华南理工大学钢屋架课程设计.docx

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华南理工大学钢屋架课程设计

钢屋架课程设计

姓

名

所在学院

土木与交通学院

专

业

土木工程

班

级

学

号

第一章：

设计资料

建造于广州郊区的某层单跨工业厂房，跨度

L＝24m，长度

90m，屋盖采用梯形钢屋架，柱距

6m，屋

架下弦标高为

10m，无吊车。

钢屋架两端铰接于钢筋混凝土柱上。

柱头截面为

400mm×

400m，柱的混凝土

强度等级为

C30；屋面坡度为

i=1:

10，屋盖体系采用无檩体系，屋面采用

1.5m×6.0m

预应力混凝土屋面板，

上铺

120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层。

钢材采用

Q235，应符合《碳素结构钢》（GB/T-2006）

规定的钢化学成分和机械性能。

手工焊接用的焊条应符合

GB/T5117-95

的规定,焊条采用与

Q235对应的焊

材E43型。

柱网布置如图

2.1所示，杆件容许长度比：

屋架压杆

[

]＝150屋架拉杆

[

]＝350。

第二章：

结构形式与布置

2.1柱网布置

A

0

0

0

4

2

B

500

5500

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

6000

5500

500

1

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

18

2

17

图2.1柱网布置图

2.2屋架形式及几何尺寸

由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i＝1/10。

屋

架跨度l＝24m，每端支座缩进0.15m，计算跨度l0＝l－2×0.15m＝23.7m；端部高度取H0＝2m，中部高度H

＝3.2m；起拱按f＝l0/500，取50mm，起拱后的上弦坡度为1/9.6。

配合大型屋面板尺寸（1.5×6m），采用钢屋架间距B＝6m，上弦节间尺寸1.5m。

选用屋架的杆件布置

和尺寸如施工图所示。

图2.2屋架的杆件尺寸

2.3支撑布置

由于房屋较长，在房屋两端5.5m开间及中部开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支

撑。

中间各屋架用系杆联系，上下弦各在两端和中央设3道系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚

性系杆。

0

0

0

4

2

90000

图2.3上弦平面

0

0

1104

2

2

2

90000

22

11

图2.4下弦平面与剖面

第三章：

荷载计算及杆件内力计算

3.1屋架荷载计算

表3.1

屋架荷载计算表

荷载大小

分类

荷载项目名称

（kN/m2）

三毡四油防水层

0.4

20mm厚水泥砂浆找平层

0.4

永久荷载

120mm厚加气混凝土保温层

0.72

0.05

一毡二油隔气层

预应力混凝土大屋面板（加灌缝）

1.45

屋架及支撑自重

0.384

总计

屋面活荷载

0.4

可变荷载

施工荷载（取较大值）0.7

组合系数组合值（kN/m2）

0.48

0.48

0.864

1.2

0.06

1.74

0.4608

4.0848

0.56

1.40.98

雪荷载

0.35

0.49

永久+可变

4.6448

总计

自重+屋面板+施工

3.1808

3.2屋架杆件内力系数

屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数经计算如图所示。

屋架上弦左半跨单位节点荷

载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力

系数kL、kR、k（＝kL＋kR）按图3.1所示，并已抄入表

3.2中。

图3.1

屋架内力系数图

3.3杆件内力组合

○1组合一―――全部恒、活荷载

全部恒、活荷载：

q=4.6448kN/m2，F=4.6448×1.5×6=41.8032kN，

杆件组合内力N1=41.8032kN

○2组合二―――全跨恒荷载、半跨活荷载（相应于全跨恒、活荷载减去半跨活荷载）

活荷载q=0.56kN/m2，F=0.56×1.5×6=5.04kN，

杆件组合内力N2=N1－5.04×kL,R（kN）

○3组合三―――全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载：

屋架和支撑重：

q=0.4608kN/m2

，F=0.4608×1.5×6=4.1472kN/m2，

屋面板板重：

q=1.74kN/m2，施工荷载：

q=0.98kN/m2，

F=（1.74+0.98）×1.5

×6=24.48kN，

杆件组合内力N3=4.1472k+24×.48

×kL,R（kN）

杆件内力组合见表

3.2，其中第二、三组合对个别

kL

、kR正负号的杆件计算，因为这种情况下第二、

三组合的弦杆左右节间内力差△N（设计弦杆焊缝用）将大于第一组合的△N。

表3.2屋架杆件内力组合表

杆

杆件

件编

号

AB

BD

上

弦DF

杆

FK

KH

ac

下ce

弦

杆

eg

gh

aB

Bc

cD

斜

腹De

内力系数

组合1

组合2

组合3

内力值

kl

全跨（恒+活）

全跨恒+半跨活

全跨屋架支撑+半跨活

k

r

N1=F·k

（1）

活·k

架·k

板活

·k

N

k

F

N2

F

F

N3

l,r

l,r

（2）

（1）-

（2）

（3）

（4）

（3）+（4）

0

0.00

0.00

