梯形钢屋架课程设计
一、设计资料
(1)、某工业厂房，建筑地点在张家口市，屋盖采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20 kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C 型钢。
屋架跨度18m,屋面排水坡度i=1:10，有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱（C30）上，柱顶标高11.000m，柱距6m，柱截面尺寸为400×400mm。厂房纵向长度60m。基本风压0.55KN/m2,基本雪压0.25KN/m2。不考虑积灰荷载。注：屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值可按下列数值考虑：0.30kN/m2（6.0m）（2）、屋架计算跨度：L0=18-2×0.15=17.7m·
（3）跨中及端部高度：屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面排水坡度i=1:10，取屋架在18m轴线处的端部高度h0’=2.00m, 屋架的中间高度h=3.025m，则屋架在
17.7m，两端的高度为h o=2.004m。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图2-1所示
根据厂房长度（60m），跨度及荷载情况，设置两道上下横向水平支撑。因为柱网采用封闭形式，厂房横向水平支撑设在两端第二柱间，
图2-1梯形屋架形式和几何尺寸
在第一柱间的上弦平面设置了刚性系杆，以保证安装时的稳定。在第一柱间的下弦平面也设置了刚性系杆，以传递山墙风荷载。梯形钢屋架支撑布置如图2-2.
桁架上弦支撑布置图
桁架下弦支撑布置图
垂直支撑布置1-1
垂直支撑布置2-2
SC—上弦支撑XC—下弦支撑CC—垂直支撑GG—刚性系杆LG—柔性系杆
图2-1梯形屋架支撑布置图
三、荷载计算
荷载：屋架的受荷水平投影面积为A=18x6=108m2>60m2，故按《建筑结构荷载规范》取屋面活荷载（按不上人屋面）标准值为0.5kN/m2，雪荷载为0.25kN/m2，取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.5kN/m2。L为屋架跨度，以m为单位。积灰荷载不考虑
1、荷载标准值。
1>永久荷载标准值
屋面板0.2 KN/m2
屋架及支撑0.15 kN/m2
檩条自重0.10 kN/m2
悬挂管道等0.05 kN/m2
合计：0.5 kN/m2
1.2>可变荷载标准值
基本雪压 0.25KN/m2
基本风压 0.55KN/m2
屋面活荷载 0.30KN/m2
因为活荷载较基本雪压大，故采用活荷载作为设计使用。
2、设计屋架时应考虑以下四种组合
1、恒荷载+雪（或活）荷载
2、恒荷载+半跨雪荷载
3、恒荷载+风荷载
4、屋架，檩条自重+半边（屋面板+0.3KN/m2吊装活荷载）
3、节点荷载计算，考虑以下三种荷载组合
1.全跨永久荷载+全跨可变荷载
2.全跨永久荷载+半跨可变荷载
3.屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载（取等于屋面使用荷载）设
F1——由永久荷载换算的节点集中荷载
F2——由可变荷载换算的节点集中荷载
F3——由部分永久荷载（屋架及支撑）换算的节点集中荷载
F4——由部分永久荷载（屋面板重）及可变荷载（屋面活荷载）换算的节点集中荷载
则F1=1.2×4.5=5.4KN
F2=1.4×1×0.5×6×1.5=6.3KN
F3=1.2×0.3×6×1.5=3.24KN
F4=（1.2×0.2+0.5）×6×1.5=8.4KN
F=F1+F2=9.7KN
四、内力组合计算
（1）、屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图3-1所示：
F/2
F
F
F
F
F
F
F F F F F F F F/21990
20700
3040A 2850
3000300030003000
3000
2850
H
G
F
E
D
C
B
d
c
b
a
A
H
G
F
E
D
C
B
F/2
F
F
F
F
F
F
F 3
F
F
F
F
F
F
F F F F F F F/2F/2
F/2
图3-1 荷载组合作用下的计算简图
由以下图3-2得F=1时屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）
21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
图3-2 屋架各杆件的内力系数
（2）、由屋架各杆件的内力系数求出各种组合荷载情况下的内力，计算结果见下表：（F=28.254 KN F1=22.239 KN F2=6.3 KN F3=4.257 KN F4==8.73 KN）
五、杆件计算
腹杆最大内力N= -118.146kN ，查表2.8（课本40页），点板厚度选用8mm ，支座节点板厚度选用8mm 。 1.上弦杆（图5-1）
整个上弦采用等截面，按FG 、GH 杆件的最大内力设计。 N= -118.146kN= --118146N ，上弦杆平面内计算长度lox=lo=150.75cm ；在屋架平面外，
根据支撑布置和内力变化情况，平面外计算长度loy=450cm,
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图5-1所示
图5-1 上弦杆截面图
上弦截面
腹杆最大内力N=--74.5344KN ，查表知，中间节点板厚度选用8mm ，支座节点板厚度选用8mm 。
设λ=80，查轴心受压稳定系数表 ?=0.688 则需要截面积为
*
A
=f
N .?=118146/(0.688×215)=798.7mm 2
需要回转半径：
i x =l 0x /λ=1507.5/80= 18.125mm 2 i y = l 0y /λ=4500/80=56.25mm 2
根据需要的*A , i x , i y 查角钢型钢表，初选2 L125×80×8，肢背间距
a=8mm ，则A=3197.82
m m ，i x =2.37cm ，i y =5.92cm 。
按所选角钢进行验算：
λx = l 0x /i x =1507.5/23.7=63.6<][λ=150 λy = l 0y /i y =4500/59.2=76.7<][λ=150
则满足长细比<=*λ+=150的要求。
因为b1/t=125/8=15.62<0.56l 0y /b1=0.56×4500/125=20.16 所以λyz =λy =76.7 查表?y =0.714，则
N/(?X A)= 118146/(0.714×3197)=51.75<215N/mm 2
2.下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-116.031KN 。 计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度 l ox =3000mm 。
屋架平面外根据支撑布置，取 l oy =20700/2=10350mm 。 所需的净截面面积A=N/f=116031/215=539.67mm 2=5.39cm 2 选用2L100×63×10(短肢相并)，肢背间距a=8mm 。见图5-2：
图1.18 下弦截面
查表得：A=1923mm 2=19.23cm 2>5.39cm 2，i x =1.79cm ，i y =4.78cm.
