钢结构屋架设计

普通钢屋架设计

--------焊接梯形钢屋架设计

－、设计资料

1、某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。

2、厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm，屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。

3、车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。 4、荷载标准值（按水平投影面计）：

（1）永久荷载： 二毡三油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/ m

水泥砂浆找平层 0.4 KN/ m2 保温层 0.5 KN/ m2

一毡二油隔气层 0.05 KN/ m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/ m2 屋架及支撑自重 0.384KN/m2

（2）可变荷载：屋面活荷载标准值 0.7 KN/ m2

荷载标准值 0.35 KN/ m2 积灰荷载标准值 1.3KN/ m2

5．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示

由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。

6、钢材Q235钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供用。

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，最大的运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。

二 、 设计内容

一）、屋盖的支撑系统布置 （1）屋架上弦支撑系统的具体布置

对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下

（2）下弦平面支撑系统布置

同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下：

1——1剖面图如下：

注：sc—屋架上弦横向水平支撑 xc—屋架下弦横向水平支撑 LG—系杆 zc—屋架上弦纵向水平支撑 cc—垂直支撑 GWJ—钢屋架 二） 荷载计算

三） 荷载组合

组合一：全跨的永久荷载+全跨可变荷载（如图a）

P=（3.7608+2.8）×1.6×5=52.4864 KN/ m2

组合二：全跨的永久荷载+半跨可变荷载（如图b）

P1=(3.7608+2.8) ×1.6×5=52.4864 KN/ m2 P2=3.7608×1.6×5=30.0864 KN/ m2

P2=0.4608×1.5×6=4.1472 KN/ m2

四) 内力计算表

内力图如下（杆件轴线长度mm）：

五）杆件截面选择和检算 1、节点板厚

最大腹板内力N=－466.60KN,查表9—1并考虑构造要求，选用节点板厚t=12mm,支座节点板厚t=14mm。 2、上弦杆

整个屋架上弦采用一种杆件截面，按上弦FG、GH的最大内力设计。 计算内力：N=-800.94KN

计算长度：

屋架平面内取节点中心间轴线长度

lox=1508mm

屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化，取

loy=3 lox=1508×3=4524mm

截面选择：

由于loy=3 lox，选用不等边角钢，短边相接。

设70,查表得0.751，需要的界面尺寸A=N/f=800940／(0.751×215)=49.60cm2。

ixlox/1508/702.15iyloy/4524/706.46

根据需要的A，ix,iy,由型钢表，选用2L180×110×10 ,其截面特性：A=56.8cm2,ix3.13,iy8.70 截面验算：

xlox/ix1508/3.1348.2

yloy/iy4524/8.7052

由y=52，查表得y0.847，所以

N/YA800940/(0.847*5680.0)166.48f215N/mm2

3、下弦杆

整个屋架下弦杆采用同一截面，按下弦杆gi得最大计算内力设计。 计算内力：

N=796.22KN=895750N 计算长度：

lox300cm,loyL/21185cm 截面选择：

A=N/f=796220/215=3703=37.03cm2,选用2L140×90×10不等边角钢，短边相连，截面特性：

A=44.6cm2,ix2.56,iy6.84 截面验算：

xlox/ix300/2.56117

yloy/iy1185/6.84173[]350

N/A796220/4460179f215N/mm2

4、端斜杆aB

计算内力： N=－466.60KN=－466600N 计算长度： loxloy2535mm253.5cm

选用长度2L140×90×10 ,长边相连，A=44.522cm2,ix4.47,iy3.81 截面验算：

xlox/ix253.5/4.4757

yloy/iy253.5/3.8167

查表得 y0.769,

N/yA466600/(0.769*4460)136f215N/mm2

5、腹杆Bc

计算内力： N=360.58KN=360580N 计算长度： 截面选择：

A=N/f=360580/215=16.77cm2 选用2L100×10,，截面特性为：

A=19.261cm2,ix3.05,iy4.06

截面验算：

lox0.8l0.82608208.64cmloyl260.8cm