0.00

0.00

0

0

0.00

0.00

0

0.00

0.00

0.00

0.00

-6.253

-31.52

-333.38

-153.07

-189.27

-8.729

-364.90

-36.20

-364.90

-2.476

-12.48

-352.42

-60.61

-96.81

-9.036

-45.54

-519.72

-221.20

-277.28

-13.522

-565.26

-56.08

-565.26

-4.486

-22.61

-542.65

-109.82

-165.90

-9.152

-46.13

-590.41

-224.04

-287.19

-15.227

-636.54

-63.15

-636.54

-6.075

-30.62

-605.92

-148.72

-211.87

-7.362

-37.10

-578.41

-180.22

-241.28

-14.724

-615.51

-61.06

-615.51

-7.362

-37.10

-578.41

-180.22

-241.28

3.489

17.58

180.53

85.41

105.06

4.739

198.11

19.65

198.11

1.250

6.30

191.81

30.60

50.25

7.999

40.31

441.43

195.82

243.61

11.524

481.74

47.79

481.74

3.525

17.77

463.97

86.29

134.08

9.324

46.99

564.21

228.25

288.89

14.621

611.20

60.64

611.20

5.297

26.70

584.50

129.67

190.31

8.416

42.42

590.15

206.02

268.78

15.132

632.57

62.76

632.57

6.716

33.85

598.72

164.41

227.17

-6.532

-32.92

-337.96

-159.90

-196.69

-8.872

-370.88

-36.79

-370.88

-2.34

-11.79

-359.09

-57.28

-94.07

4.667

23.52

259.86

114.25

142.36

6.779

283.38

28.11

283.38

2.112

10.64

272.74

51.70

79.81

-3.395

-17.11

-209.63

-83.11

-105.60

-5.424

-2.029

-226.74

-22.49

-226.74

-10.23

-216.51

-49.67

-72.16

3.683

1.892

153.96

9.54

144.42

15.27

46.32

61.59

杆

1.791

9.03

144.93

43.84

59.11

153.96

-0.697

-3.51

-100.41

-17.06

-27.37

eF

-2.486

-103.92

-10.31

-103.92

-1.789

-9.02

-94.90

-43.79

-54.10

-0.456

-2.30

48.33

-11.16

-6.59

-6.59

Fg

1.101

46.03

4.57

1.557

7.85

38.18

38.12

42.69

46.03

1.560

7.86

-6.27

38.19

38.35

38.35

gK

0.038

1.59

0.16

-1.522

-7.67

9.26

-37.26

-37.10

-37.10

-2.474

-12.47

-33.35

-60.56

-65.11

-65.11

Kh

-1.096

-45.82

-4.55

1.378

6.95

-52.77

33.73

29.18

29.18

Aa

-0.5

-2.52

-18.38

-12.24

-14.31

-0.5

-20.90

-2.07

-20.90

0

0.00

-20.90

0.00

-2.07

竖

Cc

-1.0

-5.04

-36.76

-24.48

-28.63

腹

-1.0

-41.80

-4.15

-41.80

0

0.00

-41.80

0.00

-4.15

杆

Ee

-1.0

-5.04

-36.76

-24.48

-28.63

-1.0

-41.80

-4.15

-41.80

0

0.00

-41.80

0.00

-4.15

Gg

-1.0

-5.04

-36.76

-24.48

-28.63

-1.0

-41.80

-4.15

-41.80

0

0.00

-41.80

0.00

-4.15

Hh

0.983

4.95

77.24

24.06

32.21

1.966

82.19

8.15

82.19

0.983

4.95

77.24

24.06

32.21

6.025

30.37

304.06

147.49

180.67

支座反力

8

334.43

33.18

334.43

1.975

9.95

324.48

48.35

81.53

第四章：

屋架杆件截面选型

由表3.2知，腹杆最大内力N＝-370.88kN，查得采用节点板厚t＝10mm，支座节点板厚度为t=12mm。

4.1杆件截面选型

（1）上弦杆。

整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算，NFK=-636.54kN，取l0x=150.8cm，l0y=301.6cm，

