課程設計任務書題目：梯形鋼屋架——某工業廠房適用專業：土木工程2010級指導教師：雷宏剛、李海旺、閆亞杰、焦晉峰太原理工大學建筑與土木工程學院2013年12月一、設計題目：梯形鋼屋架二、設計資料某工業廠房，屋蓋擬采用鋼結構有檁體系，屋面板采用100mm厚彩鋼復合板（外側基板厚度0.5mm，內側基板厚度0.4mm，夾芯材料選用玻璃絲棉，屋面板自重標準值按0.20kN/m2計算），檁條采用冷彎薄壁C型鋼。屋面排水坡度見表1，有組織排水。屋架支承在鋼筋混凝土柱上，柱頂標高9.0m，柱截面尺寸為400×400mm。不考慮積灰荷載。注：屋架、檁條、拉條及支撐自重標準值可按下列數值考慮：0.30kN/m2（6.0m）0.40kN/m2（7.5m）三、設計內容及要求要求在2周內（2013.12.23～2014.1.3）完成鋼結構課程設計內容，提交設計圖紙及計算書一套。1.設計內容（1）進行屋蓋結構布置并選取計算簡圖；（2）屋架內力計算及內力組合；（3）屋架桿件設計；（4）屋架節點設計；（5）屋架施工圖。2.設計要求（1）整理設計計算書一份eq\o\ac(○,1)設計條件eq\o\ac(○,2)結構布置eq\o\ac(○,3)計算簡圖eq\o\ac(○,4)荷載選取eq\o\ac(○,5)內力計算eq\o\ac(○,6)內力組合eq\o\ac(○,7)構件設計eq\o\ac(○,8)節點設計eq\o\ac(○,9)撓度驗算（2）繪制施工圖eq\o\ac(○,1)屋蓋布置圖（圖紙編號01）：屋架平面布置圖+上、下弦支撐平面布置圖+垂直支撐布置圖；eq\o\ac(○,2)屋架施工圖（圖紙編號02）：屋架幾何尺寸、內力簡圖+屋架施工詳圖+節點、異形零件詳圖+設計說明+材料表等。表1梯形鋼屋架課程設計任務表坡度1:101:20基本雪壓（kN/㎡）基本風壓（kN/㎡）長度（m）60（柱距6m）75（柱距7.5m）72（柱距6m）90（柱距7.5m）題號跨度地點21242730212427302124273021242730北京市123456789101112131415160.400.45上海市171819202122232425262728293031320.200.55烏魯木齊333435363738394041424344454647480.750.60成都市495051525354555657585960616263640.100.25南京市656667686970717273747576777879800.650.40哈爾濱818283848586878889909192939495960.450.45太原市9798991001011021031041051061071081091101111120.350.40運城市1131141151161171181191201211221231241251261271280.250.45長治市1291301311321331341351361371381391401411421431440.300.45呂梁市1451461471481491501511521531541551561571581591600.150.40四、參考資料（1）鋼結構設計基本原理，HYPERLINK"/search/search.asp?key1=%C0%D7%BA%EA%B8%D5"雷宏剛，HYPERLINK"/search/search.asp?key1=%BF%C6%D1%A7%B3%F6%B0%E6%C9%E7"科學出版社（2）鋼結構設計，黃呈偉、李海旺等，HYPERLINK"/search/search.asp?key1=%BF%C6%D1%A7%B3%F6%B0%E6%C9%E7"科學出版社（3）建筑結構荷載規范，GB50009-2012（4）鋼結構設計手冊（上冊）第三版，HYPERLINK"/view/494713.htm"中國建筑工業出版社（5）輕型屋面梯形鋼屋架，中國建筑標準設計研究院（6）鋼結構設計規范，GB50017-2003（7）土木工程專業—鋼結構課程設計指南，周俐俐等，中國水利水電出版社課程設計計算書題目：梯形鋼屋架——某工業廠房專業：土木工程班級：土木1002姓名：景天雨學號：2010001529指導教師：焦晉峰太原理工大學建筑與土木工程學院2013年12月梯形鋼屋架計算書設計資料（題號45）某工業廠房（烏魯木齊）：梯形鋼屋架跨度為21m，長度90m，柱距7.5m，屋蓋擬采用鋼結構有檁體系，屋面板采用100mm厚彩鋼復合板（外側基板厚度0.5mm，內側基板厚度0.4mm，夾芯材料選用玻璃絲棉，屋面板自重標準值按0.20kN/m2計算），檁條采用冷彎薄壁C型鋼。屋面排水坡度，有組織排水。屋架支承在鋼筋混凝土柱上，柱頂標高9.0m，柱截面尺寸為400×400mm。不考慮灰荷載。屋架、檁條、拉條及支撐自重標準值按0.40計算。基本雪壓取0.75，基本風壓取0.60。屋架計算跨度：跨中及端部高度：采用平坡梯形屋架，取屋架在21m軸線處的端部高度，屋架中間的高度,則屋架在20.7m處，兩端的高度為。結構形式與布置屋架形勢及幾何尺寸如圖1所示根據廠房長度（90m>60m）、跨度及荷載情況，設置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，該水平支撐的規格和中間柱間支撐的規格有所不同。在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩定，在柱間下弦平面的跨中及端部設置了柔性系桿，以傳遞山墻風荷載，在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設置一道×垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖2所示。桁架上弦支撐布置圖桁架下弦支撐布置圖垂直支撐1—1垂直支撐2—2梯形鋼屋架支撐布置圖SC—上弦支撐；XC—下弦支撐：CC—垂直支撐；GG—剛性系桿；LG—柔性系桿荷載計算屋面荷載與雪荷載不會同時出現，計算時取最大的荷載標準值進行計算。故取雪荷載0.75進行計算。荷載計算表荷載名稱標準值（）設計值（）彩鋼復合板（1000mm）0.2屋架、檁條、拉條條及支撐自重重0.4管道荷載0.1永久荷載總和0.70.84雪荷載0.75可變荷載總和0.751.05設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合。1.全跨永久荷載＋全跨可變荷載全跨節點永久荷載及可變荷載：2.全跨永久荷載＋半跨可變荷載：全跨節點永久荷載：半跨節點可變荷載全跨屋架（包括支撐）自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面雪荷載全跨節點屋架自重半跨節點屋面板自重及雪荷載桿件名稱內力系數（F=11）第一種組

