钢屋架课程设计.docx

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1、钢结构课程设计任务书一、设计题目：焊接普通钢屋架设计二、普通钢屋架课程设计目的及要求通过钢屋架课程设计要求能掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法；能综合运用有关力学和钢结构课程所学知识，对钢屋架进行内力分析、截面设计和节点设计；掌握钢屋架施工图的绘制方法。三、课程设计资料1. 建筑类别厂房总长度 120m，檐口高度 15m。厂房为单层单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计 钢屋架 简支与 钢筋混 凝土柱 上，混 凝土强 度等级 为 C20 。柱顶 截面尺 寸为400 400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选择： 6 米2. 三角形屋架1） 属有檩体系：檩条采用槽钢 10，跨度

2、为 6m，跨中设一根拉条10。2） 屋架屋面做法及荷载取值（标准荷载值）永久荷载：波形石棉瓦自重0.20kN/m2檩条及拉条自重0.20kN/m2d：厚4cm0.25kN/m2e：厚4cm0.38kN/m2保温木丝板重 f：厚8cm0.50kN/m2g：厚10cm0.60kN/m2h：厚12cm 0.70kN/m2钢屋架及支撑重（0.12+0.011 跨度）kN/m2 可变荷载：屋面活荷载0.30kN/m2 1- - - 0.22 - - - 0.320word 格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。积灰荷载3 - - - 0.35 4 - - - 0.4注: 1.以上荷载值均为水平投影 2.A

3、,B 屋架的形式与尺寸见图 1kN/m212.5fBb 142623700235x2556dc5428542823003437852e2614k34377044a1503437h343711850j120004976m图 13. 钢屋架制作及安装条件1. 钢屋架运送单元和支撑杆件均在金属加工厂制作，工地安装，采用手工焊接。2. 预先划分钢屋架的运送单元，以便确定屋架拼接节点的位置。一般梯形屋架为两个运送单元，三角形屋架可分为三个运送单元。如图 2图 2 3.钢屋架与支撑杆件的连接采用普通螺栓。4. 构件最大运输长度为 16m，运输高度为 3.85m。5. 上下弦杆为连续杆件，角钢最大长度为 1

4、9m。四、课程设计要求1. 计算书完成计算书一份，内容包括： 1.选题：柱距 6 米屋架形式（AC）荷载取值（恒载，活载） 2.选择钢材3. 选择焊接方法及焊条型号4. 绘制屋盖体系支撑布置图5. 荷载计算及各杆内力组合6. 杆件截面设计（由教师具体指定计算要求）7. 屋架节点设计2. 施工图1. 绘制与屋架支撑相连接的钢屋架施工图一张2. 图纸规格：1 号图纸（594mm 841mm）3. 图面内容：1 屋架索引图（习惯画在图面左上角）比例尺取 1：1501：5002 屋架正面图（画对称的半榀）轴线比例尺：1：20 或 1：303 上下弦俯视图杆件比例尺：1：10 或 1：154 必要的剖面

5、（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）5 屋架支座详图及零件详图6 施工说明7 材料表（可附在计算书中）8 标题栏（写明：题目、指导老师、姓名、班级、日期。） 4.作图要求：采用铅笔或者计算机绘图；图面布置合理；文字规范；线条清楚，符合制图标准；达到施工图要求。5.设计完成后，图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订后一起上交。五.设计时间内力计算及荷载组合2天截面及节点设计3 天绘制施工图4 天计算书整理与施工图修正1 天六.主要参考资料1. 钢结构设计规范2. 工业与民用建筑荷载规范3. 标准图集梯形钢屋架 G5114. 钢结构设计手册中国建筑工业出版社5. 钢结构陈绍番主编，中国建筑工业

6、出版社Bd2B:积灰荷载0.26 KN / m钢 结 构 课 程 设 计 计 算 书厂房总长度 120m，檐口高度 15m。厂房为单层单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为 C20。柱顶截面尺寸为 400 400mm。钢屋架设计不考虑抗震设防。厂房柱距选择： 6m。雪荷载为 0.35 KN/m21、屋架尺寸和檩条，支撑布置（1） 屋架尺寸屋架计算跨度： l =l - 300 = 24000 - 300 = 23700mm0屋面倾角： a = acr tan (1/ 2.5)= 21 48,sin a = 0.3714 ,cos a = 0.92

