择腹杆最大内力-199.4KN， 查表 7.4，选用中间节点板厚度为 t=8mm,支座节点板厚度为 10mm。 1.上弦整个上弦不改变截面，按最大内力计算：cmlclKNyx 0.3,9.150,3
8、.60max iimAyx52.4,.,.810L22，选 用5.49.30xil类 ）bil yy (72.01.652.40 10双角钢 T 型截面绕对称轴（y 轴）应按弯扭屈曲计算长细比 yz，故应按照式（4.15）计算 4.17035805128. bltby4.69.)8.3(4.6)7.( 2424 yoyyztl 故由 按 b 类查附表 4.2，得,9.1maxyz 73.02223 /15/9.1605.876.0 mNfNAN填板每个节间放一块（满足 范围内不少于两块）1lcmicmla 205.34.752.下弦下弦也不改变截面，按最大内力计算。cmlcmlKNyx 120
9、4,30,.350max 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为 100mm,可不考虑螺栓孔削弱。cmicicmL yx62.4,0.2,.1A(68012 短 肢 相 并 ） ，选 用3507.296.410.3yx2223 /1/.10.5mNAN11填板每个节间放一块cmicml 6.25317.801503.斜腹杆claoyx3.21KN4.19B)1( ，：杆 件cmiimyx41.3,7.,8.7A80L22（ 长 肢 相 连 ） ，选 用1509.641.32.7.yx） 计 算 ：故 按 式 （ 174,3.8.208.22 bltboy9.62.)8.03219(.64)
10、9.1( 242 yoyyztl 73.0.4得类 查 表按 b2223 /15/.9819mNANcicmla 8.437.04.7填 板 放 两 块 ，loyx.16KN.10-)2( ，：杆 件cmicicALyx38.2,5.,6.9,52选 用1502.6738.01.4.yx122223 /15/8.1906.5.01mNAN查 表 得cicla .63.404. 填 板 放 三 块 ，llKNbCoyox .19,.15.98.0,.2,)3( 杆 件cmicicmALyx3.2,5.1,6.9,5022选 用1504.83.219.0.yx5查 表 得2223 /15/5.71
11、06.9.0 mNANcicla .63.40.3. 填 板 放 两 块 ， llKNbBoyox 9.2,9.18.2.,6.19:)4( 杆 件cmicicmALyx.,94.,3.2,52选 用1506.798.2.4.1yx2223 /15/7.190.589.061mNAN查 表 得cicmla 6.794.0.3填 板 放 两 块 ，13（5）杆件 C-bN=-20.0KN， =0.8 191.3=153.1cm， =191.3cm。oxloyl选用 250 5， A=9.6cm2， =1.53cm， =2.45cmxiyi1500.3.10 xil78.45.290yil由 查表
12、 0.5551x2223 /15/7.610.95.0 mNfNAN填板放两块， cila .63.405.cm3. （6）杆件 D-bN=-107.1KN， lox=0.8 256.3=205.1cm， loy=256.3cm。选用 275 8， A=23.0cm2， =2.28cm， =3.42cmxiyi1509.2.051xil74360yil由 查表 0.6219.x。与 mNfNAN/215/75.01.236.0722 14填板放两块， cmila 2.918.4068.cm305.12（7）杆件 D-cN=66.9KN， lox=0.8 255.7=204.6cm， loy=2
13、55.7cm。选用 275 8， A=23.0cm2， =2.28cm， =3.42cmxiyi1509.42.06xil7.84.350yil 2223 /15/9.10.6mNfNAN填板放两块， cila 4.8.08.c34.6（8）杆件 E-cN=-20.0KN， lox=0.8 224.2=179.4cm， loy=224.2cm。选用 256 4， A=8.78cm2， =1.73cm， =2.74cmxiyi15003.7.190 xil8.974.20yil由 查表 0.5303.1x2223 /15/47.108.5.0 mNfNAN15填板放三块， cmila 2.697
14、3.1404.9cm17. （9）杆件 F-cN=-39.6KN， lox=0.8 283.6=226.9cm， loy=283.6cm。选用 275 8， A=23.0cm2， =2.28cm， =3.42cmxiyi1509.2.60 xil8.4.30yil由 查表 0.5585.9x2223 /15/0.91.8.06mNfNAN填板放两块， cila .98.4075.cm3. （10）杆件 F-dN=11.9KN， lox=0.8 283.1=226.5cm， loy=283.1cm。选用 263 4， A=9.96cm2， =1.96cm， =3.02cmxiyi3501.69.