xlox/ix208.64/3.0568

yloy/ix285.9/557

所以N/A360580/1926187f215N/mm2 6、腹杆cD

计算内力： N=-268.05KN=-268050N 计算长度：

lox0.82859228.72cmloy2859285.9cm

选用2L110×10,截面特性：

A=21.261cm2,ix3.38,iy5 截面验算：

xlox/ix228.72/3.3868 查表得 x0.763

yloy/iy285.9/557

所以 N/xA268050/(0.7632126.1)165f215N/mm2

竖杆Aa和Ii按构造要求，分别选用2L110×10T型截面和十字形截面，所有杆件的截面选择如下表：

六） 节点设计

设计的节点为D、C两个节点（如下图），其余节点设计类同。

钢结构课程设计 土木070341 07034135 王旭

1、下弦节点C

先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。 （1）Bc焊缝计算 N=360.58KN,

角焊缝的设计值ffw160N/mm2,由构造要求设焊缝hf=7mm,则焊缝所需长度为 肢背

'lw0.7N/(2heffw)0.7360580/(20.77160)161mm

取lw180mm

'

肢尖 lw0.3N/2heffw0.3360580/20.7716069mm 取

lw90mm （2）Dc杆焊缝计算

N=-3286.05KN ,同上设hf7mm，以下hf都取7mm。

' 肢背 lw0.7N/2heffw128mm 取 lw140mm

' 肢尖 lw0.3N/2heffw0.3286050/(20.77160)55mm 取

lw70mm （3）Cc杆件焊缝计算

N=-52.49KN, 肢背

'

lw0.752490/20.7716023mm

lw45mm

'lw0.352490/20.7716010mm

取

肢尖

lw30mm

取

（4）下弦杆焊缝验算

下弦杆与节点连接焊缝承受两相邻下弦杆内力之差。 N605.17248.26356.91KN 根据节点放样得节点板尺寸为 600×400 肢背焊缝验算：

f0.75N/20.7hflw0.75356910/(20.7760012)45.62ffw160N/mm2

其节点图如下：

2、上弦节点D

Dc杆焊缝计算与下弦节点“c”相同。 （1）De杆焊缝计算

N=194.20KN,设hf7mm，

'

0.65N肢背 lw

20.7hff

w

f

0.65194200

0.77160

81mm

取lw110mm

'

肢尖 lw0.35N20.7hfffw43mm,取lw70mm

（2）上弦杆焊缝验算

肢背处用槽焊缝连接，槽焊缝按两条焊缝计算，h'ft/212/26mm，焊缝设计强度应乘折减系数0.8。

节点板尺寸为380×310，设肢尖焊缝hf=7mm,假设集中荷载P与上弦杆垂直，忽略屋架上弦坡度影响。

第11页（共12页）

肢背焊缝验算：

'f

K1N2P/21.222

20.7h''

flw

(0.75356910)2(52.4864/2)1.22)220.76(38012)

1

103

) 86.60.8fwf128N/mm2肢尖焊缝验算：

'

(0.25356910)252.4864/21.222

f

20.77(38012)

1

103

44.17fwf160N/mm2

其节点图如下：

零件长度数量 重量(Kg) 号

截面

（mm）

正

反

每米

小计

第12页（共12页）

共计

1 2 3 4 5 6 7 L180×110×10 12030 L140×90×10 L110 ×10 L140×90×40 L100×10 L100×10 L110×10 11830 1865 2202 2334 2100 2539 2 2 4 2 4 4 4 2 2 2 52.928 34.95 16.69 34.95 15.12 15.12 16.69 636.7238 413.4585 31.12685 76.9599 35.29008 31.752 42.37591 1273.448 826.917 124.5074 153.9198 141.1603 127.008 169.5036 8 L100×10 9 L100×10 10 L110×10 11 L100×10 12 L110×10 13 L110×10 14 L110×10 15 L110×10 16 L110×10 17 L180×110×10 18 -120×12 19 －70×12 20 －70×12 21 －70×12 22 －70×12 23 －70×12

2533 4 15.12 2400 4 15.12 2819 4 16.69 2789 4 15.12 2700 4 16.69 3126 4 16.69 2990 4 16.69 3000 2 16.69 600 1 1 16.69 800 1 1 52.928 300 8 11.3 120 30 6.59 100 2 6.59 110 16 6.59 120 14 6.59 100

8

6.59

第13页（共12页）

38.29896 36.288 47.04911 42.16968 45.063 52.17294 49.9031 50.07 10.014 42.3424 3.39 0.7908 0.659 0.7249 0.7908 0.659

153.1958 145.152 188.1964 168.6787 180.252 208.6918 199.6124 100.14 10.014 42.3424 27.12 23.724 1.318 11.5984 11.0712 5.272

