钢结构课程设计之梯形屋架.doc

钢屋盖设计任务书（梯形屋架）
一、设计资料
某车间（或厂房）跨度L，长度96m，柱距6m，屋盖采用梯形钢屋架，屋面材料为压型钢板复合板，檩条间距1.5m，屋面坡度i = 1/10，屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，当地基本风压为0.55kN/m2，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C30，柱截面400mm×400mm。其他设计资料如下：
A．跨度
编号
A1
A2
A3
A4
L（m）
18
21
24
30
B．永久荷载
编号
B1
B2
B3
屋面永久荷载标准值（kN/m2）
0.3
0.5
0.7
注：表中给出的永久荷载尚未包含屋架和支撑自重。
C．雪荷载
编号
C1
C2
C3
C4
C5
雪荷载标准值（kN/m2）
0.30
0.55
0.60
0.65
0.70
D．积灰荷载
编号
D1
D2
D3
厂房类别
水泥厂烘干房
（屋面无挡风板）
水泥厂机修间
（屋面有挡风板）
水泥厂机修间
（屋面无挡风板）
二、题目分配
雪荷载
跨度
C1
C2
C3
C4
C5
C1
C2
C3
C4
C5
C1
C2
C3
C4
C5
A1
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
A2
2
6
10
14
18
22
26
30
34
38
42
46
50
54
58
A3
3
7
11
15
19
23
27
31
35
39
43
47
51
55
59
A4
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
48
52
56
60
跨度
永久荷载
B1
B2
B3
注：土木07-1班执行D1组合；土木07-2班执行D2组合；土木07专升本执行D3组合。
各班学生在题目分配表中找到自己学号所对应的设计资料并结合各自班级的D组合进行设计。
三、设计要求
计算书：内容应详尽，主要内容应包括：设计任务书，材料选择，屋架形式、几何尺寸，支撑布置，荷载汇集，杆件内力计算及组合，杆件截面选择，典型节点设计（屋脊、跨中拼接节点，上下弦节点）等。
图纸：应符合制图规范及要求，表达应完整；绘制要求：主要图面应绘制正面图、上下弦平面图，必要的侧面图、剖面图，以及某些安装节点或特殊零件的大样图；在图的左上角绘制屋架简图，并注明杆件几何长度（左半跨）及杆件内力设计值（右半跨），图面右侧应绘制材料表及编写有关文字说明，如钢材型号、附加说明、焊条型号、焊接方法、质量要求等。（注：采用A1图纸594mm×841mm）
四、主要参考资料
1. 戴国欣主编．钢结构（第三版）．武汉：武汉理工大学出版社，2007
2. 夏志斌，姚谏．钢结构—原理与设计．北京：中国建筑工业出版社，2004
3. 张耀春主编．钢结构设计原理．北京：高等教育出版社，2004
4. 汪一骏等．钢结构设计手册（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2004
5. 建筑结构荷载规范（GB50009—2001 ）
6. 钢结构设计规范（GB50017—2003）
7. 建筑结构制图标准（GB/T50105—2001）
目 录
1、设计资料…………………………………………………………………………………………1
2、屋架形式、几何尺寸及支撑布置………………………………………………………………1
3、荷载和内力计算…………………………………………………………………………………1
3.1荷载计算……………………………………………………………………………………1
3.2荷载组合……………………………………………………………………………………2
3.3内力计算……………………………………………………………………………………3
4、杆件截面计算……………………………………………………………………………………3
4.1上弦…………………………………………………………………………………………3
4.2下弦…………………………………………………………………………………………4
4.3斜腹杆B-a…………………………………………………………………………………4
4.4斜腹杆B-b…………………………………………………………………………………5
4.5斜腹杆C-b…………………………………………………………………………………5
5、节点设计…………………………………………………………………………………………6
5.1下弦节点……………………………………………………………………………………6
5.2上弦节点……………………………………………………………………………………6
5.3屋脊节点……………………………………………………………………………………9
5.4支座节点………………………………………………………………………………… 10
6、参考资料……………………………………………………………………………………… 12

钢结构课程设计
1. 设计资料
某车间跨度，长度,柱距，采用梯形钢屋架，屋面材料为压型钢板复合板，檩条间距，屋面坡度，屋面活荷载标准值为，当地雪荷载，基本风压，屋架简支于钢筋混凝土柱上，上柱截面，混凝土标号为。
2. 屋架形式,尺寸,材料选择及支撑布置
屋架的计算跨度,端部高度，中部高度，屋架形式如图1所示。根据建造地区的计算温度和荷载性质，刚材采用。焊条采用型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下玄横向水平支撑，垂直支撑和系杆，见图2和图3。

图1屋架尺寸及内力
3．荷载和内力计算
3．1 荷载计算
屋架及支撑自重
屋面永久荷载标准值
恒荷载总和
雪荷载
积灰荷载
活荷载总和
风荷载：风压高度变化系数为1.0，迎风面的体形系数为-0.6，背风面的体形系数为-0.5，所以负风的设计值（垂直屋面）为
迎风面：
背封面：
和垂直于水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载，故将拉杆的长细比依然控制在350以内。
3.2 荷载组合
节点荷载设计值
按可变荷载效应控制的组合