7、85屋架跨中高度： h = 23700（/ 2 2.50）= 4740mm上弦长度： L = l0/ 2cosa = 23700 / (2 0.9285) = 12763mm节间长度： a= 12763 / 6 = 2127mm节间水平投影长度： a = acosa = 2127 0.9285 = 1975mm12.5fb 1426237030025x2556dc5428542823003437852e2614k34377044a1503437h343711850120004976jm屋架几何尺寸（单位：mm）（2） 檩条和支撑的布置根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节上(见下图)

8、，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条 10。根据厂房总长度 120m，跨度24m，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，并在上弦及下弦各设三道系杆。上弦因有檩条亦可不设系杆，如图所示：2、桁架设计（一）荷载计算屋面坡度a = 21 4825 ，雪荷载按不均匀分布最不sk= 1.25 0.3=0.375（kn / m2）雪荷载与活荷载不同时考虑，取较大值，俺雪荷载计算。作用在檩条上的均不线荷载为永久荷载：（坡面）波形石棉瓦： 0.20 0.709 = 0.14 kn / m保温木丝板： 0.25 0.709 = 0.18 kn / m檩条及拉条：

9、0.20kn / m合计gk= 0.52kn / m雪荷载重qk1檩条均布荷载设计值：= 0.375 0.709 cos a = 0.2（4kn / m）(g+ q1x1x(g+ q1 y1 y) = (g1) = (g1+ q )sin a = 0.96 0.3714 = 0.357kn / m1+ q ) cos a = 0.96 0.9285 = 0.891kn / m1因檩条沿节间布置，先将檩条作为桁架集中荷载计算，再按经验公式计算桁架和支撑自重，最后折算为桁架上弦节点荷载。因为屋面坡度较小，风荷载为吸力，可不考虑风荷载和积灰荷载影响。檩条作用在桁架上弦的集中力Q = (g1+ q )

10、 6 = 0.96 6 = 5.76kn1桁架和支撑自重，按轻屋盖估算g2节点荷载设计值= b l = 0.01 23.7 = 0.237kn / m2P = 3Q + g2 a 6 = 3 5.76 + 0.237 1.975 6 = 20.088kn（二）桁架杆件内力计算三角形桁架在半跨雪荷载作用下，腹杆内力不变号，故只需按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据建筑结构静力计算手册，对于十二节间桁架，n = 23700 / 4750 = 5 ，先查得杆件内力系数，再乘以节点荷载P = 20.088kn ，即可得出杆件内力如图。最不利内力组合设计值见下表杆件名称杆件内力系数内力设

11、计值AB14.81P = 20.088kn （kN）297.50上BC13.66274.40CD14.07282.64弦DE13.70275.21EF12.75256.12下AH+13.75+276.21HJ+11.25+225.99弦JM+ 7.50+150.66CJ2.7956.05BH1.2124.31HC+2.50+50.22JK+3.75+75.33KE+6.25+125.55FM0.000上弦杆局部弯矩计算。按两跨连续梁计算M = Ql / 3 = 5.76 1.975 / 3 = 3.792(kn / m)0端节间M1= 0.8M0= 0.8 3.792 = 3.034(kn /

12、 m)中间节间及节点M2= 0.6M0= 0.6 3.792 = 2.275(kn / m)（三）杆件截面选择件称内 力 设计值 N（kN）计算长度l ox选截面l oy用面积截A面(cm 2)杆件受礼类x长细比ly容许长细比lN/jAN/An杆件编号lj或lmJn杆JKKF+75.33198.8CH+50.22先将各杆件内力设计值、几何长度列入表内，分别计算各杆件需要的截面及填板，然后填入表中。型yz上AB，BC弦CD，DE-297.50212.74172L27.6压68.4893.51500.598205.35140.4EF100杆7下AH，+276.21497.611852L12.24压

13、346315350199.38弦HJ ，+225.9975 杆JM+150.6650 5BH-24.31133.1166.4L507.8压86.4868.481500.64442.76KE+125.5594杆CJ，-56.05274.96343.72L45 6.98压杆199.25153.4435063,57腹4343.7687.42L6.98压24930635045 杆4204.4255.52L50 7.8压杆132.71051500.375169.34按弦杆最大内力297.50KN，由单壁式桁架节点板厚度选用表选出中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为 12mm。一、上弦杆。上弦杆内力

14、有：N= -297.50kn, Nabbc= -274.40kn, M1= 2.962kn m, M2= -2.222kn m该杆按压弯杆计算。验算 2L100 7 组成的 T 形截面见上表：A = 2 13.8=27.6cm2 , ix= 3.09cm2 , iy= 4.46cm2 ,W1x= 2 48.6 = 97.2cm3W= 2 18.1 = 36.2cm3 , Z2 x0= 2.71cm,gx1= 1.05,gx 2= 1.201） 强度验算。截面强度验算由负弯矩控制。N + MX297.501031.963103=+= 107.8(n / mm2 )f = 215n / mm2Ag

