24m跨厂房普通钢屋架设计

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河南工程学院《钢结构》课程设计

word教育资料 24m跨厂房普通钢屋架设计

学生姓名：赵晨学号： 201310810122 学院：土木工程学院专业班级：土木工程1341班专业课程：钢结构任课教师：韩瑞芳

201 6年6月13日

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目录

一、设计资料 ................................................................. 3

1.基础资料 ............................................................... 3 2.荷载................................................................... 3 二、钢屋架设计计算 ........................................................... 4

1.材料选择 ............................................................... 4 2.屋架形式及几何尺寸 ..................................................... 4 3.支撑布置 ............................................................... 4 4. 支撑布置情况 .......................................................... 5 三、荷载和内力计算 .......................................................... 6

1.荷载计算 ............................................................... 6 2.荷载组合 ............................................................... 7 3.内力计算 ............................................................... 8 四、截面选择 ................................................................ 8

1.上弦................................................................... 8 2.下弦................................................................... 9 3.斜腹杆 ................................................................. 9 五、节点设计 ................................................................ 16

1.下弦设计 .............................................................. 16 2上弦节点“B” ......................................................... 17 3.屋脊节点K ............................................................ 18 4.支座节点“a” ......................................................... 19 六、绘制施工图 ............................................................. 21

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24m跨厂房普通钢屋架设计

一、设计资料 1.基础资料

某单跨单层厂房，跨度L=24，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架采用梯形钢桁架，铰接于混凝土柱上，上柱截面尺寸为400*400，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。屋面坡度i=1/9，雪荷载为0.3kN/m2，钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示，杆件容许长细比：屋架压杆[]=150，屋架拉杆[]=350。 2.荷载

图1 柱网布置图

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L

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（1）永久荷载（标准值）

大型屋面板 0.500.0011220.622kN/m2 防水层 0.10kN/m2

屋架及支撑自重 0.12+0.011L=0.12+0.01124=0.39kN/m2 悬挂管道 0.05kN/m2

（2）可变荷载（标准值）

屋面活荷载编号35，应选择0.58kN/m2；

雪荷载 0.30kN/m2 二、钢屋架设计计算

1.材料选择

根据荷载性质，钢材可采用Q235-BF，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。

2.屋架形式及几何尺寸

根据编组情况，编号35应选择跨度l24m,屋面坡度i1/9

因屋面采用大型屋面板，屋面坡屋i＝1／9，故宜采用梯形屋架。屋架计算跨度应取l0l21502400030023700mm

屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，当梯形屋架与柱铰接时，屋架端部高度取1.6~2.2m,本设计取1.6m,中部高度根据坡度计算得

h

12

1.62.9m 9

为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。

屋架跨中起拱L/50024000/50048mm。 3.支撑布置

根据车间长度、屋架跨度、荷载情况以及吊车设置情况，布置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，

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屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。

4.支撑布置情况

根据厂房长度（54<60m）、跨度及荷载情况，设置两道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：

图2 上弦横向水平支撑布置图

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图3 屋架下弦水平支撑布置图

图4 1-1、2-2剖面图

三、荷载和内力计算

一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆可考虑半跨组合，在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。

1.荷载计算

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大型屋面板 0.622kN/m

防水层 0.10kN/m2 屋架及支撑自重 0.39kN/m2 悬挂管道 0.05kN/m2

2

恒荷载总和 1.17kN/m2 屋面活荷载 0.58kN/m2

荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑

2.荷载组合

一般考虑全跨荷载，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，本设计在设计杆件截面时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。

节点荷载设计值：按可变荷载效应控制组合：

Fd(1.21.171.40.58)1.5619.95KN , 其中，永久荷载，荷载分项系数Q11.2 屋面活荷载，荷载分项系数Q11.4 组合系数10.7；

按永久荷载效应控制的组合：

Fd(1.351.171.40.580.7)1.5619.34KN 其中，永久荷载，荷载分项系数G1.35

组合系数 10.7

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故节点荷载取为19.95KN，支座反力为Rd8Fd159.6KN 3.内力计算

