轻屋面钢屋架设计课程设计

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1、2014房屋钢结构课程设计 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，积灰荷载标准值为地震设防烈度为7度。地面粗糙度类别为B类，场地类别类，重要性级别为二级，（）。5、 材料选用：（1）、屋架钢材采用规

2、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。（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,屋架计算跨度屋架端部高度取跨中高度高跨比，属于常用

3、范围之内。屋架起拱度取50mm.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、下弦处分别设一道系杆；在屋盖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。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大者计入，取屋面活荷载。由于是轻屋面，需

4、要考虑风荷载作用。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，屋面活荷载为，积灰荷载为，屋面板承受的设计荷载值为。板型选,板厚75mm,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屋面板受力表永久荷载标准值设计值屋面板和檩条自重屋架和支撑自重总和0.70.84可变荷载标准值设计值屋面活荷载积灰荷载总和1.01.4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

5、8mm圆钢。 在跨中设一道拉条的计算简图冷弯薄壁C型钢截面参数：，檩条承受的竖向荷载：屋面板和檩条自重： 可变荷载： 拉条处负弯矩拉条与支座间正弯矩强度验算：刚度验算：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（2）、全跨永久荷载+半跨可变荷载，（3）、屋架、支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载，（4）、轻屋面考虑风吸力的作用风荷载标准值-Z处的风振系数 -风压高度变化系数 -风荷载体型系数 -基本风压考虑1.0恒载+1.4活载和荷载组合，风吸力为，即为风压力，且远远小于竖向荷载组合

6、，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。全跨节点荷载左半跨节点荷载右半跨节点荷载 杆件内力组合（单位为KN），杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合杆件内力全跨左半跨右半跨+上弦杆AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000BCCD-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.

7、66-159.18-145.01-101.49-273.35FGGH-15.284-9.186-6.097-308.13-231.29-192.37-153.66-124.19-308.13HK-14.791-7.395-7.395-298.19-205.00-205.00-134.45-134.45-298.19下弦杆ac4.7423.4921.25195.6079.8551.6153.8032.4295.60ce11.5508.0173.533232.85188.23131.83126.3883.60232.885eg14.6719.3565.315295.77228.91177.8815

8、2.63114.08285.77gk15.1988.4536.745306.39221.40199.88146.30130.00306.39斜杆aB-8.874-6.533-2.340-178.90-149.40-96.57-100.66-60.66-178.90Bc6.8814.7652.116138.72112.0678.6875.1849.91138.72cD-5.438-3.405-2.033-109.63-84.01-66.73-55.98-42.89-109.63De3.7011.9031.79774.6151.9650.6234.1433.1374.61eF-2.453-0.70

9、8-1.745-49.45-27.47-40.53-17.35-27.24-49.45Fg1.117-0.4471.56422.522.8128.150.5619.7528.15gH0.0231.553-1.5290.4619.74-19.0914.91-14.4919.74 -19.09Hk-1.084-2.4691.385-22.34-39.309.26-28.248.339.26 -39.30竖杆Aa-0.500-0.5000.000-10.08-10.083.78-6.93-2.16-10.08CcEeGg-1.000-1.0000.000-20.16-20.16-7.56-13.86

10、4.32-20.16Kk1.9430.9720.97239.1726.9426.9417.6717.6739.17支座反力R862161.28四、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，上弦计算长度：平面内，平面外由腹杆最大内力为可知节点板厚度取6mm,支座节点板厚度取8mm。截面类型为b类假设，则，所需的截面面积为：，选择不等肢角钢，短肢相并，的截面系数为，.（1）强度验算：满足要求（2）刚度验算： 满足要求（3）整体稳定验算：由查表得 满足要求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

11、拉。由内力计算表知最大内力在gk节间，下弦计算长度：平面内，平面外所需的截面面积为：选择不等肢角钢，短肢相并，的截面系数为，.(1) 强度验算：满足要求（2）刚度验算： 满足要求3、斜杆截面设计1）支座斜杆aB截面设计支座斜杆受压 计算长度：平面内，平面外假设，则，所需的截面面积为：， 选择不等肢角钢，长肢相并，的截面系数为，.（1）强度验算：满足要求（2）刚度验算： 满足要求（3）整体稳定验算：由查表得 满足要求2）斜腹杆截面设计cD，支座斜杆受压 计算长度：平面内，平面外假设，则，所需的截面面积为：，选择等肢角钢，的截面系数为，.（1）强度验算：满足要求（2）刚度验算： 满足要求（3）整体