15、250 xil.702.380yil 2223 /15/1.96. mNfNAN16填板放两块， cmila 8.1569.8075.cm326. （11）杆件 G-d：N=-20.0KN， lox=0.8257.1=205.7cm， loy=257.1cm，内力较小可按 选择截面。选用 263 4， A=9.96cm2， =1.96cm， =3.02cmxiyi35016.9.0572xil8.02.30yil由 查表 0.4539.16x2223 /15/4.10.45.0 mNfNAN填板放三块， 。cmla57c4.7896.40i（12）杆件 H-dN=11.6KN， lox=0.8
16、 312.0=245.0cm， loy=312.0选用 263 4， A=9.96cm2， =1.96cm， =3.02cmxiyi150.96.10250 xil03.2.0yil 2223 /15/1.7096. mNfNAN17填板放三块， cmila 4.7896.14061.3cm452（13）杆件 H-eN=-31.8KN， lox=0.8 311.4=249.1cm， loy=311.4cm选用 263 4， A=9.96cm2， =1.96cm， =3.02cmxiyi1507.96.120 xil03.2.40yil由 查表 0.35727.1x2223 /15/89.406
17、.95.0 mNfNAN填板放三块， cila 4.7896.0.cm.1（14）杆件 I-eN=55.9KN， lox=loy=0.92900=261.0cm，选用 263 4， A=9.96cm2， =1.96cm， =3.02cmxiyi350196020 xil8.43.02yil由 查表 0.3321.x18223/169.09.0.5mNAN 2/15mNf填板放三块， cila 4.786.40.c46. 表 1 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表计算长度/cm 回转半径/cm名称 杆件编号内力/kN 0xl0yl截面规格截面面积/ 2cmxiyi容许长细比 填板数计算应力 NA
18、2()m上弦 HG -361.3 150.9 300.0 2L10010 38.5 3.05 4.52 150 每节间1126.9下弦 de 353.3 300 1200 2L100806 21.2 2.40 4.62 350 每节间1166.7Aa -10.0 160 160 2L505 9.60 1.53 2.38 150 3 19.8Ba -199.4 221.3 2221.3 2L100808 27.8 2.37 3.41 150 2 187.87Bb 139.6 183.9 279.9 2L635 12.3 1.94 2.89 350 2 192.7Cb -20.0 153.1 19
19、1.3 2L505 9.60 1.53 2.38 150 2 37.5bD -107.1 205.1 256.3 2L758 23.00 2.28 3.42 150 2 74.98Dc 66.9 204.6 255.7 2L758 23.00 2.28 3.42 350 2 30.1Ec -20.0 179.4 224.2 2L564 8.78 1.73 2.74 150 3 43.1cF -39.6 226.9 283.6 2L758 23.00 2.28 3.42 150 2 31.1Fd 11.9 226.5 283.1 2L634 9.96 1.96 3.02 350 2 11.9Gd
20、 -20.0 205.7 257.1 2L634 9.96 1.96 3.02 150 3 38.4dH 11.6 245.0 312.0 2L634 9.96 1.96 3.02 350 3 11.7腹杆He -31.8 249.1 311.4 2L634 9.96 1.96 3.02 150 3 79.519Ie 55.9 261.0 2L634 9.96 1.96 3.02 350 3 56.1五、节点设计1.下弦设计（1）下弦节点 b设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按mhf68和等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）则所需焊缝长度为lw 80,93.6782107.