用结构力学求解器可算出全跨荷载作用下屋架杆件的内力，其内力设计值见下图：

图5 杆件内力图

四、截面选择

腹杆最大内力-199.4KN，查表7.4，选用中间节点板厚度为t=8mm,支座节

点板厚度为10mm。 1.上弦

整个上弦不改变截面，按最大内力计算： Nmax361.3KN,l0x150.9cm,l0y300.0cm 选用2L10010，A38.5cm2,ix3.05cm,iy4.52cm x

l0x150.9

49.5 ix3.05

y

l0yiy



300

66.415y0.772(b类）

4.52

双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比yz

0.58l0y0.58300b10

12.517.4，故应按照式（4.15）计算 t0.8b10

0.475b40.475104

yzy(1)66.4(1)71.9y66.4 2222

3000.8loyt 故由maxyz71.9,按b类查附表4.2，得0.7396

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N361.310322

126.9N/mmf215N/mm  2A0.739638.5010

填板每个节间放一块（满足l1范围内不少于两块） la75.4cm40i403.05122cm 2.下弦

下弦也不改变截面，按最大内力计算。 Nmax353.3KN,l0x300cm,l0y

2400

1200cm2

连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm,可不考虑螺栓孔削弱。

选用2L100806(短肢相并），A21.2cm2,ix2.40cm,iy4.62cm

300

1253502.401200 y259.7350

4.62

x

N353.310322

166.7N/mm215N/mm

A21.2102

填板每个节间放一块

l1150cm80i803.17253.6cm

3.斜腹杆

(1)杆件Ba：N199.4KN，loxloy221.3cm

选用2L10080（长肢相连），8A27.8cm2,ix2.37cm,iy3.41cm

221.3

93.41502.37221.3 y64.9150

3.41

x

0.48loy0.48221.3b28

1013.3,故按式（417）计算：t0.8b28

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1.09b41.0984

yzy(122)64.9(1)74.2y64.922

221.30.8loyt

按b类查表4.2得0.731

N199.4103

98.1N/mm2215N/mm2

2

A0.73127.810

填板放两块，la73.8cm40i402.3794.8cm(2)杆件A-a：N10.0KN，loxloy160.0cm

选用2L505,A9.60cm2,ix1.53cm,iy2.38cm

160.0

104.61501.53

160.0

y67.2150

2.38

x

查表得

N10.010322

19.8N/mm215N/mm

A0.5259.6102

填板放三块，la

160.0

40cm40i401.5361.2cm4

(3)杆件Cb,N20.0KN,lox0.8191.3153.1cm,loy191.3cm 选用2L505,A9.60cm2,ix1.53cm,iy2.38cm

153.1

100.01501.53

191.3

y80.4150

2.38

x

查表得55

20.0 103 N37.5N/mm2215N/mm2

2

A0.5559.610

153.1

填板放两块，la51.1cm40i401.5361.2cm

3

(4)杆件Bb:N139.6KN,lox0.8229.9183.9cm,loy229 .9cm

选用2L635,A12.3cm2,ix1.94cm,iy2.89cm

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183.9

94.81501.94

229.9

y79.6150

2.89

x

查表得89

N139.610322

192.7N/mm215N/mm

A0.58912.3102

填板放两块，la

183.9

61.3cm40i401.9477.6cm 3

（5）杆件C-b

N=-20.0KN，lox=0.8191.3=153.1cm，loy=191.3cm。

选用2∟505，A=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.45cm

x

l0x153.1100.0150 ix1.53

y

l0yiy



191.3

78.1150 2.45

由x100查表 0.555

N20.0103

37.6N/mm2f215N/mm2 2

A0.5559.610

填板放两块，la（6）杆件D-b

153.1

51.1cm40i401.5361.2cm 3

N=-107.1KN，lox=0.8256.3=205.1cm，loy=256.3cm。

选用2∟758，A=23.0cm2，ix=2.28cm，iy=3.42cm

x

l0x205.190.0150 ix2.28

y

l0yiy



256.1

74.9150 3.42

由x90.0查表 0.621

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N107.11032

75.0N/mm与f215N/mm。 2

A0.62123.010

填板放两块，la（7）杆件D-c

205.1

68.4cm40i402.2891.2cm 3

N=66.9KN，lox=0.8255.7=204.6cm，loy=255.7cm。

选用2∟758，A=23.0cm2，ix=2.28cm，iy=3.42cm

x

l0x204.689.4150 ix2.28

y

l0yiy



255.7

74.8150 3.42

N66.910322

29.1N/mmf215N/mm2

A23.010

填板放两块，la（8）杆件E-c

204.6

80.2cm80i802.28182.4cm 3

N=-20.0KN，lox=0.8224.2=179.4cm，loy=224.2cm。

选用2∟564，A=8.78cm2，ix=1.73cm，iy=2.74cm

x

l0x179.4103.7150 ix1.73

y

l0yiy



224.2

81.9150 2.74

由x103.7查表 0.530

N20.0103

47.2N/mm2f215N/mm2 2

A0.5308.7810

填板放三块，la（9）杆件F-c

179.4

44.9cm40i401.7369.2cm 4

N=-39.6KN，lox=0.8283.6=226.9cm，loy=283.6cm。

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选用2∟758，A=23.0cm，ix=2.28cm，iy=3.42cm