15、 WnXnx27.61021.2 36.21032） 弯矩作用平面内的稳定性验算。l = l/ ix0 xx= 212.7 / 3.09 = 68.8150 ，GB50017附录C 表C-2jx= 0.758 , NEx=2 EA / (1.1l 2 ) = 3.142 206 103 27.6 102 / (1.1 68.82 ) = 1077.73( kn)x按有端弯矩和横向荷载同时作用使弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为bmx按正弯矩验算：= 0.85Nb M+ m x297.501030.85 2.617 1060.8N+= 152.72(n / mm2 )f = 215n / mm

16、2 x jg W (1- 0.8N )0.758 27.61021.05 97.2103 (1- )X 1xN1077.73Ex补充验算：NA- bmx MxN f-= 29.59(n / mm2 )215n0.85 2.617 1061.2 36.2 103 (1-1.25 297.50 )1077.73297.50103 27.6 102g W (1-1.25)x 2 xNE3） 弯矩作用平面外的稳定性验算。此稳定性由负弯矩控制l= l (0.75 + 0.25N0 y12/ N ) = 2 212.7 (0.75 + 0.25 242.44 / 297.5) = 405.717(cm)1

17、l = l/ iy0 yy= 405.717 / 4.46 = 90.97150查GB50017 附表jy= 0.598,jb= 1(弯矩使翼缘受拉)。在计算长度范围内弯矩和曲率多次改变向号，为偏于安全，取btx= 0.85。+Nb Mtxx297.501030.851.963106=+= 226.34(n / mm2 )f = 215n / mm2j Aj W0.598 27.6 1021 36.2 103yb 1x4） 上弦填板的设置。一个角钢对于平行于填板的自身心轴的回转半径i = 3.09cm,40 ixx= 40 3.09 = 123.6(cm)上弦为压杆，节间长度为拉杆，整个下弦采

18、用等截面，按最大内力 NAH= +244.04kn 计算。桁架平面内力计算长度按最大节间JJ，即l0 x= 497.6cm 计算；桁架平面外计算长度因跨中有一道系杆，故l0 y= 1185cm下弦杆所需截面面积为 An= N / f = 244.04 103 / 215 = 1135(mm) = 11.35(cm2 )选用 2L75 50 5， A = 2 6.12 = 12.24(cm2 ) ，采用短肢相并， i = 1.44cm, i = 3.76cm。xy强度验算N/ A = 244.04 103 / (12.24102 ) = 199.38(n / mm2 )f = 215n / mm

19、2AH刚度验算l = l/ ix 0 xx= 497.6 /1.44 = 346350l = l/ iy 0 yy= 1185 / 3.76 = 3315350下弦填板设置。一个角钢对于平行于填板饿自身形心轴的回转半径i = 2.39cm ，拉杆按80i = 80 2.39 = 191.2cmAH、HJ 节间各设一块填板：343.7/2=171.35191.2cm JJ 节间设两块填板：497.2/3=165.73191.2cm故填板尺寸为80mm10mm 70mm。(3)中间竖腹杆JG。对于中间竖腹杆， N = 0,l = 474cm。对连接垂直支撑的桁架，采用2L56 4 组成的十字形截面

20、，imin= i= 2.18cm, 单个角钢0 xL56 4, imin= 1.11cm 。l = 0.9l = 0.9 474 = 426.6(cm)0l = l00/ imin= 426.6 / 2.18 = 196350填板设置按拉杆考虑：80imin= 40 1.11 = 88.8cm ，设置 5 块，464/6=7987.2cm,故填板尺寸为80mm10mm100mm。（4） 主斜腹板JK、KG。主斜腹板JK、KG 两杆采用相同截面，l= 343.7cm, l0 xoy= 2 343.7 = 687.4cm, 内力设计值 N = +110.93kn所需净截面面积 An= N / f

21、= 110.93 103 / 215 = 515.95(mm2 ) = 5.16cm2选用2L45 4, A = 2 3.49 = 6.98(cm2 ),ix= 1.38cm, iy= 2.24cm。考虑桁架分为两个榀单元运输，主斜腹杆需用螺栓在工地拼装，安装螺栓直径取16mm，螺栓直径取 17.5mm，则实际 An= 6.98 - 2 1.75 0.4 = 5.58cm2强度验算： N / An= 110.93 103 / (5,58 102 ) = 198.8(n / mm2 )f = 215n / mm2l = l/ ix 0 xx= 343.7 /1.38 = 249350刚度验算：

