1、钢屋架课程设计班级：土木 1103 班姓名：罗普俊学号：11231049指导老师：刘智敏2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 1 -轻屋面钢屋架设计一、 设计资料1、 工程地点：河北邯郸，设计使用年限：50 年。2、 工程规模：单层单跨封闭式工业厂房，长度 120m，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，屋架跨度 24m，柱距 6m,屋面离地 20m,吊车起重量为 15t，工作制为 A5，无较大的振动设备。3、 屋面作法：选用轻型屋面板，屋面坡度为 1/10，无天窗。4、 自然条件：基本风压为 ，基本雪压为 ，积2/35.0mKN2/5.0mKN灰荷载标准值为 地震设防
2、烈度为 7 度。地面粗糙度类2/.别为 B 类，场地类别类，重要性级别为二级， （ ） 。.105、 材料选用：（1） 、屋架钢材采用规定的 Q235，（2） 、焊条采用规定的 E43 型焊条，（3） 、普通螺栓采用等级为 4.6 级的 C 级螺栓，锚栓采用 Q235 级钢制成。（4） 、角钢型号按热轧型钢 选用，（5） 、混凝土强度等级为 C25.6、结构及各组成构件形式：（1） 、钢屋架：梯形钢屋架，（2） 、屋面板：选用轻型屋面板，材料可选择夹芯板，选用长尺压型钢板、夹芯板时按图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1 选用。2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普
3、俊 11231049- 2 -（3） 、檩条及屋面支撑：计算或从相关标准图集中选用。7、主要建筑构造做法及建筑设计要求按轻屋面计算。二、屋架形式的选定和结构平面的布置1、采用缓坡梯形屋架，坡度为 1/10,屋架计算跨度 ml 2370240150 屋架端部高度取 mh跨中高度 li 318521.020高跨比 ，属于常用范围之内。134.0lh屋架起拱度 取 50mm.,48502mlf屋架腹杆采用人字式，使得上弦节点受荷，上弦杆节点水平间距取1500mm.单位：mm2、屋架支撑布置根据厂房跨度 24m，长度 120 及荷载情况，设置 3 道上、下弦横向水平支撑；屋脊处与檐口位置上、下弦处分别
4、设一道系杆；在屋盖2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 3 -两端开间内的屋脊处与两端支座处设置竖向支撑；有吊车，需设下弦纵向水平支撑。二、 屋架荷载和内力计算1、 荷载计算根据经验公式，屋架和支撑的自重估算值为 220 /.140,m/.138.2).2.( mKNKNl 取屋架下弦无其他荷载，可假定屋架和支撑重量全都作用在上弦节点。2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 4 -根据建筑结构荷载规范可知，屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，屋面活荷载为 （不上人） ，雪荷载为 取其中的较2/5.0mKN2/5.0mKN大者计入，
5、取屋面活荷载 。由于是轻屋面，需要考虑风荷2/5.0载作用。轻型屋面板采用夹芯板，按图集压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01J925-1 选用。预估屋面板受力，恒载为 ，屋面2/3.0mKN活荷载为 ，积灰荷载为 ，屋面板承受的设计荷载2/5.0mKN2/5.0mKN值为。板型选 ,板厚2/76.1).(413.2 960324JXB75mm,有效宽度为 960mm,取檩条间距为 1500mm，支撑条件为连续，即所承受的设计荷载最大值为 22/76.1/0.3mKN屋面板受力表永久荷载 标准值 2/设计值 2/屋面板和檩条自重 36.0.13.0屋架和支撑自重 4824总和 0.7 0.84
6、可变荷载 标准值 2/mKN设计值 2/mKN屋面活荷载 7.04.15.0积灰荷载总和 1.0 1.42014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 5 -檩条的设计檩条采用实腹式檩条，截面采用冷弯薄壁 C 型钢 .钢52072材选用 Q235，檩条跨度为 6m,在跨中设一道拉条，提供下翼缘平面外变形的约束条件，防止檩条因整体失稳而发生弯扭，拉条采用8mm 圆钢。 xqy在跨中设一道拉条的计算简图冷弯薄壁 C 型钢 截面参数：5.2072， ， ，273.9cmA46.3cIx3986cmWx，ax1Wy 3min.1y檩条承受的竖向荷载：屋面板和檩条自重： 2/3