λx = l ox /i x =300/1.79=169.50<350 λy = l oy /i y =1035/4.78=224.51<350
因为b1/t=100/6=16.7<0.56l0y /b1=0.56×10350/100=57.96
所以可以近似认为λyz =λy = 224.51
σ=N/A=116031/1923=60.33MPa<215MPa
3)斜腹杆
●杆aB
杆件轴力：N=--74.5348KN=-74534N
计算长度：l oy = 2530mm l ox=0.8×2530=2024mm
因为l ox =l oy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i x≈i y。
选用2L75×50×8，肢背间距a=8mm，则A==18.934cm2，i x =2.35cm，i y =2.19cm.
λx= l ox/i x=202.4/2.35=86.1<150
λy= l oy/i y=253/2.19=115.5<150
因λy>λx，只需求?y。查表?y=0.464，则
σ=N/(?y A)= 74534.8/(0.464×1893.4)=84.8 N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆Bc
杆件轴力：N=56.337KN=56337N
计算长度：l oy=2612mm l ox =0.8×2612=2090mm
选用2L75×50×8，肢背间距a=8mm，则A==18.934cm2，i x =2.35cm，i y =2.19cm.
λx= l ox/i x=209.0/2.35=88.9<350
λy= l oy/i y=261.2/2.19=119.5<350
因λy>λx，则可以近似认为λyz =λy =119.5
σ=N/A= 56337/1893.4=29.75N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆cD
杆件轴力：N= -42.7673KN
计算长度：ll oy=2859mm l ox =0.8×2859=2287mm
选用2L70×6，肢背间距8mm，则A=16.32cm2，x i=2.16cm，y i=3.09cm.
λx= l ox/i x=228.7/2.16=102.7<150
因λx>λy，只需求?x。查表?x =0.549，则
σ=N/(?X A)= 427673/(0.549 ×1632)=107.54N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆De
杆件轴力：N=27.0824KN
计算长度：l oy=2859mm l ox =0.8×2859=2287mm
选用2L70×6，肢背间距a=8mm，则A=16.32cm2，x i=2.16cm，y i=3.09cm.
λx= l ox/i x=228.7/2.16=102.7<350
λy= l oy/i y=285.9/3.09=78.9<350
因λx<λy，，则可以近似认为λyz =λyX=102.7
σ=N/A=27082/1632=16.59N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆eF
杆件轴力：N=-15.2484KN
计算长度：l oy=3114mm l ox =0.8×3114=2491mm
选用2L63×8，肢背间距8mm，则A=19.02cm2，x i=1.9cm，y i=2.95cm.
λx= l ox/i x=249.1/1.9=131.1<150
λy= l oy/i y=311.4/2.95=105.5<150
因λx>λy，只需求?x。查表?x =0.387，则
σ=N/(?X A)= 152484/(0.387×1902)=20.34N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆Fg
杆件轴力：N=-12.9966KN
计算长度：l oy=3114mm l ox =0.8×3114=2491mm
选用2L63×8，肢背间距8mm，则A=19.02cm2，x i=1.9cm，y i=2.95cm.
λx= l ox/i x=249.1/1.9=131.1<150
λy= l oy/i y=311.4/2.95=105.5<150
因λx<λy，，则可以近似认为λyz =λyX=131.1
σ=N/A= 12996.63/1902=6.83N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆gH
杆件轴力：N=-19.010KN
计算长度：l oy=3376mm l ox =0.8×3376=2700mm
选用2L70×6，肢背间距a=8mm，则A=16.32cm2，x i=2.15cm，y i=3.19cm.
λx= l ox/i x=2700/2.15=126.0<350
因λx>λy，则可以近似认为λyz =λyX=126
σ=N/(?X A)=19010/1632=11.6/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
4)竖杆
◆端部竖杆Aa
杆件轴力：N=--4.85KN
计算长度：l ox =2004mm，l oy=2004mm
选用2L50×5，肢背间距a=8mm，则A=9.61cm2，x i=1.53cm，y i=2.38cm.
λx= l ox/i x=200.4/1.53=130.9<150
λy= l oy/i y=200.4/2.38=84.2<150
因λx>λy，只需求?x。查表?x =0.3834，则
σ=N/(?X A)=4850/(0.3834×961)=13.1N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
◆其他竖杆Cc、Ee、Gg
这三根杆件受力相同而且较小，以最不利杆件Gg（长度最大）确定断面。由于受力较小，可按长细比选择截面。
最大压力：N=-11.97 KN
计算长度：l0x = 0.8×2877=2301mm，l oy=2877mm
i x = l ox/*λ+ =2301/150=15.34mm
i y = l oy/*λ+ =2877/150=19.18mm
选用2L63×8，肢背间距a=8mm，则A=19.02cm2，x i=1.90cm>1.54cm，i=2.95cm>1.93cm.
