厂房钢结构18m梯形屋架设计.docx
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厂房钢结构18m梯形屋架设计
课程设计任务书
课程名称：
钢结构课程设计
实践时间：
一周
班级：
A1012
姓名：
学号：
01
指导教师：
2013年4月12日
钢结构课程设计任务书
一、题目
某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。
纵向柱距6m。
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=L/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。
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=作用下杆件的内力）如附图所示。
屋架采用的钢材、焊条为：
Q345钢，焊条为E50型。
3.屋盖结构及荷载
（1）无檩体系：
采用×预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）
荷 载：
①屋架及支撑自重：
按经验公式q=+，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；
②屋面活荷载：
施工活荷载标准值为m2，雪荷载的基本雪压标准 值为S0=m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为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m2
水泥砂浆找平层m2
保温层kN/m2（按附表取）
预应力混凝土屋面板m2
附图
（a）18米跨屋架
（b）18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸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
二、设计内容
1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置
根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直
支撑和系杆，见下图。
因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3三
种编号
（a）上弦横向水平支撑布置图
（b）屋架、下弦水平支撑布置图
1-1、2-2剖面图
2.荷载计算
三毡四油防水层kN/m2
水泥砂浆找平层m2
保温层m2
预应力混凝土屋面板m2
屋架及支撑自重+=m2
恒荷载总和m2
活荷载m2
积灰荷载m2
可变荷载总和m2
屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。
风荷载对屋面为吸力，重屋面可不考虑。
3.荷载组合
1.全跨永久荷载+全跨可变荷载
可变荷载效应控制的组合：
F=×+×+××××6=
永久荷载效应控制的组合：
F’=×+××+××××6=
故F=
2.全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨永久荷载设计值：
F1=×××6=
半跨可变荷载设计值：
F2=×+××××6=
屋架杆件内力组合表
杆件名称
杆件编号
单位内力作用时的内力系数
组合1
组合2
计算内里
全跨A
左半跨B
右半跨C
F×A
F1×A+F2×C
F1×A+F2×B
上弦
AB
BC、CD
DE、EF
FG
下弦
ac
ce
eg
441..64
斜腹杆
aB
Bc
cD
De
eF
Fg
竖杆
Aa
Cc
Ee
Gg
4.截面选择
按腹杆最大内力N=查表选用中间节点板厚度t=10mm，荷载支座节点板厚度t=12mm。
1.上弦
整个上弦不改变截面，按最大内里计算：
假定λ=60,对于双角T形钢，当绕轴失稳时属于类b截面，由附表查得
ψx=，需要的截面几何量：
A=N/ψminf=/×310）=²
ix=lox/λ=90=
iy=loy/λ=300/90=
由附表选用2L80×10,A=²,ix=,iy=
λx=lox/ix==
λy=loy/iy=300/=<[λ]=150
双角T钢型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比λyz
b/t=λyz=λy（1+⁴/loy²t²）=>λy
因截面无孔眼削弱，可不验算强度。
又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局部
稳定填板每个节间放一块（满足l1范围内不少于两块）,la=<40i=40
×=
2.下弦
下弦不改变截面，按最大内力计算：
Nmax=,lox=300cm,loy=900cm，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘
的距离约为100cm（eg节间），可不考虑螺栓孔削弱。
需要的截面几何量：
ix=lox/[λ]=300/350=
iy=loy/[λ]=1500/350=
由附表选用2L75×7，A=²,ix=,iy=
λx=lox/ix=300/=<[λ]=350
λy=loy/iy=900/=<[λ]=350
σ=N/A=mm²填板每个节间放一块，l1=150cm<80i=80×=184cm
3.斜腹杆
（1）杆件aB:
N=,lox=loy=
假设λ=80，对于双角T形钢，当绕轴失稳时属于类b截面，由附表
查得ψx=，需要的截面几何量：
A=N/ψminf=/×310）=²
ix=lox/λ=80=
iy=loy/λ=
由附表选用2L100×6,A=²,ix=,iy=
λx=lox/ix==<[λ]=150
λy=loy/iy==
双角T钢型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比λyz
b/t=λyz=×b（1+loy²×t²/⁴）/t=<λx
因截面无孔眼削弱，可不验算强度。
又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局
部稳定填板放两块,la=<40i=40×=124cm
（2）杆件Bc:
N=,lox==×=,loy=
需要的截面几何量：
ix=lox/λ=350=
iy=loy/λ=350=
由附表选用2L63×4，A=²,ix=,iy=
λx=lox/ix==<[λ]=350
λy=loy/iy==<[λ]=350
σ=N/A=mm²填板放两块，l1=<80i=80×=.
