徐州工程学院钢结构设计级.docx
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徐州工程学院钢结构设计级
课程设计
单层工业厂房屋盖结构
梯形钢屋架设计
学生姓名
叶闫
学院名称
土木工程学院
班级名称
10房屋建筑
（2）班
指导教师
张雷阳
2013年
1月
5日
《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》
一、设计资料
某厂房总长度为90m，跨度24m，柱距6m。
1、结构形式
梯形钢屋架，钢筋混凝土柱。
柱的混凝土强度等级为C30；屋面坡度i=L/10,L为屋面跨度；屋面结构采用1.5x1.6m预应力混凝土屋面（（1.4KN/m2，并考虑屋面板起系杆作用）；地区计算温度高于-20°,无侵蚀性介质；地震设防烈度为7度，屋架下弦杆标高为15m；厂房内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车。
2、屋架形式和荷载
屋架形式、几何尺寸及杆件系数如图所示
二、荷载标准值
1、永久荷载
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kN/m2
一毡二油隔气层0.05kN/m2
水泥砂浆找平层0.3kN/m2
预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m2
屋架及支撑自重（按经验公式q=0.12+0.11/L计算）kN/m2
悬挂管道0.15kN/m2
2、可变荷载
屋面活荷载标准值0.7kN/m2
雪荷载标准值0.35kN/m2
积灰荷载标准值kN/m2
屋面保温层及积灰荷载的取值
学号
1-5
6-10
11-15
16-20
21-25
26-30
31-35
36-40
41-45
46-50
保温层/（kN/m2）
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.65
0.55
0.5
积灰荷载/（kN/m2）
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.3
1.2
1.1
三、设计内容
在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。
1、计算书
完成计算书一份，内容包括：
1）材料选择。
2）屋架及屋盖支撑的布置。
说明屋盖支撑布置的原则，并画出屋盖上、下弦杆支撑布置图及竖向支撑布置。
3）钢屋架内力计算。
4）杆件截面设计。
在计算书中应详细写出部分杆件（上弦杆、下弦杆、端斜杆）
的设计过程，其余杆件截面的计算结果可列入截面选择表内。
5）屋架节点设计。
设计2-3个典型节点，并画出其节点构造图。
2、施工图
使用A1或A2图纸绘制钢结构屋架施工图，图面内容包括：
1）屋架单线图，比例1:
100。
要求注明杆件的几何长度和截面形式。
2）屋盖上弦或下弦支撑布置图、垂直支撑布置图，要求标出主要尺寸。
比例1:
400。
3）屋架正面施工图，轴线比例1:
20或1:
30，杆件比例1:
10或1:
15。
4）画出2-3个典型节点详图，比例1:
50，图上注明焊缝形式及焊脚尺寸，并标出主要的构件尺寸。
四、设计要求
1、设计计算书要求：
计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写。
1）按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。
2）计算过程中，必须配以相应的计算简图。
3）对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。
2、图纸绘制的要求：
布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。
《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》
一、设计资料
某厂房总长度为90m，跨度24m，柱距6m。
1、结构形式
梯形钢屋架，钢筋混凝土柱。
柱的混凝土强度等级为C30；屋面坡度i=L/10,L为屋面跨度；屋面结构采用1.5x1.6m预应力混凝土屋面（（1.4KN/m2，并考虑屋面板起系杆作用）；地区计算温度高于-20°,无侵蚀性介质；地震设防烈度为7度，屋架下弦杆标高为15m；厂房内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车。
2、屋架形式
屋架形式、几何尺寸及杆件系数如图所示
3、荷载标准值
（1）、永久荷载
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0.55kN/m2
一毡二油隔气层0.05kN/m2
水泥砂浆找平层0.3kN/m2
预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m2
屋架及支撑自重0.384kN/m2
悬挂管道0.15kN/m2
（2）、可变荷载
屋面活荷载标准值0.7kN/m2
雪荷载标准值0.35kN/m2
积灰荷载标准值1.0kN/m2
4、屋架选材
屋架采用的钢材及焊条为：
设计方案采用Q345钢，焊条为E50型。
二、支撑布置
桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。
其中考虑到厂房内有桥式吊车2台40/10T（中级工作制），布置下弦纵向水平支撑。
1.1桁架支撑布置图
符号说明：
SC上——上弦支撑；XC——下弦支撑；CC——垂直支撑;
GG——刚性系杆；LG——柔性系杆
三、荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。
沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。