7、6.0KN可变荷载： 2/4.12014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 6 -mKNq/64.251).360( 071.5,cos,sinqqyxmKNlMyX 82.17cos8202xy拉条处负弯矩 mKNlqxy 295.0671.5sin64.3210拉条与支座间正弯矩 Mxy 148强度验算： 223636 /15/4.1905.1248098.1 mNfNWyXx 刚度验算： Kqk /86.17.cos.).503.( 0 33393 10522102684 lEIll 由于设置了拉条，可不用验算整体稳定。荷载组合 （本次设计地区地址设防烈度为
8、 7 度，轻型单层工业厂房，无需进行抗震设计。 ）（1） 、全跨永久荷载+全跨可变荷载2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 7 -KNF16.205.)418.0(1 （2） 、全跨永久荷载+半跨可变荷载，.76. KNF6.125.43（3） 、屋架、支撑自重+ 半跨屋面板重+半跨屋面活荷载，KNF2.45.1480 54.9.)70.(5（4） 、轻屋面考虑风吸力的作用风荷载标准值 20 /6.03.21)6.( mKNszk -Z 处的风振系数 -风压高度变化系数 zz-风荷载体型系数 -基本风压s0考虑 1.0恒载+1.4活载和荷载组合，风吸力为，即
9、为风压力，且远远小0/36.02.41).03(.1 2mKNFf于竖向荷载组合，可以忽略。内力计算 利用 midas 建模计算先计算桁架各杆件的内力系数和支座反力（F=1 作用于全跨、左半跨、右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合。2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 8 -全跨节点荷载左半跨节点荷载右半跨节点荷载2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 9 -杆件内力组合（单位为 KN）， ， ， ，KNF16.20F56.72KNF6.123F32.4KNF54.9内力系数（F=1）第一种组合第二种组合 第三种
10、组合 杆件内力杆件名称全跨 左半跨右半跨1+23F+23+45F+45AB 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000BCCD-8.741 -6.221 -2.473 -176.22 -144.98 -97.32 -97.50 -61.41 -176.22DEEF-13.559 -9.060 -4.498 -272.35 -216.66 -159.18 -145.01 -101.49 -273.35FGGH-15.284 -9.186 -6.097 -308.13 -231.29 -192.37 -153.66 -124.19 -
11、308.13上弦杆HK -14.791 -7.395 -7.395 -298.19 -205.00 -205.00 -134.45 -134.45 -298.19ac 4.742 3.492 1.251 95.60 79.85 51.61 53.80 32.42 95.60ce 11.550 8.017 3.533 232.85 188.23 131.83 126.38 83.60 232.885eg 14.671 9.356 5.315 295.77 228.91 177.88 152.63 114.08 285.77下弦杆gk 15.198 8.453 6.745 306.39 221.4
12、0 199.88 146.30 130.00 306.39aB -8.874 -6.533 -2.340 -178.90 -149.40 -96.57 -100.66 -60.66 -178.90Bc 6.881 4.765 2.116 138.72 112.06 78.68 75.18 49.91 138.72cD -5.438 -3.405 -2.033 -109.63 -84.01 -66.73 -55.98 -42.89 -109.63De 3.701 1.903 1.797 74.61 51.96 50.62 34.14 33.13 74.61eF -2.453 -0.708 -1.