合F×第二種組合第三種組合計算桿件

內力（kkN）全跨

左半跨

右半跨

F1×＋FF2×F1×＋FF2×F3×＋FF4×F3×＋FF4×上弦AB000000000BC-7.75-5.83-2.69-192.25-165.79-122.51-147.53-94.37-192.25CD-7.75-5.83-2.69-192.25-165.79-122.51-147.53-94.37-192.25DE-11.66-8.04-5.09-289.24-239.35-198.70-209.58-159.64-289.24EF-11.66-8.04-5.09-289.24-239.35-198.70-209.58-159.64-289.24FG-12.24-7.15-7.15-303.63-233.48-233.48-198.17-198.17-303.63下弦ab4.433.431.40109.8996.1168.1385.9851.61109.89bc10.167.363.93252.03213.44166.17188.62130.55252.03cd12.317.936.15305.36245.00220.47211.82181.68305.36斜腹桿aB-7.06-5.47-2.23-175.13-153.22-108.57-137.09-82.23-175.13Bb5.283.822.06130.98110.8686.6097.9468.14130.98bD-3.94-2.50-2.03-97.74-77.89-71.41-67.15-59.19-97.74Dc2.431.091.8860.2841.8152.7033.7647.1460.28cF-1.130.17-1.83-28.03-10.12-37.68-4.24-38.10-38.10Fd-0.14-1.351.70-3.47-20.1521.88-23.7427.9027.9011

-23..739豎桿aA-0.50-0.500.00-12.40-12.40-5.51-11.62-3.15-12.40bC-1.00-1.000.00-24.81-24.81-11.03-23.23-6.30-24.81cE-1.00-1.000.00-24.81-24.81-11.03-23.23-6.30-24.81dG0.22-0.29-0.295.46-1.57-1.57-3.52-3.525.4577

-3..524桿件設計1.上弦桿整個上弦采用等截面，按FG桿件的最大設計內力設計，即上弦桿計算長度在屋架平面內：為節間軸線長度，即在屋架平面外，本屋架為有檁體系，且認為檁條與支撐的交叉點不連接，根據布置和內力情況，取為支撐之間的距離，即根據屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，，短肢相拼，如圖所示腹桿最大內力，查表2.8，節點板，支座節點板厚度假定，查Q235鋼的穩定系數表，可得（由雙角鋼組成的T形和十字形截面屬于b類），則需要的截面積為：需要的回轉半徑：根據需要A,，查角鋼規格表，選用2∟，肢背距離8mm，則：，，則按所選角鋼進行驗算：滿足長細比的要求。由于，只需要求。查表，則故所選截面合適。2.下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內力所在的桿件計算。，（因跨中有通長系桿），所需截面積為選用2∟，因為，故用不等肢角鋼，短肢相并，肢背間距8mm，如圖所示，，，端斜桿aB桿件軸力：計算長度：因為，故采用不等等肢角鋼，長長肢相并，使使。選用2∟，肢背間距8mm，則，，因為，只需求，查查表得，則截面合適。4.斜腹腹桿Fd最大拉力最大壓力力計算長度度在屋架平平面內在屋架平面外選用2∟，肢背間距8mmm，查角鋼規規格表得，，因為，只需求，查查表得，則拉應力：5.豎桿cE，由于桿件內力較小小，按選擇，需需要的回轉半半徑為查型鋼表，選截面面的和較上述計算算的和略大些。選選用2∟，肢背間距8mm，其幾何尺尺寸為，，因為，只需求，查查表得，則其余各桿件的截面面選擇計算過過程不再一一一列出，現將將計算結果列列于表屋架桿件截截面選擇表桿件