y
λx= l ox/i x=230.1/1.90=121.1<150
λy= l oy/i y=287.7/2.95=97.5<150
因λx>λy，只需求?x。查表?x =0.432，则
σ=N/(?X A)=11970/(0.432×1902)=14.56 N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
5)由于该屋架为对称结构，且荷载为对称荷载，故其他各杆截面设计由以上计算结果即可得到.5-1表
各杆件内力由表内力表查得，。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即H f 和l w ,然后根据l w 的大小比例绘出节点板的尺寸和形状，最后验算先弦杆与节点板的连接焊缝。
用E43焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值2
/160mm N f w f ,
最小焊缝长度不应小于8f h 和40mm
1下弦节点c，见图6-1。
(1)斜杆Bc与节点的连接焊缝计算：
N=56.337KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背：l w =0.7N/(2×0.7 h f ×f f w)=0.7×56337/(2×0.7×6×160)=29.3mm
用60mm；肢尖：l w =0.3N/(2×0.7 h f ×f f w)=0.3×56337/(2×0.7×6×160)=13.5mm
用50mm (2)斜杆cD与节点的连接焊缝计算：
N=-42.7673KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和6mm，所需焊缝长度为：肢背：l w =0.7N/(2×0.7 h f ×f f w)=0.7×42767/(2×0.7×6×160)=22.27mm
用50mm；肢尖：l w =0.3N/(2×0.7 h f ×f f w)=0.3×42767/(2×0.7×6×160) =9.54mm
用50mm (3)cC杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸H f =5mm
(4) 根据上面求得的焊缝长度，按构造要求留出杆件间应有的间隙并考虑制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为400mm×280mm.
（5）下弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算
下弦与节点板连接的焊缝长度为250mm，取6mm
h ，焊缝所受
f
的力为左右两下
弦杆的内力差ΔN=(94.516-39.77)=54.746KN，对受力较大的肢背处焊缝进行强度验算：
Τf =0.75×ΔN/(2×0.7 h f × l w)=0.75×54746/(2×0.7×6×(350-8))
=14.29(N/mm2) 焊缝强度满足要求。 2.上弦节点“B”(图6-2) （1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算 Bc杆与节点板的连接焊缝尺寸和下弦节点“c” 相同。 Ba杆：N Ba=-74.5348KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和6mm，所需焊缝长度为肢背：l w1 =0.65N/(2×0.7 h f ×f f w)=0.65×74534/(2×0.7×6×160)=36mm 用80mm；肢尖: l w2 =0.35N/(2×0.7 h f ×f f w)=0.35×74534/(2×0.7×6×160)=19.4mm 用50mm (2)确定节点板尺寸(方法同下弦节点“c”) 确定节点板尺寸为250mm400mm ?。 (3)上弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算 为了便于在上弦搁置檩条和屋面板，节点板的上边缘可以缩进12mm，用塞缝连接，这时h f =t/2=3mm, l w1= l w2=400-8=392mm。受集中力的影响P=10.5KN.。则 τf =P/(2×0.7 h f × l w)=10500/(2×0.7×3×(400-8)) =6.6(N/mm2) 肢尖角焊缝承受相邻节间内力差N ?=72.4784—0=72.478KN,偏心距 e=80-18=62mm, 偏心弯矩M=ΔN×e=72478×62=4493636N·mm, h f =6mm,则 τΔN=ΔN/(2×0.7 h f × l w1)= 72478/(2×0.7×6×392)=22.01(N/mm2) σ=M/W W=4493636/(2×0.7×6×3922)=3.481(N/mm2 τΔN2+(σ/1.22)2=22.012+(3.418/1.22)2=22.16(N/mm2) 3.屋脊节点“H”（图6-3） (1)弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。需将拼接角钢进行切肢、切棱的一部分：Δ=（t+ h f+5）, 拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力来计算。 N GH= -118.146 KN 设肢尖、肢背焊角尺寸为6mm， l w=N/(4×0.7 h f ×f f w) + 2 h f =118146/(4×0.7×6×160) +12 =55.9mm 取100mm；拼接角钢总长L=2×100+12=212mm，取250mm。竖肢需要截去Δ=（t+ h f+5）=8+6+5=19mm，取Δ=20mm。 计算屋脊处的弦杆与节点板的连接焊缝，取h f=6mm，则需要的焊缝长度 l w = （2 ×N GH ×Sina – Sq）/(8×0.7 h f ×f f w) =(2 ×118146 ×Sin5.7o -10500)/( 8×0.7×6 ×160) =2.4mm 按构造要求决定节点板的长度，取50mm。 4.支座节点“a”（图6-4） 为了便于施焊，下弦杆轴线至支座底板的距离取160mm，在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度为12mm。（1）支座底板的计算 支座底板尺寸按采用280mm×360mm 。 承受支座反力R =10 X P=10 X10.50=105.00KN ，若仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力作用，则承压面积为 q = R/A n =105000/(280x214) =1.76(N/mm2) α1= 22=173.4mm 由相似三角形关系得： b 1=134×110 mm =88.2mm b 1a 1=88.2173.4 =0.509 1b 为两支承边的相交点到对角线1a 的垂直距离， 由11b a 查表确 定，查表得 Β =0.057 。 每块板单位宽度的最大弯矩M 为： M=βq α2=0.057×1.76×173.42=3016.7N ?mm 底板厚度为：t = 6M f = 6×3016.7215 =9.17mm ,取10mm 。 底板尺寸为280mm×360mm×10mm 加劲肋与节点板的连接焊缝计算:一个加劲肋的连接焊缝所承受的偏心荷载偏于安全取屋架支座反力的四分之一，即; V =R 4=1050004 =26250N M =V ×110 2 =26250×55=1443750N ?mm 设焊缝h f=6mm，焊缝计算长度：l w=450?2×6=438mm则 τv= 26250 2×0.7×8×438 =5.35N/mm2 σM= M W W = 6×1443750 2×0.7×8×4382 =4.03N/mm2 πV2+( σM 1.22 )2= 5.352+( 4.03 1.22 )2=6.29MPa<160MPa 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：设焊缝传递全部支座反力R=105KN,初设h f=6mm，实际焊缝总长度为： ∑l w=2280?12+4110?12?12=916mm 所需焊缝尺寸：?f≥105000 0.7×916×160 =1.02mm取?f=6mm。 其余节点详见钢屋架施工图。 《钢结构》课程设计任务书 1．题目：18m跨厂房普通钢屋架设计 2．目的 通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置、受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行钢屋架的设计计算。 