13、745 -49.45 -27.47 -40.53 -17.35 -27.24 -49.45Fg 1.117 -0.447 1.564 22.52 2.81 28.15 0.56 19.75 28.15gH 0.023 1.553 -1.529 0.46 19.74 -19.09 14.91 -14.49 19.74 -19.09斜杆Hk -1.084 -2.469 1.385 -22.34 -39.30 9.26 -28.24 8.33 9.26 -39.30Aa -0.500 -0.500 0.000 -10.08 -10.08 3.78 -6.93 -2.16 -10.08CcEeGg-1
14、.000 -1.000 0.000 -20.16 -20.16 -7.56 -13.86 4.32 -20.16竖杆Kk 1.943 0.972 0.972 39.17 26.94 26.94 17.67 17.67 39.17支座反力R8 6 2 161.282014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 10 -四、杆件设计杆件编号1、上弦杆截面设计上弦杆按最大内力计算，归并为一种截面，上弦杆受压。由内力计算表知最大内力在 FG、GH 节间， KN13.08max上弦计算长度：平面内 ，平面外mlx1508 mly6520由腹杆最大内力为 可知节点板厚度取 6mm
15、,支座节KN9.7点板厚度取 8mm。截面类型为 b 类假设 ，则 ，60807.所需的截面面积为： 239.175280.mfNA，mlix13.25608liy6.选择 不等肢角钢，短肢相并， 的截面系数为83102， ， .218.5cAcix7.1cmiy842014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 11 -（1）强度验算： 223 /15/4.18.2560mNfNANn 满足要求（2）刚度验算： 1502.87.10xil满足要求56.2.48301yil（3）整体稳定验算： 由 查表得yx2.8x 654.0x满足要求22/15/.187.2564
16、.03mNfNANx 2、下弦杆截面设计下弦杆按最大内力计算，归并为一种截面，下弦杆受拉。由内力计算表知最大内力在 gk 节间， KN39.06max下弦计算长度：平面内 ，平面外lx30mly602所需的截面面积为：31.45219.6fNA选择 不等肢角钢，短肢相并， 的截面系数为65902690， ， .214.7cmAcix8.1cmiy342014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 12 -(1) 强度验算： 223 /15/1794.06mNfNANn 满足要求（2）刚度验算： 35087.19.530xil满足要求2.184.360yil3、斜杆截面
17、设计1）支座斜杆 aB 截面设计支座斜杆受压 KN9.178计算长度：平面内 ，平面外mlx2530 mly25310假设 ，则 ，86.所需的截面面积为： 234.109258.0917fNA， mlixyx 64.380251选择 不等肢角钢，长肢相并， 的截面系数为785072， ， .2934.1cAcix35.ciy12（1）强度验算： 223 /15/5.94.1807mNfNANn 满足要求2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 13 -（2）刚度验算： 1507.105.230 xil满足要求9.12.530yil（3）整体稳定验算： 由 查表
18、得yx9.1048.0y满足要求22/5/6.1934.8.017 mNfNANy 2）斜腹杆截面设计cD，支座斜杆受压 KN63.109计算长度：平面内 ，平面外mllx 2985.0mllxy 295.12.00假设 ，则 ，868.所需的截面面积为： 2314.72568.019mfNA，mlix65.2809liy.选择 等肢角钢， 的截面系数为 ，3632576.14cA， .cix9.1ciy82（1）强度验算： 223 /15/1.756.1409 mNfNANn 满足要求2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 14 -（2）刚度验算： 1508
19、.3.1920 xil满足要求5.13.8650yil（3）整体稳定验算： 由 查表得yx4.136x 438.0x满足要求22/5/7.16.458.019 mNfNANy 4、竖杆截面设计1）支座竖杆 Aa, 受压KN08.1计算长度：平面内、平面外 ，mloyx20内力较小，假设 ，则 ，4345.所需的截面面积为： 289.12.081fNA， mlixyx 29.1400选择 等肢角钢相并， 的截面系数为 ，542542584.cmA， .cix37.1ciy12（1）强度验算： 223 /15/74.1.8501 mNfNANn 满足要求（2）刚度验算： 150467.1320xi
20、l2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 15 -满足要求15024.950.10 yil（3）整体稳定验算： 由 查表得yx46x 32.0x满足要求22/15/5.364.82.0 mNfNANx 2）中间竖杆 cC,受压 KN16.20计算长度：平面内 ，平面外mllx 1825.08mllxy5100假设 ，则 ，434.所需的截面面积为： 2379.125.016mfNA，mlix06.134820liy.48.选择 等肢角钢相并， 的截面系数为 ，5522584.cA， .cix371ciy102（1）强度验算： 223 /15/49851062
21、mNfNANn 满足要求（2）刚度验算： 1504.137.20 xil2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 16 -满足要求1508.0.2150 yil（3）整体稳定验算： 由 查表得yx4.3x 372.0x满足要求22/15/13.64.8572.0 mNfNANx 3)竖杆 Kk选择 等肢角钢组合成十字截面， 的截面系数为542542， ， .8.cmAcix37.1cmiy102014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 17 -5、填板的截面设计为使两个拼接角钢整体作用，两角钢相并肢之间焊上填板。填板的厚度应等于节点