其中，永久荷载荷载分项系数；屋面活荷载或雪荷载荷载分项系数；组合值系数，雪荷载；积灰荷载，。
按永久荷载效应控制的组合

其中，永久荷载荷载分项系数=1.35；活荷载分项系数。
故节点荷载取为,支座反力为。
其内力设计值见图1。

图2上弦横向水平支撑图

图3下弦横向水平支撑布置图
3.3.内力计算
屋架在上述荷载组合下作用的计算简图如图4。有图解法得时屋架各杆的内力系数（作用于全跨），然后求出各种杆件的内力。计算结果如图1所示。
图4 屋架内力图
4. 杆件截面选择
腹杆最大内力（压）由屋架节点板厚度参考表可知支座支节点板厚度取，节点板取
4.1 上弦
整个上弦不改变截面，按最大内力计算。
选用（短肢相并）,, ，
，
,
双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比
,故应按式下计算

故由，按类截面查附表4.2得，

填板每个节间放一块，
4.2 下弦
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算。
， 连接支撑的螺栓孔中心至节点边缘的距离约为（de节间），可不考虑螺栓孔削弱。
选用（短肢相并）, ,，

填板每个节间放一块，
4.3斜腹杆B-a
,
选用（长肢相并），，，

满足截面要求，，故按照下式计算

故由按b类表附表4.2得

填板放三块，
4.4 斜腹杆B-b
.内力不大，按受压杆长细比控制截面（跨中腹杆在半跨和在半跨荷载作用下，内力变号），
选用，查表得，，

截面验算：
填板每个节间放一块
4.5 斜腹杆G-d
.内力不大，，可按选择截面。

选用，查表得，，。
填板放三块，，其余杆件截面选择见表1
5 节点设计
用E43焊条时角焊缝的抗拉抗压和抗剪强度设计值，各杆件最小焊缝长度不应小于。
5.1 下弦节点b,如图5
先算腹杆与节点板的连接焊缝：B-b杆肢背与肢尖的焊脚尺寸分别取为，所需焊缝长度为（考虑起灭弧缺陷）：
肢背
肢尖
腹杆和的杆端焊缝同理计算，其中杆内力较小，焊缝按构造采用。
其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差，由斜腹干焊缝决定的节点板尺寸量得实际节点板长度是。角焊缝计算长度，采用，肢背焊缝应力为：

5.2 上弦节点B,如图6

图5下弦节点b

图6上弦节点B
腹杆B-b,B-a的杆端焊缝计算从略。验算上弦与节点板的连接焊缝，节点板缩进, 肢背采用塞焊缝，承受节点荷载

肢尖焊缝承担弦杆内力差，偏心距.，偏心力矩
，采用，则
对:

对M:

则焊缝强度为:

节点板尺寸方法同前，在施工图上确定。

表1 屋架杆件截面选用表

杆件

名称

杆件号

内 力
设计值
KN
计算长度(m)

所用
截面
截面
面积
A
()

计算应力

容许长细 比
杆件端部的角钢肢背和肢间焊缝

填
板
数

上弦杆
GF
-325.2
1.508
3.000
2L1007
27.6
161.0
150
—
1
下弦杆
cd
319.5
3.000
10.50
2L9056
6
17.12
186.6
350
—
1

腹

杆
Ba
-204.5
2.014
2.518
2L9056
6
17.12
194.5
150
6-120
6-70
3
Bb
154.5
2.081
2.601
2L564
8.78
176
350
5-110
4-70
1
Dc
74.1
2.282
2.852
2L403
4.72
157.0
350
4-70
4-30
2
Db
-117.2
2.282
2.852
2L635
12.28
178.1
150
6-70
5-50
2
Fd-
8.6
2.489
3.111
2L403
4.72
18.2
350
4-40
4-40
2
Fc
-41.6
2.489
3.111
2L563
6.68
155.7
150
4-40
4-40
3
Hd
21.3
2.702
3.377
2L403
4.72
45.13
350
4-40
4-40
2
Aa
-13.28
1.592
1.990
2L456
10.16
21.5
150
5-40
5-40
2
Cb
-26.56
1.820
2.275
2L456
10.16
49.7
150
5-40
5-40
3
Ec
-26.56
2.060
2.575
2L456
10.16
58.5
150
5-40
5-40
3
Gd
-26.56
2.300
2.875
2L456
10.16
69.2
150
5-40
5-40
3
5.3 屋脊节点K, 如图7

图7屋脊节点k
腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸，可不计算。只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截面，除倒棱处，竖肢需切去，并按上弦坡度热弯，拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（）

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：

取拼接角钢总长度为.

5.4 支座节点，如图8

图8 支座节点a
底板计算
支反力，混凝土强度C30，，所需底板净面积：

锚栓直径取,锚栓孔直径为,则所需底板毛面积：
，
按构造要求采用底板面积为: ，垫板采用，孔径.实际底板净面积为：

底板实际应力：

，表4.8得，则：

所需底板厚度：

用，底板尺寸为
加劲肋与节点板连接焊缝计算
一个加劲肋的连接焊缝所受的内力取为
，，加劲肋高度、厚度与中间节点板相同（即），采用，验算焊缝应力
对V：

对M：

节点板、加劲肋与底板连接焊缝采用，实际焊缝总长度

6 主要参考资料
1. 戴国欣主编．钢结构（第三版）．武汉：武汉理工大学出版社，2007
2. 夏志斌，姚谏．钢结构—原理与设计．北京：中国建筑工业出版社，2004
3. 张耀春主编．钢结构设计原理．北京：高等教育出版社，2004
4. 汪一骏等．钢结构设计手册（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2004
5. 建筑结构荷载规范（GB50009—2001 ）
6. 钢结构设计规范（GB50017—2003）
7. 建筑结构制图标准（GB/T50105—2001）

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