21、2639/31 取肢 背 mlw 5,.46./32 取肢 尖hhb ff 6,8-D 21尺 寸 取的 肢 背 肢 尖 焊 缝 的 焊 脚腹 杆则所需焊缝长度：mlw 5,6.3821607.23/ 70,4.8.1 取肢 尖 ： 取肢 背 ： hbCf可 按 构 造 确 定 ， 取杆 内 力 较 小 ， 焊 缝 尺 寸 KNNabc 9.157.38.29内 力 差cm5.31点 板 长 度 为点 板 尺 寸 ， 量 得 实 际 节由 斜 腹 杆 焊 缝 决 定 的 节mhcl fw 6,3.02.153角 焊 缝 计 算 长 度肢背焊缝应力为2022/160/4.13067.259/ m
22、NfmNw节点图见下图所示：图 6 下弦节点“b”2.上弦节点“B”相 同寸 和 节 点”杆 与 节 点 板 的 焊 缝 尺“bbBKNaB4.19则 所 需 的 焊 缝 长 度 为和杆 的 肢 背 和 肢 尖 焊 缝设 ,68mhflw 95,1.021687.02943/1 取肢 背 ： l 6,/2 取肢 尖 ： m8上 弦 肢 背节 点 板 的 上 边 缘 可 缩 进21482ff hthKN7.250.N差肢 尖 焊 缝 承 担 弦 杆 内 力9.1Q节 点 荷 载肢 背 采 用 塞 焊 缝 ， 承 受21则度 为上 弦 与 节 点 板 间 焊 缝 长 ,30m2/5.8)(47.0
23、253/Nf 2/1.)83(.19mfMPafff 1609.35.)2.1(22 ）（节点如下图所示：图 7 上弦节点“B”3.屋脊节点 K拼接角钢采用与上弦杆相同截面 2L100 10，弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度，一般为（设 ）mhf822mmhtf 30258105取拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度为：fhNlwtw 401687.03. 共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：mlw 120,78240取拼接角钢总长度为：l2568102取拼接角钢长度为 300mm。上弦肢
24、尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15计算KNN2.541.036偏心距 e=100-30=70mm,设肢尖焊缝焊脚高度 ，取节点板长度为mhf62400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为mlw130)628/30(MPaf .97.15 Paf 160.5206.730 Mfff 47.3.9).1(222）（屋脊节点“I”如下图所示：23图 8 屋脊节点“ ”I4.支座节点“a”（1）底板计算支反力 混凝土强度 C20，,6.159KNRd 2/6.9mNfc所需底板净面积：225.1656.9150cmAn 锚杆直径取 d=25mm,锚栓孔直径为 50mm,则所需底板毛面积：220
25、 9.541.352.16cmAn 按构造要求采用底板面积为:229.5402cmcba， 实 际 底 板 净 面 积 为， 孔 径垫 板 采 用 61224.305.420cAn 底板实际应力：24223/4.6910.59mNqca5.130.8.221 cmb6.5349.1,查表 4.8 得.05362.1ab 则,0.mNqaM/4781356922 则所需底板厚度：ttcft 18,6,84.120576 取又1820底 板 尺 寸 为（2）加劲肋与底板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为 ，KNRV39.415.6，加劲肋高度与支座节点板高度相同，厚度cmKNeVM19
26、0.4.753取与中间节点板相同（即-3951008） 。采用 hf=6mm，验算焊缝应力对 V： 23/1.429567.02mNf 对 M： 224/.513.f 22222 /160/4.195 mMfmNwfff (3)节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算25取 hf=8mm，实际焊缝总长度： cmlw 4.628.01)280(焊缝设计应力：23 /.195602.45.76287.0159 Nfwf 图 8 支座节点“a”6、绘制施工图施工图应严格按照相关制图标准绘制，见所附图纸 126参考文献1 董军. 钢结构原理与设计. 北京：中国建筑工业出版社，2008 2 钢结构设计规范（GB500172003）. 北京：中国计划出版社，20033 建筑结构荷载规范北京：中国建筑工业出版社4 房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001）. 北京：中国计划出版社，20025 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001） 北京：中国计划出版社，20026 钢结构设计手册（上册） （第三版） 北京：中国建筑工业出版社，2004