普通钢屋架设计

--------焊接梯形钢屋架设计

－、设计资料

1、某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。

2、厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm，屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。

3、车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。 4、荷载标准值（按水平投影面计）：

（1）永久荷载： 二毡三油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/ m

水泥砂浆找平层 0.4 KN/ m2 保温层 0.5 KN/ m2

一毡二油隔气层 0.05 KN/ m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/ m2 屋架及支撑自重 0.384KN/m2

（2）可变荷载：屋面活荷载标准值 0.7 KN/ m2

荷载标准值 0.35 KN/ m2 积灰荷载标准值 1.3KN/ m2

5．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示

由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。

6、钢材Q235钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供用。

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，最大的运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。

二 、 设计内容

一）、屋盖的支撑系统布置 （1）屋架上弦支撑系统的具体布置

对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下

（2）下弦平面支撑系统布置

同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下：

1——1剖面图如下：

注：sc—屋架上弦横向水平支撑 xc—屋架下弦横向水平支撑 LG—系杆 zc—屋架上弦纵向水平支撑 cc—垂直支撑 GWJ—钢屋架 二） 荷载计算

三） 荷载组合

组合一：全跨的永久荷载+全跨可变荷载（如图a）

P=（3.7608+2.8）×1.6×5=52.4864 KN/ m2

组合二：全跨的永久荷载+半跨可变荷载（如图b）

P1=(3.7608+2.8) ×1.6×5=52.4864 KN/ m2 P2=3.7608×1.6×5=30.0864 KN/ m2

P2=0.4608×1.5×6=4.1472 KN/ m2

四) 内力计算表

内力图如下（杆件轴线长度mm）：

五）杆件截面选择和检算 1、节点板厚

最大腹板内力N=－466.60KN,查表9—1并考虑构造要求，选用节点板厚t=12mm,支座节点板厚t=14mm。 2、上弦杆

整个屋架上弦采用一种杆件截面，按上弦FG、GH的最大内力设计。 计算内力：N=-800.94KN

计算长度：

屋架平面内取节点中心间轴线长度

lox=1508mm

屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化，取

loy=3 lox=1508×3=4524mm

截面选择：

由于loy=3 lox，选用不等边角钢，短边相接。

设70,查表得0.751，需要的界面尺寸A=N/f=800940／(0.751×215)=49.60cm2。

ixlox/1508/702.15iyloy/4524/706.46

根据需要的A，ix,iy,由型钢表，选用2L180×110×10 ,其截面特性：A=56.8cm2,ix3.13,iy8.70 截面验算：

xlox/ix1508/3.1348.2

yloy/iy4524/8.7052

由y=52，查表得y0.847，所以

N/YA800940/(0.847*5680.0)166.48f215N/mm2

3、下弦杆

整个屋架下弦杆采用同一截面，按下弦杆gi得最大计算内力设计。 计算内力：

N=796.22KN=895750N 计算长度：

lox300cm,loyL/21185cm 截面选择：

A=N/f=796220/215=3703=37.03cm2,选用2L140×90×10不等边角钢，短边相连，截面特性：

A=44.6cm2,ix2.56,iy6.84 截面验算：

xlox/ix300/2.56117

yloy/iy1185/6.84173[]350

N/A796220/4460179f215N/mm2

4、端斜杆aB

计算内力： N=－466.60KN=－466600N 计算长度： loxloy2535mm253.5cm

选用长度2L140×90×10 ,长边相连，A=44.522cm2,ix4.47,iy3.81 截面验算：

xlox/ix253.5/4.4757

yloy/iy253.5/3.8167

查表得 y0.769,

N/yA466600/(0.769*4460)136f215N/mm2

5、腹杆Bc

计算内力： N=360.58KN=360580N 计算长度： 截面选择：

A=N/f=360580/215=16.77cm2 选用2L100×10,，截面特性为：

A=19.261cm2,ix3.05,iy4.06

截面验算：

lox0.8l0.82608208.64cmloyl260.8cm

xlox/ix208.64/3.0568