22、l= l/ i= 687.4 / 2.24 = 306350y 0 yy填板设置：按80i1= 801.38 = 110.4cm ，JK、KG 各设置 2 块，343.7/3=114.57(cm)110.41cm。填板尺寸为80mm10mm 65mm 。（5） 腹板DJN= -49.52kn, lDI0 x= 0.8l = 0.8 255.5 = 204.4cm, loy= l = 255.5cm选用2L50 4, A = 2 3.9 = 7.8(cm2 ),i = 1.54cm, i= 2.43cmxy或选用2L45 4, A = 2 3.486 = 6.972(cm2 ),ix= 1.38

23、cm,iy= 2.16cml= 204.4 /1.38 = 148.1150x若按2L45 4 计算： l= 255.5 / 2.16 = 118.3150yx按b 类截面查表得j= 0.310N= 49.52 103 / (0.31 6.972 102 ) = 229.1(n / mm2 )f = 215n / mm2j Ax故腹板DJ 截面选用2L50 4填板按40imin= 401.54=61.6(cm) ，应设 3 块垫板，因腹杆受力不大，且两端焊于节点板上，为了减少焊缝，采用 2 块填板。填板尺寸为60mm10mm 70mm。（6） 腹板BH、CH、EK、FK。4 根杆均匀为压杆，受

24、力及长度均小于DJ 杆，故可按DJ杆选用2L50 4，只采用 1 块填板。（7） 腹杆HD、DK。两者均为拉杆。N =+44.37kn，l = 343.7cm, 仍选用2L45 4 ，验算如下：N / A = 44.37 103 6.98102 = 63.57(n / mm2 )f = 215n / mm2l= l/ i= 0.8 343.7 /1.38 = 199.25350x0 xx填板设置。按80i1= 801.38 = 110.4cm ，各设 3 块，343.7/4=85.93cm110.4cm,满足要求。4、节点设计（1） 下弦中间节点J下弦中间节点用作拼接节点。由于桁架跨度为 24

25、m，超过运输界限，故将其分为 2榀小桁架。下弦中间节点J 为工地拼接节点。拼接角钢采用与下弦杆相同的截面2L75505 ，肢背处削棱切肢D = 5 + 5 + 5 = 15(mm)拼接点一侧每条焊缝长度的计算： 拉杆拼接焊缝按等强度设计，则N = Af = 12.24102 215 = 253000(N ),取hf263000= 5mm。l=+1 = 12.7(cm)w4 0.7 0.5160102拼接角钢长度l = 2 12.7 + 1 = 26.4(cm)，取270mm。下弦杆与节点板焊缝计算：下弦杆轴拉力通过节点板和拼接角钢两种连接件传递，认为节点板仅承受内力，则DN =15 Njm=

26、15133.11 = 19.97(kn), ，节点板连接焊缝受力甚小，可按构造确定。（2） 屋脊节点KG 斜腹杆与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸为hf 1所需的焊缝长度为= 5mm, hf 2= 4mm, 则肢背：lw1= 0.7 110.93103 +10 = 79.33(mm),取80mm。2 0.7 4 160肢尖：lw2= 0.3110.93103 + 8 = 45.14(mm),取50mm。2 0.7 4 160弦杆肢背与节点板的连接焊缝采用塞焊缝， 屋脊节点处檩条传来的力为P / 3 = 17.748/ 3 = 5.916(kn),此力甚小，且节点板甚长，满焊可满足要求，

27、不必计算。上弦肢尖与节点板的连接焊缝承担两侧弦杆内力差或15% N 矩。中较大值及其产生的弯max活荷载中所占比例甚小，故由半跨雪载与全部恒载在屋脊节点两侧上弦杆所产生的内力差甚小，可取15%Nmax= 0.15 229.84 = 34.48(kn)。M = 34.48e = 34.48 (10.0- 3.0) = 241.36(kn cm)按绘制的节点图可知l = 32cm,取hwf= 4mm,，则=t34.481.866(kn / cm2 )f2 0.7 0.4 33241.36 6o= 2.375(kn / cm2 )fy2 0.7 0.4 332s2 +t2fyfa2.3752 +1.