截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。

先假设

max=80，b类截面

＝0.688，f＝215N/mm2，

A＝N/f＝636540/（0.688

×215）＝4303.27mm2

ix

l0x/max=150.8/80=1.885cm

iy

l0y/max=301.6/80=3.77cm

查课本上册附表2-5b，选用∟140×90×10，短肢相并双角钢。

A=44.522cm2，ix=2.56cm，iy=6.77cm。

验算：

x=150.8/2.56=58.9<[]=150

y=301.6/6.77=44.5<[]=150

x=0.8135

=N/A=636540/（0.81354452×

2

2

.2）=175.7N/mm

（2）下弦杆。

整个下弦采用等截面，按下弦杆的最大内力

Ngk=632.57kN计算，l0x=300cm，l0y=1185cm。

所

需要面积An=632570/215=2942.19mm2，选用2∟80×10热轧等边角钢短肢相并，

A=30.252cm2>An=29.42cm2，

ix=2.42cm，iy=3.74cm，

验算：

x=300/2.42=123.97<[

]=350

y=1185/3.74=316.84<[

]=350

=N/A=632570/3025.2=209.1N/mm2

（3）端斜杆aB。

NaB=-370.88kN，l0x=253.9cm，先假设max=100，b类截面＝0.555，f＝215N/mm2，

A＝N/

f＝370880/（0.555×215）＝3108.15mm2

ixl0x/

max=253.9/100=2.539cm

查课本上册附表2-5b，选用∟125×80×8，长肢相并双角钢。

A=31.978cm2，ix=4.01cm，iy=3.27cm。

验算：

x=253.9/4.01=63.3<[]=150

y=253.9/3.27=77.6<[]=150

y=0.7034

=N/A=370880/（0.70343197×.8）=164.9N/mm2

（4）斜腹杆

Kh-gK。

采用相等截面形式，最大压力为

NKh=-65.11kN，最大拉力为

NgK=38.35kN，

l0x=339.9×0.8=271.9cm，先假设

max=100，b类截面

＝0.555，f＝215N/mm2，

A＝N/f＝65110/（0.555×215）＝545.65mm2

ix

l0x/max=271.9/100=2.719cm

查课本上册附表2-4b，选用∟90×6，等边角钢相并。

A=21.274cm2，ix=2.79cm，iy=4.05cm。

受压验算：

x=271.9/2.79=97.5<[]=150

y=339.9/4.05=83.9<[]=150

x=0.5715

=N/A=65110/（0.55682127×.4）=55.0N/mm2

受拉验算：

=N/A=38350/2127.4=18.0N/mm2

（5）斜腹杆cD-De-eF-Fg。

采用相等截面形式，最大压力为

NcD=-226.74kN，最大拉力为

NDe=153.96kN，

l0x=287.3×0.8=229.8cm，先假设

max=100，b类截面

＝0.555，f＝215N/mm

2，

A＝N/

f＝226740/（0.555×215）＝1900.2mm

2

ix

l0x/

max=229.8/100=2.298cm

查课本上册附表2-4b，选用∟90×6，等边角钢相并。

A=21.274cm2，ix=2.79cm，iy=4.05cm。

受压验算：

x=229.8/2.79=82.4<[]=150

y=287.3/4.05=70.9<[]=150

x=0.6722

=N/A=226740/（0.6722

2127×.4）=158.6N/mm2

受拉验算：

=N/A=153960/2127.4=72.4N/mm2

（6）竖腹杆Cc-Ee-Gg-Aa。

采用相等截面形式两等边角钢相并，

最大压力NCc=-41.8kN，l0x=230×0.8=184cm，

l0y=230cm，先假设

max=100，b类截面

＝0.555，f＝215N/mm2，

A＝N/

f＝41800/（0.555×215）＝350.3mm2

ix

l0x/max=184/100=1.84cm

iy

l0y/max=230/100=2.30cm

查课本上册附表2-5b，选用2∟63×10，等边角钢相并。

A=23.314cm2，ix=1.88cm，iy=3.07cm。

受压验算：

x=184/1.88=97.9<[]=150

y=230/3.07=74.9<[]=150

x=0.5687

=N/

A=41800/（0.56872331×.4）=31.5N/mm2

受拉验算：

=N/A=41800/2331.4=17.9N/mm2

（端竖杆Aa计算同上，采用相同截面）

（7）与竖向支撑相连的屋架竖杆

Hh。

采用∟63×5两等边角钢组合成的十字截面，

A=12.3cm2，imin=24.5cm，

最大内力为NHh=82.19kN，计算长度l0x=3230×0.8=2584mm，l0y=3230mm。

受拉验算：

max=323.0/24.5=13.2<[]=350

=N/A=82190/1230=66.8N/mm2

各杆件选型均按此法，选型见表4.1。

表4.1屋架杆件截面选型表

计算长度mm

回转半径cm

长细比

稳定系数

应力设

截面形式及规

截面

杆件

内力kN

计值

l0x

l0y

格

cm2

ix

iy

x

y

x

yN/mm2

上弦

下弦

斜杆

竖杆

FK

-636.54

1508

3016

┑┍140×90×10

44.522

2.56

6.77

58.9

44.5

0.8135

175.7

gk

632.57

3000

11850

┑┍