yloy/ix285.9/557

所以N/A360580/1926187f215N/mm2 6、腹杆cD

计算内力： N=-268.05KN=-268050N 计算长度：

lox0.82859228.72cmloy2859285.9cm

选用2L110×10,截面特性：

A=21.261cm2,ix3.38,iy5 截面验算：

xlox/ix228.72/3.3868 查表得 x0.763

yloy/iy285.9/557

所以 N/xA268050/(0.7632126.1)165f215N/mm2

竖杆Aa和Ii按构造要求，分别选用2L110×10T型截面和十字形截面，所有杆件的截面选择如下表：

六） 节点设计

设计的节点为D、C两个节点（如下图），其余节点设计类同。

钢结构课程设计 土木070341 07034135 王旭

1、下弦节点C

先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。 （1）Bc焊缝计算 N=360.58KN,

角焊缝的设计值ffw160N/mm2,由构造要求设焊缝hf=7mm,则焊缝所需长度为 肢背

'lw0.7N/(2heffw)0.7360580/(20.77160)161mm

取lw180mm

'

肢尖 lw0.3N/2heffw0.3360580/20.7716069mm 取

lw90mm （2）Dc杆焊缝计算

N=-3286.05KN ,同上设hf7mm，以下hf都取7mm。

' 肢背 lw0.7N/2heffw128mm 取 lw140mm

' 肢尖 lw0.3N/2heffw0.3286050/(20.77160)55mm 取

lw70mm （3）Cc杆件焊缝计算

N=-52.49KN, 肢背

'

lw0.752490/20.7716023mm

lw45mm

'lw0.352490/20.7716010mm

取

肢尖

lw30mm

取

（4）下弦杆焊缝验算

下弦杆与节点连接焊缝承受两相邻下弦杆内力之差。 N605.17248.26356.91KN 根据节点放样得节点板尺寸为 600×400 肢背焊缝验算：

f0.75N/20.7hflw0.75356910/(20.7760012)45.62ffw160N/mm2

其节点图如下：

2、上弦节点D

Dc杆焊缝计算与下弦节点“c”相同。 （1）De杆焊缝计算

N=194.20KN,设hf7mm，

'

0.65N肢背 lw

20.7hff

w

f

0.65194200

0.77160

81mm

取lw110mm

'

肢尖 lw0.35N20.7hfffw43mm,取lw70mm

（2）上弦杆焊缝验算

肢背处用槽焊缝连接，槽焊缝按两条焊缝计算，h'ft/212/26mm，焊缝设计强度应乘折减系数0.8。

节点板尺寸为380×310，设肢尖焊缝hf=7mm,假设集中荷载P与上弦杆垂直，忽略屋架上弦坡度影响。

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肢背焊缝验算：

'f

K1N2P/21.222

20.7h''

flw

(0.75356910)2(52.4864/2)1.22)220.76(38012)

1

103

) 86.60.8fwf128N/mm2肢尖焊缝验算：

'

(0.25356910)252.4864/21.222

f

20.77(38012)

1

103

44.17fwf160N/mm2

其节点图如下：

零件长度数量 重量(Kg) 号

截面

（mm）

正

反

每米

小计

第12页（共12页）

共计

1 2 3 4 5 6 7 L180×110×10 12030 L140×90×10 L110 ×10 L140×90×40 L100×10 L100×10 L110×10 11830 1865 2202 2334 2100 2539 2 2 4 2 4 4 4 2 2 2 52.928 34.95 16.69 34.95 15.12 15.12 16.69 636.7238 413.4585 31.12685 76.9599 35.29008 31.752 42.37591 1273.448 826.917 124.5074 153.9198 141.1603 127.008 169.5036 8 L100×10 9 L100×10 10 L110×10 11 L100×10 12 L110×10 13 L110×10 14 L110×10 15 L110×10 16 L110×10 17 L180×110×10 18 -120×12 19 －70×12 20 －70×12 21 －70×12 22 －70×12 23 －70×12

2533 4 15.12 2400 4 15.12 2819 4 16.69 2789 4 15.12 2700 4 16.69 3126 4 16.69 2990 4 16.69 3000 2 16.69 600 1 1 16.69 800 1 1 52.928 300 8 11.3 120 30 6.59 100 2 6.59 110 16 6.59 120 14 6.59 100

8

6.59

第13页（共12页）

38.29896 36.288 47.04911 42.16968 45.063 52.17294 49.9031 50.07 10.014 42.3424 3.39 0.7908 0.659 0.7249 0.7908 0.659

153.1958 145.152 188.1964 168.6787 180.252 208.6918 199.6124 100.14 10.014 42.3424 27.12 23.724 1.318 11.5984 11.0712 5.272