钢结构课程设计某厂房 24m90m 钢屋架设计 学 院 建筑工程系 课程名称 钢结构课程设计 专 业 土木工程 学 号 姓 名 指导教师 2016 年 1 月 8 日 任 务 书 一、 设计题目 焊接梯形钢屋架设计 二、 目的 通过钢结构课程设计，掌握屋盖系统结构布置和进行构件编号的方法。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、杆件截面设计和节点设计。培养学生 解决实际问题的能力。 三、 设计资料 1.广东某厂房总长度90m，跨度24m，纵向柱距6m。 2.钢筋混凝土柱，柱的混凝土强度等级为C30，上柱截面尺寸400400，梯形钢屋架支 撑在柱顶。地区计算温度高于-20 0 C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度。 3.屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制） ，锻锤为2台 5t。 4.屋架形式、几何尺寸、屋架内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所 示。屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。 5.屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学 用Q345钢，焊条为E50型。均为手工焊。 6.屋面做法及荷载标准值： 无檩体系：采用1.56.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用） 荷 载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m 为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m 2 为单位；屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m 2水泥砂浆找平层 0.4KN/m 2保温层 0.5KN/m 2预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40KN/m 2可变荷载：屋面活荷载标准值为0.7KN/m 2 ，雪荷载标准值为 S k =0.35KN/m 2 ，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大 值；积灰荷载取0.9KN/m 2 。7.钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度 16m，运输高度为3.85m，工地有足够的起重安装条件。 屋架的形式和几何尺寸 屋架的计算跨度 l 0 是指屋架支座反力之间的距离，当屋架支撑在钢筋混凝土柱网上采用封闭 结合时，可取 m m m l l 7 . 23 15 . 0 2 24 15 . 0 2 0 屋架各杆件的几何尺寸如下图所示：1990 1350 2290 2590 2890 3190 2608 2859 3119 3370 2535 2859 3129 3396 1509 1508 150 A a c e g I B C D F G H I 1500 8=12000 1508 1508 1508 1508 1508 1508 起拱50 屋盖支撑的布置： 1. 上弦横向水平支撑 采用大型屋面板的无檩屋盖，一般只考虑大型屋面板起系杆作用。通长情况下，在屋架上弦 应设置横向水平支撑。 上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑 到上弦横向水平支撑的间距大于 60m，应在中间柱间设置横向水平支撑。 2. 下弦横向水平支撑 屋架跨度大于 18m，应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑，且沿屋架下弦 在屋架跨度方向全长布置。 3. 下弦纵向水平支撑 本案例中设有2台150/30t（中级工作制）桥式吊车，且未设置托架，因此，可不设下弦纵 向水平支撑。 4. 垂直支撑 垂直支撑应设在上、下弦横向水平支撑同一开间内的两榀屋架之间。梯形屋架跨度 L=24m 时， 可仅在跨中和两端各设置一道，共三道。 5. 系杆 屋脊节点以及屋架支座处沿厂房设置通长的刚性系杆，屋架下弦跨中通长设置一道柔性系杆。 屋架支撑的布置如下图所示：一、荷载和内力计算 1. 荷载计算： （1）屋面永久荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m 2 保温层 0.5KN/m 2 预应力混凝土屋面板（包括灌缝） 1.40KN/m 2屋架及支撑自重 q=0.12+0.011*24= 0.384 KN/m 2 (沿水平面分布) 小计 (0.4+0,4+0.5+1.4）/cos5.71 +0.384=3.097=3.1KN/m 2 (沿水平面分布) 注： （2）屋面可变荷载标准值： 屋面活荷载标准值 0.7KN/m 2 屋面雪荷载标准值 S k =0.35KN/m 2 屋面积灰荷载标准值 0.9KN/m 22 / 6 . 1 max , m KN q k 积灰荷载 屋面雪荷载） （屋面活荷载 本厂房地震设防烈度为六度，因此可不考虑竖向地震作用。 2. 