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24m跨厂房普通钢屋架设计

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
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 2
1.基础资料 2
2.荷载 3
二、钢屋架设计计算 3
1.材料选择 3
2.屋架形式及几何尺寸 3
3.支撑布置 4
4. 支撑布置情况 4
三、 荷载和内力计算 6
1.荷载计算 6
2.荷载组合 6
3.内力计算 7
四、 截面选择 7
1.上弦 7
2.下弦 8
3.斜腹杆 8
五、节点设计 15
1.下弦设计 15
2上弦节点“B” 16
3.屋脊节点K 17
4.支座节点“a” 18
六、 绘制施工图 20

24m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1.5×6.0m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，
杆件容许长细比：屋架压杆[]=150，屋架拉杆[]=350。

L
5500
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
6000
500
500
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2
A
B

图1 柱网布置图

2.荷载
（1） 永久荷载（标准值）
大型屋面板 kN/m2
防水层 0.10kN/m2
屋架及支撑自重 0.12+0.011L=0.12+0.01124=0.39kN/m2
悬挂管道 0.05kN/m2
（2）可变荷载（标准值）
屋面活荷载 编号35，应选择0.58kN/m2；

雪荷载 0.30kN/m2
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
因屋面采用大型屋面板，屋面坡屋i＝1／9，故宜采用梯形屋架。
屋架计算跨度应取
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,本设计取1.6m,中部高度根据坡度计算得

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。
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。
4. 支撑布置情况
根据厂房长度（54<60m）、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

图3 屋架下弦水平支撑布置图

图4 1-1、2-2剖面图
三、 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，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。
1.荷载计算
大型屋面板 0.622kN/m2
防水层 0.10kN/m2
屋架及支撑自重 0.39kN/m2
悬挂管道 0.05kN/m2

恒荷载总和 1.17kN/m2
屋面活荷载 0.58kN/m2
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：
,
其中，永久荷载，荷载分项系数
屋面活荷载，荷载分项系数
组合系数；
按永久荷载效应控制的组合：

其中，永久荷载，荷载分项系数
组合系数
故节点荷载取为19.95KN，支座反力为
3.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
四、 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：

双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比
，故应按照式（4.15）计算

故由按b类查附表4.2，得

填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块）

2.下弦
下弦也不改变截面，按最大内力计算。

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。

填板每个节间放一块

3.斜腹杆

（5）杆件C-b
N=-20.0KN，=0.8191.3=153.1cm，=191.3cm。
选用2∟505，A=9.6cm2，=1.53cm，=2.45cm

由查表 0.555

填板放两块，
（6）杆件D-b
N=-107.1KN，lox=0.8256.3=205.1cm，loy=256.3cm。
选用2∟758，A=23.0cm2，=2.28cm，=3.42cm

由查表 0.621

填板放两块，
（7）杆件D-c
N=66.9KN，lox=0.8255.7=204.6cm，loy=255.7cm。
选用2∟758，A=23.0cm2，=2.28cm，=3.42cm

填板放两块，
（8）杆件E-c
N=-20.0KN，lox=0.8224.2=179.4cm，loy=224.2cm。
选用2∟564，A=8.78cm2，=1.73cm，=2.74cm

由查表 0.530

填板放三块，
（9）杆件F-c
N=-39.6KN，lox=0.8283.6=226.9cm，loy=283.6cm。
选用2∟758，A=23.0cm2，=2.28cm，=3.42cm

由查表 0.558

填板放两块，
（10）杆件F-d
N=11.9KN，lox=0.8283.1=226.5cm，loy=283.1cm。
选用2∟634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm

填板放两块，
（11）杆件G-d：
N=-20.0KN，lox=0.8×257.1=205.7cm，loy=257.1cm，内力较小可按选择截面。
选用2∟634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm

由查表 0.453

填板放三块，。
（12）杆件H-d
N=11.6KN，lox=0.8312.0=245.0cm，loy=312.0
选用2∟634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm

填板放三块，
（13）杆件H-e
N=-31.8KN，lox=0.8311.4=249.1cm，loy=311.4cm
选用2∟634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm

由查表 0.357

填板放三块，
（14）杆件I-e
N=55.9KN，lox=loy=0.9×2900=261.0cm，
选用2∟634，A=9.96cm2，=1.96cm，=3.02cm

由查表 0.332
<
填板放三块，
表1 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表

名称

杆件编号

内力/kN
计算长度/cm

截面规格
截面面积/
回转半径/cm

容许长细比

填板数
计算应力

上弦
HG
-361.3
150.9
300.0
2L100×10
38.5
3.05
4.52
150
每节间1
126.9
下弦
de
353.3
300
1200
2L100×80×6
21.2
2.40
4.62
350
每节间1
166.7

腹

杆
Aa
-10.0
160
160
2L50×5
9.60
1.53
2.38
150
3
19.8
Ba
-199.4
221.3
2221.3
2L100×80×8
27.8
2.37
3.41
150
2
187.87
Bb
139.6
183.9
279.9
2L63×5
12.3
1.94
2.89
350
2
192.7
Cb
-20.0
153.1
191.3
2L50×5
9.60
1.53
2.38
150
2
37.5
bD
-107.1
205.1
256.3
2L75×8
23.00
2.28
3.42
150
2
74.98
Dc
66.9
204.6
255.7
2L75×8
23.00
2.28
3.42
350
2
30.1
Ec
-20.0
179.4
224.2
2L56×4
8.78
1.73
2.74
150
3
43.1
cF
-39.6
226.9
283.6
2L75×8
23.00
2.28
3.42
150
2
31.1
Fd
11.9
226.5
283.1
2L63×4
9.96
1.96
3.02
350
2
11.9
Gd
-20.0
205.7
257.1
2L63×4
9.96
1.96
3.02
150
3
38.4
dH
11.6
245.0
312.0
2L63×4
9.96
1.96
3.02
350
3
11.7
He
-31.8
249.1
311.4
2L63×4
9.96
1.96
3.02
150
3
79.5

Ie
55.9
261.0
2L63×4
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

则所需焊缝长度：

肢背焊缝应力为

节点图见下图所示：

图6 下弦节点“b”
2. 上弦节点“B”

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2L10010，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）

拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度为：

共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：

拼接角钢总长度为：

取拼接角钢长度为300mm。
上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15％计算

偏心距e=100-30=70mm,设肢尖焊缝焊脚高度，取节点板长度为400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为

屋脊节点“I”如下图所示：

图8 屋脊节点“”
4. 支座节点“a”
（1）底板计算
支反力 混凝土强度C20，
所需底板净面积：

锚杆直径取d=25mm,锚栓孔直径为50mm,则所需底板毛面积：

按构造要求采用底板面积为:

底板实际应力：

,查表4.8得

则所需底板厚度：

（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，，加劲肋高度与支座节点板高度相同，厚度取与中间节点板相同（即-395×100×8）。采用hf=6mm，验算焊缝应力
对V：
对M：

(3)节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算
取hf=8mm，实际焊缝总长度：

焊缝设计应力：

图8 支座节点“a”
六、 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1

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（GB50017—2003）. 北京：中国计划出版社，2003
3 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 50001—2001）. 北京：中国计划出版社，2002．
5 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001） ．北京：中国计划出版社，2002．
6 钢结构设计手册（上册）（第三版） ．北京：中国建筑工业出版社，2004

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