标准永久荷载值：
三毡四油防水层：
1.005×0.4=0.402kN/m2
水泥砂浆找平层：
1.005×0.4=0.402kN/m2
保温层：
1.005×0.55=0.553kN/m2
一毡二油隔气层：
1.005×0.05=0.05025kN/m2
水泥砂浆找平层：
1.005×0.3=0.3015kN/m2
预应力混凝土大型屋面板：
1.005×1.4=1.407kN/m2
屋架及支撑自重：
0.12+0.011×24=0.384kN/m2
共3.95kN/m2
可变荷载标准值：
屋面活荷载标准值（大于雪荷载）：
0.7kN/m2
积灰荷载标准值：
1.0kN/m2
共1.7kN/m2
设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：
3.1、全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）
全跨节点永久荷载设计值：
F=（1.35×3.95+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×1.1）×1.5×6=65.51kN
3.2、全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载设计值：
对结构不利时：
F1.1=1.35×3.95×1.5×6=48kN（按永久荷载为主的组合）
F1.2=1.2×3.95×1.5×6=42.66kN（按可变荷载为主的组合）
对结构有利时：
F1.3=1.0×3.95×1.5×6=35.55kN
半跨节点可变荷载设计值：
F2.1=1.4×（0.7×0.7+0.9×1.0）×1.5×6=17.51KN（按永久荷载为主的组合）
F2.2=1.4×（0.7+0.9×1.0）×1.5×6=20.16KN（按可变荷载为主的组合）
3.3、全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主控制的组合）
全跨节点桁架自重设计值：
对结构不利时：
F3.1=1.2×0.384×1.5×6=4.1472kN
对结构有利时：
F3.2=1.0×0.384×1.5×6=3.456kN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
F4=（1.2×1.4+1.4×0.7）×1.5×6=23.94kN
3.1、3.2为使用阶段荷载情况，3.3为施工阶段荷载情况。
荷载组合
（1）计算简图如图4.1，荷载组合
（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3
图4.1荷载组合
（1）
图4.2荷载组合
（2）
图4.3荷载组合4.3
四、内力计算
F=1的桁架各杆件内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）已经给出。
求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表4.1。
屋架构件内力组合表
杆件名称
内力系数（F=1）
第一种组合
F×①
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力（KN）
全跨①
左半跨②
右半跨③
F1.i×①+F2.i×②
F1.i×①+F2.i×③
F3.i×①+F4×②
F3.i×①+F4×③
上
弦
AB
BC、CD
DE、EF
FG
GH、HI
0
-9.08
-14.02
-15.75
-16.29
0
-6.83
-9.96
-10.26
-10.80
0
-2.90
-5.24
-7.08
-7.08
0
-594.83
-721.92
-1031.78
-1067.16
0
0
0
0
0
-594.83
-721.92
-1031.78
-1067.16
下
弦
ab
bc
cd
de
4.94
11.97
15.14
15.12
3.80
8.77
10.35
8.52
1.47
4.12
6.18
8.52
323.62784.15
991.82
990.51
323.62
784.15
991.82
990.51
斜
腹
杆
aB
Bb
bD
Dc
cF
Fd
dR
RI
RG
-8.98
6.93
-5.45
3.68
-2.42
1.07
0.79
1.56
0.70
-6.91
5.07
-3.67
2.11
-0.90
-0.29
2.43
3.20
0.70
-2.67
2.40
-2.30
2.02
-1.96
1.75
-2.12
-2.12
0
-588.28
453.98
-357.03
241.08
-158.53
70.10
51.75
102.20
45.86
-131.92
32.19
82.69
130.91
45.86
-150.48
82.00
0.80
37.76
-29.91
-3.24
61.45
80.08
-56.96
46.33
-48.02
-45.36
-588.28
453.98
-357.03
241.08
-158.53
70.10
-3.24
82.69
-48.02
130.91
-45.36
45.86
竖
杆
Aa
Cb、Ec
Gd
HR
Ie
-0.50
-1.00
-1.50
-1.00
0
-0.50
-1.00
-1.49
-1.00
0
0
0
0
0
0
-32.76
-65.51
-98.27
-65.51
0
-30.29
-60.57
-90.86
-60.57
0
五.杆件设计
（1）上弦杆
整个上弦采用等截面，按GH,HI杆件的最大内力设计，即
上弦杆计算长度：
在屋架平面内，为节间轴线长度，即
在屋架平面外，本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。
如下图
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