3．设计资料 某厂房跨度为18m，总长度90m，柱距6m；厂房内设有两台300/50kN中级工作制桥式吊车，地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度；屋架采用梯形钢屋架，屋架下弦标高为18m,两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10；采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板,屋架采用的钢材为Q235B,焊条为E43型；屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。 荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式g k=0.12+0.011L，L为屋架 为屋架及支撑自重，以kN/ 跨度，以m为单位，g k m2为单位； ②屋面活荷载：屋面活荷载标准值为0.5k N/m2，雪荷载标 =0.35kN/m2，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑， 准值为s k 取两者的较大值；积灰荷载0.9k N/m2根据不同学号按附 表取。 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2 水泥砂浆找平层0.6KN/m2 保温层0.45KN/m2(按附表取) 一毡二油隔气层0.05KN/m2 水泥砂浆找平层0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.55KN/m2 屋架杆件的内力系数 1 02 .279 a . 18米跨屋架几何尺寸 b . 18米跨屋架全跨单位荷载 作用下各杆件的内力值A a c e g e 'c 'a ' +2 . 5 3 7 . 0- 4 . 3 7 1- 5 . 6 3 6- 4 . 5 5 1- 3 . 3 5 7- 1 . 8 5 00 . 0 - 4 . 7 5 4 - 1 . 8 6 2 + . 6 1 5 + 1 . 1 7 + 1 . 3 4 4 + 1 . 5 8 1 + 3 . 1 5 8 + . 5 4 - 1 . 6 3 2 - 1 . 3 5 - 1 . 5 2 - 1 . 7 4 8 -1 . 0-1 . + 0. 4 6 0. 0. -0 . 5 +5 . 3 2 5+5 . 3 1 2+3 . 9 6 7+2 . 6 3 7+0 . 9 3 3 B C D E F G F 'E 'D'C' B 'A ' 0 . 51 . 01 . 01 . 01 . 01 . 01 . c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 一、设计资料： 1.结构形式: 某厂房总长度90m，跨度为18m.，纵向柱距6m，采用梯形钢屋架，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。 2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。 屋架采用的钢材为：Q235钢；焊条为：E43型。 3.荷载标准值（水平投影面计） 荷载： ①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋 架及支撑自重，以KN/m2为单位； =0.35KN/m2， ②可变荷载：活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S 0活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。 积灰荷载标准值： 0.7KN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层： 0.4KN/m2 一毡二油隔气层 0.05KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45KN/m2 二、结构形式与布置图： 屋架支撑布置图如下图所示。 12 12 符号说明：WGJ-钢屋架；SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GG-刚性系杆；LG-柔性系杆 A a +3. 4700.000-6.221-8.993-9.102-9.102-6.502 -3.3 82 -0.690 -0.462 +4.739 +1.884 -0. 462 -1.0-1. 0+0. 812-0.5+7. 962+9.279 +9. 279c e g B C D E F G 0.5 1. 0 1. 0 1. 0 1.0 1.0 1. a.18米跨屋架(几何尺寸) b.18米跨屋架全跨单位荷载 作用下各杆件的内力值 c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 三、荷载与内力计算： 1、荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m 2 保温层： 0.4KN/m 2 一毡二油隔气层 0.05KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.3KN/m 2 预应力混凝土屋面板 1.45KN/m 2 钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×18m=0.32KN/m 2 总计：3.32KN/m 2 可变荷载标准值 雪荷载0.35KN/m 2<屋面活荷载标准值0.70KN/m 2，取0.70KN/m 2 0.70KN/m 2 积灰荷载 0.70KN/m 2 总计：1.14KN/m 2 永久荷载设计值 1.2×3.32KN/m 2=3.984KN/m 2 可变荷载设计值 1.2×1.40KN/m 2=1.96KN/m 2 2、荷载组合 一、设计资料 温州地区某一单跨厂房总长度60m，纵向柱距6m，跨度18m。建筑平面图如图1所示。 1.结构形式: 钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10； L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m； 厂房内桥式吊车为1台30t（中级工作制）。 2. 屋架形式及材料: 屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图2所示。屋架采用的钢材为Q235钢，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条为E43型，手工焊。 3. 荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.5 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.5 KN/m2 保温层0.55 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式0.120.011 q L =+计算： 0.318 KN/m2 悬挂管道： 0.15 KN/m2 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值：2 7.0m kN / 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 1.2 KN/m2 厂房平面图 .51507.5 9 内力系数图 二、屋盖支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑到上弦横向水平支撑的间距大于60m,应在中间柱间增设横向水 平支撑。 2、下弦横向水平支撑 屋架跨度为18m,应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑， 建筑结构（钢节点）课程设计任务书建筑结构（钢节点）课程设计指导书 青岛理工大学（临沂）土建工程系 结构教研室 2017年3月 普通梯形钢屋架节点设计任务书 一、设计资料 某厂房如表1所示，柱距6m ，采用梯形钢屋架、1.5m×6.0m 预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm ，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为10:1 i 。