22、板厚度 6mm,宽度取 60mm，长度比角钢肢宽 20-30mm,以方便角钢焊接。填板间距在受压杆件中不大于 40i，受拉杆件中不大于 80i（i 为一个角钢的最小回转半径） 。十字形截面则由角钢肢尖两侧各缩进 1015mm。2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 18 -杆件截面选择表压杆： 拉杆：,/2152mNf150350计算长度/mm回转半径/mm长细比 稳定系数杆件 内力设计值/KN几何长度/mm xl0y截面形式及规格截面面积 A/2myixyxy应力设计值 )/(2mN上弦杆AK -308.13 1508 1508 3016 863102(短肢
23、相并)2516.8 17.7 48.2 85.2 62.6 0.654 -187.20下弦杆ak 306.39 3000 3000 6000 59(短肢相并)1711.4 15.8 43.4 189.87 138.25 179.02aB -178.9 2531 2531 2531 8072(长肢相并)1893.4 23.5 21.2 107.7 110.9 0.488 -193.62Bc 138.72 2604 2083 2604 54858.4 13.7 21.0 152.0 124 161.60cD -109.63 2865 2292 2865 6321457.6 19.3 28.3 11
24、8.8 101.2 0.438 -171.7De 74.61 2855 2284 2855 858.4 13.7 21.0 166.7 136.0 86.92eF -49.45 3125 2500 3125 1457.6 19.3 28.3 129.5 110.4 0.390 -87.0Fg 28.15 3114 2491 3114 54858.4 13.7 21.0 181.9 148.3 32.79gH 19.74 -19.093391 2713 3391 6321457.6 19.3 28.3 140.6 119.8 0.343 -38.213.5斜杆Hk 9.26 -39.303380
25、 2704 3380 1457.6 19.3 28.3 140.1 119.4 0.345 -78.156.35Aa -10.08 2000 2000 2000 54858.4 13.7 21.0 146 95.2 0.322 -36.5Cc -20.16 2285 1825 2285 2858.4 13.7 21.0 133.4 108.8 0.372 -63.13Ee -20.16 2585 2068 2585 631457.6 19.3 28.3 107.2 91.3 0.510 -27.1Gg -20.16 2885 2308 2885 1457.6 19.3 28.3 119.6 1
26、01.9 0.439 -31.5竖杆Kk 39.17 3185 2867 2+455 858.4 2.17min4.67max45.632014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 19 -各杆件填板截面选择杆件 内力设计值/KN几何长度/mm计算长度/mm截面形式及规格最小回转半径/mm填板数量填板间距/mm填板间距允许值 40i（受压杆）或80i（受拉杆）/mm上弦杆AK -308.13 1508 3016 863102(短肢相并)31.8 8 750 1272下弦杆ak 306.39 3000 6000 59(短肢相并)28.8 4 1500 2304aB -
27、178.9 2531 2531 8072(长肢相并)14.0 4 500 560Bc 138.72 2604 2604 5413.7 2 800 1096cD -109.63 2865 2865 6319.3 3 600 772De 74.61 2855 2855 13.7 2 800 1096eF -49.45 3125 3125 219.3 4 650 772Fg 28.15 3114 3114 5413.7 2 900 1096gH 19.74 -19.093391 3391 6319.3 4 700 772斜杆Hk 9.26 -39.303380 3380 19.3 4 700 772
28、Aa -10.08 2000 2000 54213.7 3 500 548Cc -20.16 2285 2285 13.7 3 500 548Ee -20.16 2585 2585 6319.3 3 550 772Gg -20.16 2885 2885 19.3 3 600 720竖杆Kk 39.17 3185 2867 2+455 8.8 5 500 704五、节点设计设计步骤：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后根据焊缝尺寸的大小选择节点板的形状和尺寸，最后验算杆件与节点板的连接焊缝。本次设计节点板形状均取矩形。2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231
29、049- 20 -节点板杆件应有间隙的要求2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 21 -1、下弦节点 cBc 杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸取为 ，mhf61hf52则肢背和肢尖的焊缝长度取hfNl fww 25.841607.213807.023111 mlw851取fl f 6.7533222 l02cD 杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸为 ，mhf1hf52取hfNl fww 0.692067.231907.02111 mlw701取fl f 37.1533222 l42Cc 杆内力很小，可按构造选择 mhf根据求得的焊缝长度，考虑杆件之间应有的间隙以及制作