12、稳定验算：由查表得 满足要求4、竖杆截面设计1）支座竖杆Aa, 受压计算长度：平面内、平面外 ，内力较小，假设，则，所需的截面面积为：， 选择等肢角钢相并，的截面系数为，.（1）强度验算：满足要求（2）刚度验算： 满足要求（3）整体稳定验算：由查表得 满足要求2）中间竖杆cC,受压 计算长度：平面内，平面外假设，则，所需的截面面积为：，.选择等肢角钢相并，的截面系数为，.（1）强度验算：满足要求（2）刚度验算： 满足要求（3）整体稳定验算：由查表得 满足要求3)竖杆Kk选择等肢角钢组合成十字截面，的截面系数为，.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

13、等于节点板厚度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。杆件截面选择表 压杆： 拉杆：杆件内力设计值/KN几何长度/mm计算长度/mm截面形式及规格截面面积A/回转半径/mm长细比稳定系数应力设计值上弦杆AK-308.13150815083016(短肢相并)2516.817.748.285.262.60.654-187.20下弦杆ak306.39300030006000(短肢相并)1711.415.843.4189.87138.251

14、79.02斜杆aB-178.9253125312531(长肢相并)1893.423.521.2107.7110.90.488-193.62Bc138.72260420832604858.413.721.0152.0124161.60cD-109.632865229228651457.619.328.3118.8101.20.438-171.7De74.61285522842855858.413.721.0166.7136.086.92eF-49.453125250031251457.619.328.3129.5110.40.390-87.0Fg28.15311424913114858.413.

15、721.0181.9148.332.79gH19.74 -19.093391271333911457.619.328.3140.6119.80.343-38.213.5Hk9.26 -39.303380270433801457.619.328.3140.1119.40.345-78.156.35竖杆Aa-10.08200020002000858.413.721.014695.20.322-36.5Cc-20.16228518252285858.413.721.0133.4108.80.372-63.13Ee-20.162585206825851457.619.328.3107.291.30.5

16、10-27.1Gg-20.162885230828851457.619.328.3119.6101.90.439-31.5Kk39.17318528672+455858.445.63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-308.1315083016(短肢相并)31.887501272下弦杆ak306.3930006000(短肢相并)28.8415002304斜杆aB-178.925312531(长肢相并)14.04500560Bc138.72260

17、4260413.728001096cD-109.632865286519.33600772De74.612855285513.728001096eF-49.453125312519.34650772Fg28.153114311413.729001096gH19.74 -19.093391339119.34700772Hk9.26 -39.303380338019.34700772竖杆Aa-10.082000200013.73500548Cc-20.162285228513.73500548Ee-20.162585258519.33550772Gg-20.162885288519.3360072

18、0Kk39.17318528672+4558.85500704五、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。节点板杆件应有间隙的要求1、下弦节点cBc杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸取为，则肢背和肢尖的焊缝长度 取 取cD杆角钢的肢背和肢尖的焊脚尺寸为， 取 取Cc杆内力很小，可按构造选择根据求得的焊缝长度，考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配的误差，按比例绘出节点详图，得到节点板尺寸为。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两下弦杆最大

19、内力差 受力较大的肢背处焊缝应力为满足要求。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， 取 取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。上弦节点板尺寸为验算杆件与节点板的连接焊缝 满足要求3、下弦中央拼接节点k 拼接角钢采用与下弦杆相同的截面拼接角钢计算节点两侧下弦杆件内力相等， 竖向肢切去（t为角钢肢厚）节点一侧与下弦杆的每条焊缝的计算长度为焊缝的实际长度为拼接角钢所需长度为 取验算下弦杆与节点板

20、连接焊缝按计算 取 取4、屋脊节点K 拼接角钢计算拼接角钢采用与上弦杆相同截面的， 竖向肢切去（t为角钢肢厚）节点一侧与上弦杆的每条焊缝的计算长度为焊缝的实际长度为拼接角钢所需长度为 验算上弦杆与节点板连接焊缝按计算 节点板长度取120mm. e=63-15=48mm 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

21、，采用构造焊缝。6、支座节点a1）底板计算底板承受屋架的支座反力，屋架与柱铰接，柱子混凝土采用C25，则底板需要的净截面面积为螺栓直径采用 螺栓孔采用50mm.螺栓孔面积底板需要的总面积为根据底板构造要求，选取底板面积为底板承受的应力为 ，由于，所以取 取底板尺寸选为2）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。 焊缝计算长度 强度验算满足要求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 加劲肋与底板的焊脚尺寸取节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度强度验算下弦一般节点计算表节点放样焊缝c95.60232.85137.2528054.46e232.85295.7762.9228524.51g295.77306.3910.622854.14说明： 上弦一般节点计算表节点B176.222609.0896.82107.25130.78D97.1319012.4373.03110.70116.48F34.7816014.7531.0555.9055.35H9.9417013.898.3514.1514.29说明：，- 29 -