地区计算温度高于-200C ，无侵蚀性介质，抗震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m ；厂房内桥式吊车为2台150/30t （中级工作制），锻锤为2台5t 。 表1 二、课程设计应完成的工作 1、计算书部分 设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。 2、图纸部分 绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架简图及材料表。尺寸及标注应齐备，满足构造要求。 三、课程设计进程安排 四、主要参考文献 1、陈绍蕃. 钢结构（上、下册）. 北京：中国建筑工业出版社，2014 2、钢结构设计规范（GB50017-2014）. 北京：中国计划出版社，2014 3、房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001-2010）. 北京：中国计划出版社，2010 4、建筑结构制图标准（GB/T 50105-2010）．北京：中国计划出版社，2010 5、李星荣. 钢结构连接节点设计手册（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2014 附 图 一 图1.1 18米跨屋架几何尺寸 图1.2 18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 图1.3 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 9000 61500=? 普通 1.屋架简图及几何尺寸 24m 跨度梯形钢屋架，端部高度2.0m ，跨中高度3.0m ,屋面坡度12/1=i ，屋架间距6m ，屋架两端与钢筋混凝土柱连接（房屋总长度60m ）。屋架上、下弦连有横向支撑和 竖向支撑。采用大型屋面板mm m m 120,65.1?泡沫混凝土保温层、防水层及找平层。屋面雪荷载为2 /40.0m kN 。柱用混凝土强度等级为20C ，钢材为235Q ，焊条采用425E （图2－1）。 2.屋架内力计算 大型屋面板 2 /68.14.12.1m kn =? mm 20厚防水层及找平层 2 /90.075.02.1m kN =? mm 80厚泡沫混凝土保温层 2/60.050.02.1m kN =? 屋架和支撑自重 2/42.035.02.1m kN =? 屋面雪荷载 2/56.040.04.1m kN =? 图2－1 屋架内力及几何长度 屋架上弦荷载计算： kN P 88.7463]56.042.060.090.068.1[=??++++= 半跨雪荷载时的荷载组合在本屋架计算中不起控制作用，故计算从略，只计算永久荷载加全跨可变荷载的荷载组合（表2－1）。 上弦节间因屋面板 1.5m 宽，故有节间荷载引起的弯矩，端节间的正弯矩0 18.0M M =（0M 为简支梁计算出来的弯矩），其他节间的正弯矩和节点负弯矩均为016.0M M =。 节间屋面板的集中荷载为： kN P 44.3788.742 1 21=?= m kN Pd M .341.21485 .244.378.045.08.01=??=?= m kN Pd M .006.164 85 .244.376.045.06.01=??=?= 3.杆件截面的选择 上弦杆截面选择，采用相同截面，以最大内力来计算： m kN M kN N .006.16,882.5872max =-= 计算长度在屋架平面内cm l x 3010=，屋架平面外因有大型屋面板与屋架焊牢， cm l y 1510=。选用两个等肢角钢101402?L ，相并成T 形，截面几何特征： 19.6,34.4,746.54373.2722 ===?=y x i cm i cm A （节点板厚mm 12） 15039.2419 .6151,15035.6934.4301 00<===<===y y y x x x i l i l λλ 查附录 得b 类截面轴心受压构件的稳定系数956.0,755.0==y x ??。 双角钢在弯矩作用平面内最大纤维净截面模量为： 3 max 46.26973.1342cm W =?= 按照公式（2－ ）计算截面强度，查目录 中05.1=x γ。强度验算： 2 23 3/215/95.16310 46.26905.110160066.5474587882mm N mm N W M A N nx x x n <=???+=+γ －、设计资料 1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=27m－2×0.15m=26.7m 3、跨中及端部高度： 端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。 屋架中间高度h=3025mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图一所示: 2、荷载组合 设计桁架时，应考虑以下三种组合： ①全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合) ：全跨节点荷 载设计值：F=(1.35×3.12+1.4×0.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6 =49.122kN 图三桁架计算简图 本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。 1、上弦杆： 整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得： N= -1139.63KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1355mm,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即： oy l =3ox l =4065mm 。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不 等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 图四 上弦杆 目录 一．设计说明 1.本设计为某车间工作平台 2.结构平面布置图如下，间距4m，5跨，共20m，跨度3m，4跨，共12m 3.梁上铺100mm厚的钢筋混凝土预制板和30mm素混凝土面层。 永久荷载为：5KN/mm2，可变荷载为：10KN/m2 荷载分项系数：永久荷载，可变荷载 二．计算书正文 第一节平台铺板设计 依题意并综合分析比较，平台钢结构平面布置如上图，主梁计算跨度为 6m，次梁计算跨度为3m，次梁与主梁采用平接方式连接。 铺板自重为：*20+*24=m2 铺板承受的荷载标准值为：q k=+10=m2 铺板承受荷载设计值：q=*+10*=m2 第二节平台次梁计算 跨中截面选择 查《荷载规范》钢筋混凝土自重按25KN/mm3，素混凝土按24KN/mm3，则 因此取：r q=，r G=; 次梁承受恒荷载包括铺板自重标准值为（暂不考虑次梁自重）：1p=*=m 活荷载标准值：p2=10*=12KN/m 次梁跨中最大弯矩设计值：M ax M=ql2/8=*5*5/8=·m 需要的净截面模量为：W=f r x max M =（*215）=225cm3 初步拟定次梁采用工字型I20a ，A=，X W =237cm2，2370x =I cm 4， cm 2.17x x =S I ，自重m 次梁的抗弯强度验算 考虑次梁自重后，跨中截面最大弯矩设计值：M ax M =8 1*[+*10]*5*5=·m nx w x r W M =4 310*237*05.110*51.69-=mm2<215N/mm2（满足） 抗剪强度验算 次梁最大剪力设计值为：5*]2.1*10*0279.0264.16[*2 12ql max +==V = w x max t I S V =τ=13.2410*17210*41.53 =N/mm2 钢结构课程设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2012年 12 月 30 日 一、设计资料 1、题号39已知条件：梯形钢屋架跨度27m ，长度102m ，柱距6m 。该车间内设有两台200/50 kN 中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m 。冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g 。