28、8662o = 3.296(kn / cm2 )= 32.92N / mm21.22fw = 1.22 160 = 195.2( N / mm2 )f拼接角钢与上弦连接焊缝长度确定，设hf229.84 103= 5mm, 则l=+ 2hw4 0.7 5160f= 112.61(mm),取115mm。拼接角钢总长度为l = lw+ 50 = 2 115 + 50 = 280mm中间竖肢杆与节点板连接焊缝，因 N = 0, 按结构取 h = 4mm, 实际长度根据绘制f施工图确定为l= 90mm。屋脊节点构造如图所示。w（3） 上弦节点D腹杆 DJ 与节点板焊缝： N = -49.52kn，取hf

29、= 4mm, 则焊缝长度为肢背lw= 0.7 49.52 103 + 8 = 46.69(mm), 取50mm。2 0.7 4 160取肢尖焊缝l= 50mm。w其余两腹杆内力均小于DJ 杆，故按构造决定肢背hf= 6mm，肢尖hf= 5mm。上弦杆与节点板焊缝。节点板尺寸如图所示，节点板缩入深度为6mm，按肢背塞焊缝承受的集中荷载Q 进行计算， hf 1= t / 2 = 10 / 2 = 5mm, 则sP4.968103= 0.74(N / mm2 )160N / mm2fb (2 0.7hflf 1 w1)1.22 2 0.7 5 790肢尖焊缝承受弦杆的内力差DN = 249.71 -

30、 243.15 = 6.15(kn) ，偏心距e = 100 - 30 = 70(mm)。因内力较小，且节点板较长，故可按构造布置焊缝，即肢尖满焊，不必计算。（4） 支座节点A桁架支承400mm 400mm的钢筋混凝土柱上，支座混凝土垫块强度等级为C20 级，便于施焊，取底板至于下弦中心线距离为 160mm,下弦截面为2L100 7。下弦杆与节点板焊缝计算：因N=+244.04kn，故AH肢背：lw1= 0.7 224.04 103 2 0.7 2 160+12 = 137(mm),取150mm。肢尖：lw2= 0.3 224.04 103 2 0.7 4 160+ 8 = 91.7(mm),

31、取90mm。上弦杆与节点板焊缝计算。N= -262.85kn, 肢背为塞焊缝，肢背、肢尖均按节点板满AB焊， h = 5mm, 焊缝长度仅考虑节点中心右边板长的焊缝长度fl = 45.5 / cos 21.80 =48(cm)w承受荷载为DN =-297.5(kn)，M = 297.5 （10-3）=2082.5(kn cm),取h = 5mmf1.5 (297.52 0.7 0.5 48)2 + (1840 62 0.7 0.5 482)2o = 128.2n / mm21.22 f w = 1.22 160 = 195.2( n / mm2 )f支座底板计算：支座反力R = 6F = 6

32、17,748 = 106.488(kn)支座底板需要的受压净面积=1 d 21 52A2 （+5 5）=2 （+5 5）=69.64(cm 2 )70cm 2 02424则所需面积为 A = A + An0= 112.09 + 70 = 182.09(cm2 )根据构造要求底板的实际净面积为25 25 - 70 = 555(cm2)A底板所受均布荷载反力为q = R / A = 106.488103 / (555103 ) = 1.92(n / mm2 )9.5n / mm2。所需底板厚度t 的计算按两相邻支承边的板计算b / a11= 88 /177 2= 0.5, 查表得b =0.058。

33、M =b qa2 = 0.058 1.92 1772 = 3489(n mm)16M / f6 3489 / 215t = 9.87(mm),取16mm。底板尺寸为250mm150mm16mm。支座加劲厚度取 10mm,焊缝取h = 6mm, 焊缝长度仅考虑与支座节点板焊缝，不考虑与上弦f的焊缝， l= 9.0 -1 = 8(cm)。w加劲肋承受的内力为V = R / 4 = 26.622(kn)M = Ve = 26.66212.5 / 2 = 166.388(kn cm)(6Mb 2 0.7h l 2)2 + (V2 0.7h lf w)2ff wo = 157.28(n / mm2 )f wf= 160n / mm2节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算：取加劲肋切口宽度为 15mm,取h = 6mm, 6 条焊缝的总计算长度为fl= 2 250 + 2 (250 -12 - 2 15) - 6 12 = 844mmwRfo=b (0.7hffl )w= 24.3(n / mm2 )160n / mm2其余节点计算略。上弦节点 D(单位:mm)上弦节点 B、C、E、F 节点支座节点支座节点(单位:mm)加劲肋与节点板的连续焊缝加劲肋的计算简图（单位：mm）