30、和装配的误差，按比例绘出节点详图，得到节点板尺寸为 。m23580验算杆件与节点板的连接焊缝杆件与节点板的焊缝长度 ，取 ，焊缝所受的力为左右m280hf52014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 22 -两下弦杆最大内力差 KNN25.1376.985.231受力较大的肢背处焊缝应力为 221 /160/46.5)1028(57.0)2(7.02 mfmhlNk wfwff 满足要求。2、上弦节点 BBc 杆与节点板的焊缝尺寸与节点 c 的相同。aB 杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸取为 ，mhf81hf62取hfNl fww 9.0687.029157.0253
31、111 mlw10取fl f .4512 3222 l52上弦节点因需搁置屋面板或檩条，常将节点板缩进角钢背而采用槽焊缝连接，节点板缩进距离不少于节点板厚度的一半加 2mm,极为5mm。槽焊缝可作为两条角焊缝计算，其强度设计值应乘以 0.8 的折减系数。2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 23 -上弦节点板尺寸为 m18026验算杆件与节点板的连接焊缝 KNP16.20KN2.7. 22/18.0/08.965.0.17 mNfmlh wwf 23/.2.6.02lff 2232 /5.10757.017.6mNlhMwff 2222 /160/896.1
32、.1 mNfwff 满足要求3、下弦中央拼接节点 k2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 24 -拼接角钢采用与下弦杆相同的截面 65902拼接角钢计算节点两侧下弦杆件内力相等， KN39.竖向肢切去 （t 为角钢肢厚）mhf5 mhtf 1节点一侧与下弦杆的每条焊缝的计算长度为 fhNlww 1376057.4397.04焊缝的实际长度为 mhlf 42拼接角钢所需长度为取hlLfw3014710)2( L350验算下弦杆与节点板连接焊缝按 计算 N%15mf5取mhfl fww 8.4016057.239.1.07.0211 lw501取fl f 3.2
33、5322 l324、屋脊节点 K2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 25 -拼接角钢计算拼接角钢采用与上弦杆相同截面的 ，863102KN19.28竖向肢切去 （t 为角钢肢厚）mhf5 mhtf 58节点一侧与上弦杆的每条焊缝的计算长度为 fhNlww 136057.49287.04焊缝的实际长度为 mhlf 4拼接角钢所需长度为hlLfw2961043210)(2 L350验算上弦杆与节点板连接焊缝按 计算 节点板长度取 120mm. e=63-N%15mf5 NeM15.015=48mm 23/.51207.9807.2 mNlhwff 2232 /
34、8.17.456.lMff2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 26 -22222 /160/5.17.3.187.1 mNfmNwff 满足要求由于屋架跨度较大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接。左半边的上弦、斜杆与节点板的连接为工地焊缝。拼接角钢与上弦的连接全用工地焊缝。为了便于工地焊接，需设置临时性的安装螺栓。5、上弦支座节点与竖杆节点这两个节点的弦杆内力或节点两边弦杆内力差值均等于零，因此弦杆肢背焊缝不必验算，肢尖焊缝也不受力，采用构造焊缝。6、支座节点 a2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231
35、049- 27 -1）底板计算底板承受屋架的支座反力 ，屋架与柱铰接，柱子混凝土KNR28.16采用 C25， 2/9.1mNfc则底板需要的净截面面积为 23159.0mfAcn螺栓直径采用 螺栓孔采用 50mm.d2螺栓孔面积 2263505A底板需要的总面积为 2051691mAn根据底板构造要求，选取底板面积为 242底板承受的应力为 23/60.49408.6NARn，ma13201021 mab91821由于 ，所以取5./1b06.NaM574138.406.22取mft .57t02014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 28 -底板尺寸选为 2
36、012）加劲肋与节点板的焊缝计算加劲肋的高度和厚度等于支座节点板高度和厚度，高度取 360mm,厚度取 8mm。焊脚尺寸 mhf6加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的 1/4。KNRV32.408.164me6024eM.19.焊缝计算长度 hlfw 3286强度验算 23/6.14287.047.02 mNlhVwff 2232 /096.lMff 22222 /160/68.19.4.10.1 mNfmNwff 满足要求3）加劲肋和节点板与底板的连接焊缝计算节点板与底板的焊脚尺寸取 mhf6加劲肋与底板的焊脚尺寸取 f8节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度 mlw 72)620()820( 2014 房屋钢结构课程设计 土木 1103 罗普俊 11231049- 29 -强度验算 223 /160/4.7286.0217.021 mNfmNlhR wwff 下弦一般节点计算表节点 KN/1/2KN/放样焊缝 mlw/ )2(7.021fwff hlNkc 95.60 232.85 137.25 280 54.46e 232.85 295.77 62.92 285 24.51g 295.77 306.39 10.62 285 4.14说明： 2/160,5mNfhwf上弦一般节点计算表