采用1.5m ×6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i ＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.1 kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm ×400 mm ，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B 级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： 26.7m 0.15m 2270=?-=m l 3、跨中及端部高度： 本设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27m 轴线处的端部高度m h 000.2' =，屋架的中间高度：m h 350.3=，则屋架在26.7m 处， 两端的高度为m h 015.20=。屋架跨中起拱按/500L 考虑，取50mm 。 二、结构形式与布置 屋架型式及几何尺寸如图1所示。 图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸 根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。梯形钢屋架支撑布置如图2.13。 图2 屋架上弦支撑布置 钢结构课程设计 学生姓名： 学号： 所在学院：机电工程学院 专业班级： 指导教师： 2013年7月 《钢结构设计》课程设计任务书 1. 课程设计题目普通钢屋架设计 2. 课程设计的目的和要求 课程设计的目的是加深学生对钢结构课程理论基础的认识和理解，并学习运用这些理论知识来指导具体的工程实践，通过综合运用本课程所学知识完成普通钢屋架这一完整结构的设计计算和施工图的绘制等工作，帮助学生熟悉设计的基本步骤，掌握主要设计过程的设计内容和计算方法，培养学生一定的看图能力和工程图纸绘制的基本技能，提高学生分析和解决工程实际问题的能力。 3. 课程设计内容和基本参数（各人所取参数应有不同） （1）结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m, 屋面坡度1／10 （2）屋面荷载标准值（kN/m2） （3）荷载组合1）全跨永久荷载＋全跨可变荷载 2）全跨永久荷载＋半跨可变荷载 （4）材料钢材Q235B.F，焊条E43型。 屋面材料采用1.5m×6.0m太空轻质大型屋面板。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） （1）曹平周，钢结构，科学文献出版社。 （2）陈绍蕃，钢结构（下）房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社。 5. 课程设计任务 完成普通钢屋架的设计计算及施工图纸绘制，提交完整规范的设计技术文档。 5.1设计说明书（或报告） （1）课程设计计算说明书记录了全部的设计计算过程，应完整、清楚、正确。 （2）课程设计计算说明书应包括屋架结构的腹杆布置，屋架的内力计算，杆件的设计计算、节点的设计计算等内容。 5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） （1）施工图纸应包括杆件的布置图、节点构造图，材料明细表等内容。 （2）图面布置要求合理，线条清楚，表达正确。 5.3图样、字数要求 （1）课程设计计算说明书应装订成一册，包括封面、目录、课程设计计算说明书正文、参考文献等部分内容。 （2）课程设计计算说明书可以采用手写。 （3）施工图纸要求采用AutoCAD绘制或者手工绘制。 6. 工作进度计划（19周～20周） 1:荷载计算 2 屋架杆件几何尺寸的计算 根据所用屋面材料的排水需求及跨度参数，采用人字式三角形屋架。屋面坡度为i=1：,屋面倾角α=arctg （1/）=°，sinα=，cosα= 屋架计算跨度 l 0 =l －300＝15000－300=14700mm 屋架跨中高度 h= l 0×i/2=14700/(2×=2940mm 上弦长度 L=l 0/2cosα≈7903mm 节间长度 a=L/4=7903/4≈1979m m 节间水平段投影尺寸长度 a ＇=acosα=1555×=1475mm 根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示 图1.屋架形式及几何尺寸 3 屋架支撑布置 屋架支撑 1、在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。 2、因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的柔性水平系杆均用该处的檩条代替。 3、根据厂房长度36m ,跨度为4m ，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑及垂直支撑。如图2所示。 屋面檩条及其支撑 波形石棉瓦长1820mm,要求搭接长度≥150mm ，且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大檩条间距为 max 1820150 83531p a mm -= =- 半跨屋面所需檩条数 15556 112.1835p n ?= +=根 考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为： max 15556778835131p p a a mm ?===-＜ 可以满足要求。 3.2.1 截面选择 试选用普通槽钢[8，查表得m =m,I x =101cm 4,W x =25.3cm 3,W y =5.8cm 3; 截面塑性发展系数为γx =,γy =。 恒载 ×=（kN/m ） 石棉瓦 ×=（kN/m ） 檩条和拉条 （kN/m ） 合计 g k =（kN/m ） 可变荷载 q k =×=（kN/m ） 檩条的均布荷载设计值 q=γG g k +γQ q k =×+×=m q x =qsin α=×=m q y =qcos α=×=m 3.2.2 强度计算 檩条的跨中弯距 X 方向： 2211 1.1554 2.31088x y M q l kN m ==??=? Y 方向： 2211 0.37940.1903232y x M q l kN m = =??=? （在跨中设了一道拉条） 檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处 662 33 2.310100.19010138215/1.0525.310 1.2 5.7910 y x x x y y M M f N mm W W ??=+=+===????б＜［б］γγ 满足要求。 3.2.3 强度验算 载荷标准值 ()cos y k k p q g q a =+??α=(0.469+0.467)0.7780.9487=0.691kN/m 沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度： 3 354550.691400011384384 2.061010110361150 y x q l V l EI ?=?=?=???＜ 中南大学 《钢结构基本原理》 课程设计 设计名称：钢框架主次梁设计 专业班级：土木1112班 姓名：周世超 学号： 指导老师：龚永智 设计任务书 （一）、设计题目 某钢平台结构（布置及）设计。 （二）、设计规范及参考书籍 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准[S]（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S]（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部. 钢结构工程施工质量验收规范[S]（GB50205-2001） 2、参考书籍 （1）沈祖炎等. 钢结构基本原理[M]. 中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构[M]. 中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构[M]. 中国建筑工业出版社，2003 （4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院?中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）[M]. 