荷载组合 屋架强度和稳定性计算时，应考虑一下 3种荷载组合： （1）全跨永久荷载设计值+全跨可变荷载设计值 屋架上弦节点荷载（由永久荷载效应控制的组合） KN F 777 . 51 6 5 . 1 7 . 0 6 . 1 4 . 1 1 . 3 35 . 1 ） （屋架上弦节点荷载（由可变荷载效应控制的组合） KN F 64 . 53 6 5 . 1 6 . 1 4 . 1 1 . 3 2 . 1 ） （ 即 KN F 64 . 53 1 （2）全跨永久荷载设计值+半跨可变荷载设计值 全跨永久荷载作用下节点荷载设计值 KN F 9 . 27 6 5 . 1 1 . 3 0 . 1 2 半跨可变荷载作用下节点荷载设计值 KN F 16 . 20 6 5 . 1 6 . 1 4 . 1 3 （3）全跨屋架（包括支撑）+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨屋架（包括支撑）作用下的集中荷载设计值： KN F 456 . 3 6 5 . 1 384 . 0 0 . 1 4 半跨屋面板自重及半跨屋面活荷载作用下节点荷载设计值： 由永久荷载控制的组合 KN F 184 . 23 6 5 . 1 ) 7 . 0 4 . 1 7 . 0 4 . 1 35 . 1 ( 由可变荷载控制的组合 KN F 94 . 23 6 5 . 1 ) 7 . 0 4 . 1 4 . 1 2 . 1 ( KN F 94 . 23 5 组合（1） 、 （2）为使用阶段荷载，组合（3）为是施工阶段荷载。 屋架挠度验算时，考虑一下荷载组合（4）全跨永久荷载标准值+全跨可变荷载标准值 屋架上弦节点荷载标准值（由可变荷载效应控制的组合） KN F k 3 . 42 6 5 . 1 ) 6 . 1 1 . 3 ( 6 3. 杆件的内力计算 在半跨单元节点力作用下，各杆件内力系数如下图所示： A a c e g g e c a +3.48 0.000 -6.25 -9.04 -9.17 -7.38 -6.09 -7.38 -4.49 -2.47 0.00 0.00 -6.53 -3.14 +0.71 +1.55 +1.39 +1.56 +1.80 +2.12 +4.76 +1.90 -0.45 -2.47 -1.53 -1.75 -2.03 -2.34 -1.0 -1.0 -1.0 0.00 +0.97 0.00 0.00 -0.5 +8.0 +9.34 +8.44 +5.31 +6.73 +3.53 +1.25 B C D E F G H I H G F E D C B A 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Ii 4. 杆件的内力组合内力计算 杆件内力系数 P=1 组合（2） F 2 =27.9kN，F 3 =20.16kN 组合（3） F 4 =3.46kN，F 5 =23.94kN 在左半 跨 在右半 跨 全跨 组合（1） F 1 =53.64kN 可变荷载 在左半跨 可变荷载 在右半跨 可变荷载 在左半跨 可变荷载 在右半跨 杆件 F 1 F 2 +F 3 F 2 +F 1 F 4 +F 5 F 4 +F 5 计算内力 kN AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BD -6.25 -2.47 -8.72 -467.7408 -369.288 -293.0832 -179.7962 -89.303 -467.7408 DF -9.04 -4.49 -13.53 -725.7492 -559.7334 -468.0054 -263.2314 -154.3044 -725.7492 FH -9.17 -6.09 -15.26 -818.5464 -610.6212 -548.5284 -272.3294 -198.5942 -818.5464 上 弦 杆 HI -7.38 -7.38 -14.71 -789.0444 -559.1898 -559.1898 -227.5738 -227.5738 -789.0444 ac 3.48 1.25 4.73 253.7172 202.1238 157.167 99.677 46.2908 253.7172 ce 8 3.53 11.53 618.4692 482.967 392.8518 231.4138 124.402 618.4692 eg 9.34 5.31 14.65 785.826 597.0294 515.7846 274.2886 177.8104 785.826 下 弦 杆 gi 8.44 6.73 15.17 813.7188 593.3934 558.9198 254.5418 213.6044 813.7188 斜 腹 aB -6.53 -2.34 -8.87 -475.7868 -379.1178 -294.6474 -187.0184 -86.7098 -475.7868cB 4.76 2.12 6.88 369.0432 287.9136 234.6912 137.7592 74.5576 369.0432 cD -3.14 -2.03 -5.44 -291.8016 -215.0784 -192.7008 -93.994 -67.4206 -291.8016 eD 1.9 1.8 3.7 198.468 141.534 139.518 58.288 55.894 198.468 eF 0.71 -1.75 -2.46 -131.9544 -54.3204 -103.914 8.4858