2

x

l0x226.999.5150 ix2.28

y

l0yiy



283.6

82.9150 3.42

由x99.5查表 0.558

N39.6103

30.9N/mm2f215N/mm2 2

A0.55823.010

填板放两块，la（10）杆件F-d

226.9

75.7cm40i402.2891.2cm 3

N=11.9KN，lox=0.8283.1=226.5cm，loy=283.1cm。选用2∟634，A=9.96cm2，ix=1.96cm，iy=3.02cm

x

l0x226.5115.6350 ix1.96

y

l0yiy



283.1

93.7350 3.02

N11.9103

12.0N/mm2f215N/mm2 2

A9.9610

填板放两块，la

226.5

75.5cm80i801.96156.8cm 3

（11）杆件G-d：

N=-20.0KN，lox=0.8×257.1=205.7cm，loy=257.1cm，内力较小可按选择截面。

选用2∟634，A=9.96cm2，ix=1.96cm，iy=3.02cm

x

l0x205.7116.9350 ix1.96

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y

l0yiy



257.1

85.1350 3.02

由x116.9查表 0.453

N20.0103

44.4N/mm2f215N/mm2 2

A0.4539.9610

填板放三块，la（12）杆件H-d

205.7

51.5cm40i401.9678.4cm。 4

N=11.6KN，lox=0.8312.0=245.0cm，loy=312.0

选用2∟634，A=9.96cm2，ix=1.96cm，iy=3.02cm

x

l0x245.0125.0150 ix1.96

y

l0yiy



312.0

103.3150 3.02

N11.610322

11.7N/mmf215N/mm2

A9.9610

填板放三块，la（13）杆件H-e

245

61.3cm40i401.9678.4cm 4

N=-31.8KN，lox=0.8311.4=249.1cm，loy=311.4cm

选用2∟634，A=9.96cm2，ix=1.96cm，iy=3.02cm

x

l0x249.1127.1150 ix1.96

y

l0yiy



311.4

103.2150 3.02

由x127.1查表 0.357

N31.810322

89.4N/mmf215N/mm 2

A0.3579.9610

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填板放三块，la（14）杆件I-e

249.1

62.3cm40i401.9678.4cm 4

N=55.9KN，lox=loy=0.9×2900=261.0cm，

选用2∟634，A=9.96cm2，ix=1.96cm，iy=3.02cm

x

l0x261.0133.2350 ix1.96

y

l0yiy



261

86.4350 3.02

由x133.2查表 0.332

N55.9103

169.1N/mm2<f215N/mm2 2

A0.3329.9610

填板放三块，la

号

内力/kN

261.0

65.3cm40i401.9678.4cm 4

表1 屋架杆件截面选择表

计算长度/cm 截面规格

截面面积/cm

2

回转半径/cm 容许长细比

填板数

计算应力

名称杆件编

l0x l0y ix iy

N



150 350 150 150 350 150 150 350 150 150 350 150 350 150

A

(Nmm2)

上弦下弦腹杆

HG de Aa Ba Bb Cb bD Dc Ec cF Fd Gd dH He

-361.3 353.3 -10.0 -199.4 139.6 -20.0 -107.1 66.9 -20.0 -39.6 11.9 -20.0 11.6 -31.8

150.9 300 160 221.3 183.9 153.1 205.1 204.6 179.4 226.9 226.5 205.7 245.0 249.1

300.0 1200 160 2221.3 279.9 191.3 256.3 255.7 224.2 283.6 283.1 257.1 312.0 311.4

2L100×10 2L100×80×6 2L50×5 2L100×80×8 2L63×5 2L50×5 2L75×8 2L75×8 2L56×4 2L75×8 2L63×4 2L63×4 2L63×4 2L63×4

38.5 21.2 9.60 27.8 12.3 9.60 23.00 23.00 8.78 23.00 9.96 9.96 9.96 9.96

3.05 2.40 1.53 2.37 1.94 1.53 2.28 2.28 1.73 2.28 1.96 1.96 1.96 1.96

4.52 4.62 2.38 3.41 2.89 2.38 3.42 3.42 2.74 3.42 3.02 3.02 3.02 3.02

每节间1 每节间1

3 2 2 2 2 2 3 2 2 3 3 3

126.9 166.7 19.8 187.87 192.7 37.5 74.98 30.1 43.1 31.1

11.9 38.4 11.7 79.5

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Ie

55.9

261.0

2L63×4

9.96

1.96

3.02

350

3

56.1

五、节点设计 1.下弦设计（1）下弦节点b

设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝hf8mm和6mm，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）则所需焊缝长度为