机械工业出版社，2006 （三）、设计内容 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图一所示，结构采用横向框架承重，楼面板为120mm厚的单向实心钢筋混凝土板。荷载的传力途径为：楼面板—次梁—主梁—柱—基础，设计中仅考虑竖向荷载与动荷载的作用。框架按照连续梁计算，次梁按照简支梁计算。其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600X300X12X18，楼层层高取3.9米 采用的钢材为Q345，焊条为E50 柱网尺寸9 ×9，永久荷载5，活荷载10 活荷载分项系数为1.4 恒荷载分项系数为1.2 （四）、设计内容要求 1)验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整 2)设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。 3)设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。 4)设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短 钢结构课程设计指导书 （梯形钢屋架） 土木工程学院钢结构教研室 钢结构课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 第一节 钢结构课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度车间钢屋架设计。 二、 设计任务 1、选择钢屋架的材料 2、确定屋架形式及几何尺寸 3、屋盖及支撑的布置 4、钢屋架的结构设计 5、绘制钢屋架施工图及材料表 三、 设计资料 某厂一金工车间跨度24m，长度为90m，柱距6m，内设两台50/5t中级工作制桥式吊车，设防烈度为7度。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层，上铺小石子。屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，积灰荷载标准值0.3 kN/m2。屋架铰接于钢筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×400mm，混凝土强度等级为C20。 第二节 钢屋架设计计算 一、材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，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。 二、屋架形式及几何尺寸 因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。 屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，我国常将H。取为1.8～2.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。可取H。=1990mm。 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l／500 ，可取50mm。 三、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，宜布置三道上、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。 四、荷载和内力计算 1、荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。 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，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2．荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载 （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 （3） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 3. 内力计算 按图解法、解析法、电算法均可计算屋架各杆内力。 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。 普通钢屋架设计 --------焊接梯形钢屋架设计 －、设计资料 1、某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。 2、厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm， 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。 3、车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。 4、荷载标准值（按水平投影面计）： （1）永久荷载：二毡三油（上铺绿豆砂）防水层0.4 KN/ m 水泥砂浆找平层0.4 KN/ m2 保温层0.5 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 屋架及支撑自重0.384KN/m2 （2）可变荷载：屋面活荷载标准值0.7KN/ m2 荷载标准值 0.35 K N/ m2 积灰荷载标准值 1.3KN/ m2 5．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示 由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。 6、钢材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，最大的运输长度16m， 运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。 二、设计内容 一）、屋盖的支撑系统布置 （1）屋架上弦支撑系统的具体布置 对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下 （2）下弦平面支撑系统布置 同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下： －、设计资料 梯形钢屋架长度为72m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/㎡，雪荷载标准值为0.3kN/㎡，积灰荷载标准值为0.6kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235级，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27米轴线处的端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12×6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载0.3kN/㎡ 积灰荷载0.60kN/㎡ 总计0.90kN/㎡ 永久荷载设计值 1.35×3.387=4.572 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×0.9=1.26kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.572+1.26) ×1.5×6=52.488 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 P=4.572×1.5×6=41.148 kN 屋架上弦节点荷载 1 P=1.26×1.5×6=11.34 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.35+0.7) ×1.5×6=23.31 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 1 设计资料 梯形屋架，建筑跨度为18m，端部高度为1.99m，跨中高度为2.89m，屋架坡度i=1/10,屋架间距为6m，屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土采用 C。屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑（如 20 图1-1所示）。 