編號內力

（kN）計算長度（cm）截面規格截面面積

（mm）回轉半徑（cm）長細比容許長

細比穩定系數計算應力

FG-303.63175.2525.6┰110x70x8827.81.985.3488.598.41500.565193.31cd305.363501035┰70x45x715.321.253.53280293.2350199.32Aa-12.4199.75199.75┰50x47.81.542.35129.7851500.38841aB-175.13267.2267.2┰90x56x719.662.862.3493.4114.21500.469189.93Bb130.98213.8267.2┰56x48.781.732.59123.6103.2350149.18Cb-24.81173.2216.5┰50x47.81.542.35112.592.11500.47866.54bD-97.74228.16285.2┰70x44104.790.81500.525167.12Dc60.28228.16285.2┰50x47.81.542.35148.2121.435077.28cE-24.81187.2234┰50x47.81.542.35121.699.61500.42874.32cF-38.1239.44299.3┰56x48.781.732.59138.4115.61500.351123.63Fd-23.739239.44299.3┰56x48.781.732.59138.4115.61500.35177.03Gd-3.524201.2251.5┰50x390.4112.31500.4799.4節點設計1.下弦節點b各桿件的內力由表表查得。設計計步驟：由腹腹桿內力計算算腹桿與節點點板連接焊縫縫的尺寸，即即和，然后根據據的大小按比比例繪出節點點板的形狀的的尺寸，最后后驗算下弦桿桿與節點板的的連接焊縫。用E43型焊條角焊焊縫的抗拉、抗抗壓和抗剪強強度設計值。設“Bb”桿的肢背和肢尖焊焊縫，則所需需的焊縫長度度為（按等肢肢角鋼連接的的角焊縫內力力分配系數計計算）肢背：，取。肢尖：，取。設“bD”桿的肢背和肢尖焊焊縫，則所需需的焊縫長度度為肢背：，取。肢尖：，取。“Cb”桿的內力很很小，焊縫尺尺寸可按構造造確定，取。根據上面求得的焊焊縫長度，并并考慮桿件之之間應有的間間隙及制作和和裝配等誤差差，按比例繪繪出節點詳圖圖，從而確定定節點板尺寸寸為下弦與節點板連接接的焊縫長度度為，。焊縫所受受的力為左右右兩下弦桿的的內力差，受受力較大的肢肢背處的焊縫縫應力為焊縫強度滿足要求求。該節點如如圖所示。2.上上弦節點“B”“Bb”桿與節點板的焊縫縫尺寸和節點點“b”相同。“aB”桿與節點板板的焊縫尺寸寸按上述同樣樣方法計算得得設“aaB”桿的肢背和和肢尖焊縫，則則所需的焊縫縫長度為（按按等肢角鋼連連接的角焊縫縫內力分配系系數計算）肢背：，取。肢尖：，取。為了便于在上弦上上擱置屋面板板，節點板的的上邊緣可縮縮進上弦肢背背。用槽焊縫縫把上弦角鋼鋼和節點板連連接起來。槽槽焊縫作為兩兩條角焊縫計計算，槽焊縫縫強度設計值值乘以0.8的折減系數數。計算時可可略去屋架上上弦坡度的影影響，而假定定集中荷載P與上弦垂直直。上弦槽焊焊縫的應力可可由下面計算算得節點板厚度上弦與節點板間焊焊縫長度為，則則上弦肢尖角焊縫的的切應力為3.屋脊節點“G”弦桿一般都采用同同號角鋼進行行拼接，為了了使拼接角鋼鋼與弦桿之間間能夠緊密結結合，并便于于施工，需將將拼接角鋼的的尖角削除，且且截去垂直肢肢的一部分寬寬度（一般為為）。拼接角角鋼的這部分分削弱，可以以靠節點板來來補償，接頭頭一邊的焊縫縫長度按弦桿桿內力計算設拼接角鋼與受壓壓弦桿之間的的角焊縫，則則所需焊縫計計算長度為（一一條焊縫）拼接角鋼的長度弦弦桿桿端空隙隙，拼接角鋼鋼長度取上弦與節點板之間間的的槽焊縫縫，假定承受受節點荷載，驗驗算與節點“B”處槽焊縫驗驗算方法類似似，此處驗算算過程略。上上弦肢尖與節節點板的連接接焊縫，應按按上弦內力的的計算，并考考慮此力產生生的彎矩。設設肢尖焊縫，取取節點板長度度，則節點一一側弦桿焊縫縫的計算長度度為