（3）杆件Ee:
N=,lox==×=,loy=。
内里较小
可按[λ]选择截面，需要的截面几何量：
ix=lox/[λ]=150=
iy=loy/[λ]=150=
由附表选用2L50×6,A=²,ix=,iy=
λx=lox/ix==<[λ]=150
λy=loy/iy==<[λ]=150
双角T钢型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比λyz
b/t=λyz=λy（1+⁴/loy²t²）=<λx
因截面无孔眼削弱，可不验算强度。
又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局
部稳定填板放四块,la=<40i=40×=
其余杆件截面选择见表，注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜
平面计算长度lo=,其他腹杆除Aa外，lox=.
物价杆件截面选用表
杆件名称
杆件号
内里设计值（kN）
计算长度（cm）
所用截面
截面积（cm²
）
计算应力（N/mm²）
容许长细比[λ]
杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝
填板数
lox
loy
上弦
FG
2L80×10
150
_____
每节间1
下弦
eg
2L75×7
350
_____
每节间1
斜腹杆
aB
2L100×6
150
6-160
4-120
2
Bc
2L63×4
350
4-170
4-90
2
cD
2L90×6
150
6-90
4-70
3
De
2L30×4
350
4-70
4-40
3
eF
2L56×8
150
6-40
4-30
4
Fg
2L56×8
150
6-40
4-30
4
竖杆
Aa
2L45×6
150
6-40
4-30
3
Cc
2L45×6
150
6-40
4-30
3
Ee
2L50×6
150
6-40
4-30
4
Gg
289×=
╇36×5
200
6-40
4-30
3
5.节点设计
（1）下弦节点设计”c”
先算腹杆与节点板的连接焊缝：
Bc杆肢背及肢尖的焊缝的焊脚尺寸取
hf1=hf2=4mm，则所需的焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：
肢背lw1=257940/（3××4×200）+2×4=,用170mm;
肢尖lw2=257940/（6××4×200）+2×4=,用90mm.
腹杆Cc和cD的杆端焊缝同理计算，其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，
内力差ΔN=Nce-Nac=.由斜腹杆焊缝决
定的节点板量得节点板长度是,角焊缝计算长度lw=采用hf=6mm,肢背焊缝应力为：
τ1=244500/（3××6×508）=mm²下线节点“c”
（2）上线节点“B”
腹板aB,Bc的杆端焊缝计算同上。
这里验算上线与节点板的连接焊缝：
节点
板缩进8mm肢背采用塞焊缝，承受节点荷载：
Q=,hf=t/2=5mm,lw1=lw2=σ=54430/（2××5×470）=mm²<βff=×200=244N/mm²
对ΔN：
τ=338120/（2××10×508）=mm²
对M：
σf=6M/（2×he×lw²）=6×/（2××10×508²）=mm²
则焊缝强度为：
√（αf/βf）²＋τf²=mm²上弦节点“B”
（3）屋脊节点“G”
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。
这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截
面2L80×10，除倒棱外，竖肢需切去Δ=t+hf+5=10+10+5=25mm,按上线坡
度热弯。
拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设hf=10mm）
∑lw=N/×ff）=
共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：
lw=4+20=
拼接角钢总长度为：
l=2lw+20=＜600mm
取拼接角钢长度为600mm.
屋脊节点“a”
（4）支座节点“a”
（5）
支座节点“a”
杆端焊缝计算从略，以下给出底板等的计算
①底板计算
支反力Rd=，混凝土强度C30，fc=mm²,所需底板净面积：
An=327180/=²=²
锚栓直径取d=25mm,锚栓孔直径为50mm,则所需底板毛面积：
A=An+Ao=+2×4×5+×5²/4=²
按构造要求采用地板面积为a×b=28×28=784cm²>²,垫板采用-100
×100×12，孔径26mm,实际底板净面积为:
An=784-2×4××5²/4=²
底板实际应力：
q==mm²
a1=√²+²=
b1=×=
b1/a1==,查表得β=，则：
M=βqa²=×ײ=·mm
所需底板厚度：
t≥√6Mmax/f=√6×205=
用t=18mm,底板尺寸为﹣280×280×18
②加劲肋与节点板连接焊缝计算
一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为V=R/4=4=,
M=Ve=×=·cm,加劲肋高度、厚度与中间节点板相同
（即-378×140×10）。
采用hf=6mm,验算焊缝应力：
对Vτf=81800/（2××6×483）=mm²
对Mσf=6×5439700/（2××6×483²）=N/mm²
√（αf/βf）²+τ²=√（）²+²=mm²
③节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用hf=8mm,实际焊缝总长度：
Σlw=2×（28+×2）-12×=
焊缝设计应力：
σf=327180/×8×936）=mm²<βfff=×200=244N/mm²
（5）下弦中央节点“g”
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。
这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同
截面2L75×7，除倒棱外，竖肢需切去Δ=t+hf+5=7+8+5=20mm,。
拼接角钢
与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设hf=8mm）
∑lw=N/×ff）=
共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：
lw=4+16=
拼接角钢总长度为：
l=2lw+16=＜600mm
取拼接角钢长度为600mm.
下弦中央节点“g”
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