屋面采用 1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠岩（3 r ）的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm厚水泥砂浆找平kg 350m / 层，屋面雪荷载为2 kN，钢材采用3号钢。 .0m 30 / 2 荷载计算 2.1 永久荷载 预应力钢筋混凝土大型屋面板： 2/68.14.12.1m kN =? 三毡四油防水层及及找平层（20mm ）： 2/912.076.02.1m kN =? 120mm 厚泡沫混凝土保温层： 2/504.042.02.1m kN =? 屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度l=18m ） 2/32181.12.11.12.1m kg l P w ≈?+=+= 2/384.032.02.1m kN =? 2.2 可变荷载 屋面雪荷载： 2/77.055.04.1m kN =? 2.3 荷载组合 永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为： []kN F 25.3865.177.0)384.0504.0912.068.1(=??++++= 3 内力计算 桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法（图2-1）求得表3-1。 表3-1 4 截面选择 4.1 上弦杆截面选择 上弦杆采用相同截面，以最大轴力G-⑨杆来选择：kN N 266.348max -= 在屋架平面内的计算长度cm l ox 8.150=，屋架平面外的计算长度cm l oy 5.301=。 选用两个不等肢角钢6801002??L ，长肢水平。 截面几何特性（长肢水平双角钢组成T 形截面，节点板根据腹杆最大内力选用板厚8mm ）： 2274.21cm A = cm i cm i y x 61.4,40.2== 1508.6240 .28 .150<=== x ox x i l λ 7922.0=x ? 1504.6561 .48 .150<== = y oy y i l λ 778.0=y ? 截面验算： 22min /215/4.2104 .2127778.0348266 mm N f mm N A N =<=?= ? 大型屋面板与上弦焊牢，起纵横向水平支撑作用，上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。 4.2 下弦杆截面选择 下弦杆也采用相同截面，以最大轴力⑧-O 杆来选择：kN N 578.354max += 在屋架平面内的计算长度：cm l ox 300=，屋架平面外的计算长度：cm l oy 300=。 所需截面面积为：24.1649215 354578 mm f N A n == 选择两个不等肢角钢656902??∠，长肢水平。 截面几何特点：22494.16114.17cm cm A >= 建筑钢结构课程设计 专业班级 学号 姓名 指导老师 完成时间 1 设计基本资料 1.1设计题目：**集团轻钢结构设计 1.2建设地点：武汉市 1.3工程概况 **集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下： 1）长度为122.4m ，跨度24m ，柱网为5.1m ，檐口高度为8m ，屋面坡度为1/12，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。 2）荷载：静荷载当有吊顶时为0.45 kN/m 2；活荷载为0.3 kN/m 2（计算刚架时）、0.5 kN/m 2（计算檩条时）；基本风压0.35 kN/m 2，地面粗糙度为B 类；雪荷载为0.5 kN/m 2；地震设防烈度为6度。 1.4设计原始资料 1）材料规格 钢材：门式刚架采用Q345-B 钢，楼面梁、屋面檩条、墙架、檩条采用Q235-B 螺栓：采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C 级）； 焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO 2气保护焊； 基础混凝土C20，垫层混凝土 C10； 钢筋：直径12mm ?≥为Ⅱ级钢筋，直径10mm ?≤为Ⅰ级钢筋。 2）地震设防烈度6度； 1.5建设规模以及标准 建筑规模：建筑面积约212024m ?，为单层钢结构建筑。 1.6设计依据 建筑结构荷载规范（GB50009—2001） 钢结构设计规范（GB50017—2003） 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102: 2002 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002） 建筑制图标准（GBJ104—87） 2 建筑设计 2.1建筑设计指导思想 1）设计满足生产工艺的要求，这是对设计的基本要求。 2）应创造良好的操作环境，有利于保证工人健康和提高劳动生产率。 3）应满足有关技术要求： (1) 厂房应具有必要的坚固耐久性能，使在外力、温湿度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以确保安全； (2) 厂房建筑应具有一定的灵活应变能力，在满足当前使用的基础上，适当考虑到以后设备更新和工艺改革的需要，使远近期结合，提高通用性，并为以后的厂房改造和扩建提供条件； (3) 设计厂房时应遵守国家颁布的有关技术规范与规程。 4）设计要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益，三者间不可偏废。 5）工业建筑在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。 2.2建筑布置 考虑工艺、结构和经济三方面要求，按照设计规范，厂房可不设置伸缩缝。 2.3构造简要说明 1）屋面及墙面构造 屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。屋面的坡度为1：12的双坡屋面，采用内天沟有组织排水。 2）地面构造 厂房的地面用素土夯实后铺80厚C10混凝土，然后用20厚1：2水泥砂浆抹面。室内地坪标高为0.000，室外地坪为-0.3m，进厂房门的室内外做成斜坡。 3）刚架防锈处理 用各色硼钡酚醛防锈漆F53-9打底，在选用各色醇酸磁漆C04-42作面漆。 3 结构设计计算书 第28讲 普通钢屋架设计（2） 1、屋架杆件平面内计算长度怎样取值？ 答： 上下弦杆、支座斜杆和支座竖杆在屋架平面内的计算长度取节间距离，即l 0x =l ，其他腹杆，计算长度取l 0x =0.8l 。 2、屋架杆件平面外计算长度怎样取值？ 答： ⑴弦杆: l oy =l 1 （侧向支撑点间距离）； ①有檩屋盖：取水平支撑节点间长度；取檩条间距（檩条与横向水平支撑节点用板连牢时） ②无檩屋盖：两块大型屋面板的间距； ⑵ 腹杆: l oy =l （节间长度） 3、何谓“等强设计”？ 答： 压杆对截面两主轴具有相等或接近的稳定性， 。 4、为什么梯形钢屋架上下弦杆宜采用不等肢角钢短肢相并的截面形式，而中间腹杆宜采用等肢角钢相并的截面形式？ 答： 当无局部弯矩且为一般支撑布置情况时，屋架平面外计算长度为屋架平面内计算长度的两倍，即 ，要使 ，须使 ，因此宜采用不等肢角钢短肢相并的截面 形式。中间腹杆，屋架平面外计算长度 ，要求 ，因此中间腹杆宜采用等肢角钢相并的截面形式。 5、简述梯形屋架中杆件垫板的作用和布置原则。 答： 保证组成屋架杆件的两个单枝共同工作。 布置原则：由双角钢组成的T 形或十字形截面的杆件，为了保证两个角钢共同工作，应每隔一定距离在两角钢相并肢之间焊上垫板，垫板厚度与节点板厚度相同，垫板的宽度一般取50~80mm ，垫板的长度比角钢肢宽大15~20mm ，以便与角钢连接。在十字形双角钢杆件中垫板应横竖交错放置。垫板间距，对压杆取d l ≦40i ，拉杆取d l ≦80i ，在T 形截面中i 为一个角钢对平行于垫板自身重心轴的回转半径，在十字形截面中为一个角钢的最小回转半径。在杆件的两个侧向固定点之间至少设置两块垫板，如果只在杆件中央设置一块垫板，则由于垫板处剪力为零而不起作用。 ox y 02l l =y x λλ=y x 2i i =ox y 025.1l l =y x 1.25i i ≈()x y yz λλλ=18m跨厂房普通钢屋架设计.
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