2/3139.6103

肢背lw12867.93mm,取80mm

20.78160

肢尖lw2

1/3139.610

2646.6mm,取55mm

20.76160

3

腹杆D-b的肢背肢尖焊缝的焊脚尺寸取hf18mm,hf2则所需焊缝长度：

6mm

2/3107100

2855.84mm,取70mm

20.781601/3107100

肢尖：lw22638.56mm,取55mm

20.76160

肢背：lw1

Cb杆内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf5mm

内力差NNbcNab289.8131.9157.9KN

点板长度为由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节31.5cm 角焊缝计算长度lw31.51.230.3cm,hf6mm 肢背焊缝应力为 

2/3157900

41.4N/mm2ffw160N/mm2

20.76303

节点图见下图所示：

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..

图6 下弦节点“b”

2.上弦节点“B”

“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同

NaB199.4KN

设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 hf8mm和6mm,则所需的焊缝长度为肢背：l2/31994002890.18mm,取95mm

w1

20.78160

肢尖：lw21/31994002661.5mm,取65mm

20.76160

节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm

hf11t184mmhf2

22

肢尖焊缝承担弦杆内力 225.70225.7KN差N 肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q19.95KN

上弦与节点板间焊缝长度为330mm,则 f f （

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2/3225700

83.5N/mm2

20.74(3308)

19950

11.1N/mm2

20.74(3308)

f2211.12

）f()83.5283.99MPa160MPa

f1.22

..

节点如下图所示：

图 7 上弦节点“B”

3.屋脊节点K

拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L10010，弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度，一般为（设hf8mm）

thf5mm108523mm取30mm

拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度为： lw

N361300

404mm

0.7hfftw0.78160

共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度： lw

404

28117mm,取120mm 4

拼接角钢总长度为： l212028256mm

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..

取拼接角钢长度为300mm。

上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15％计算 N361.30.1554.2KN

偏心距e=100-30=70mm,设肢尖焊缝焊脚高度hf26mm，取节点板长度为400mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为

lw(300/2826)130mm

f

0.15361300

29.33MPa

20.76220

60.1536130070f55.99MPa160MPa

20.762202

（

f2255.992

）f()29.33254.47MPa160MPa

f1.22

屋脊节点“I”如下图所示：

图8 屋脊节点“I”

4.支座节点“a” （1）底板计算

支反力 Rd159.6KN,混凝土强度C20，fc9.6N/mm2 所需底板净面积： An

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159600

16625mm2166.25cm2 9.6

..

锚杆直径取d=25mm,锚栓孔直径为50mm,则所需底板毛面积：

3.14522

AAA166.25245225.9cmn0 4

按构造要求采用底板面积为:

22

ab2020400cm225.9cm

垫板采用10010020，孔径26mm，实际底板净面积为

3.1452

An400245340.4cm2

4

底板实际应力：

159.61032

q4.69N/mm2 340.410

0.81.0

a1101013.5cm

22

22

b19.5 b1

a1



9.4

6.62cm 13.5

6.62

0.5,查表4.8得0.056,则 13.5

Mqa20.0564.6913524787N/mm 则所需底板厚度： t

6M64787

11.84cm,又t16mm,取t18mm f205

底板尺寸为20020018 （2）加劲肋与底板连接焊缝计算

一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为

V

R159.6

39.9KN，44

MVe39.94.75190.0KNcm，加劲肋高度与支座节点板高度相同，厚度取与中间节点板相同（即-395×100×8）。采用hf=6mm，验算焊缝应力

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..

39.9103

12.41N/mm2 对V： f

20.76395126190104

9.25N/mm2 对M： f2

20.7639512

ff2

9.252

f12.41214.54N/mm2ffw160M/mm2 1.22

2

(3)节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算取hf=8mm，实际焊缝总长度：

l

焊缝设计应力：

w

2(2082)120.862.4cm

159.6103

f45.7fffw1.22160195.2N/mm2

0.78624

图8 支座节点“a”

六、绘制施工图

施工图应严格按照相关制图标准绘制，见所附图纸1

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..

参考文献

1 董军. 钢结构原理与设计. 北京：中国建筑工业出版社，2008 2 钢结构设计规范（GB50017—2003）. 北京：中国计划出版社，2003 3 建筑结构荷载规范．北京：中国建筑工业出版社

4 房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001—2001）. 北京：中国计划出版社，2002． 5 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001）．北京：中国计划出版社，2002． 6 钢结构设计手册（上册）（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2004

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本文来源：https://www.wddqw.com/doc/f6900da8cf22bcd126fff705cc17552707225ef0.html

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