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钢结构课程设计——27m跨工业厂房普通钢屋架设计学院：土木与环境工程学院班级：姓名：学号：指导教师：北京科技大学2014年07月目录1.设计任务书........................................................11.1设计内容....................................................11.2设计目的....................................................11.3设计任务及要求...............................................12.设计计算书........................................................22.1设计资料....................................................22.2设计依据....................................................32.3屋架形式及主要尺寸确定......................................32.4支撑布置....................................................42.5屋架的内力计算..............................................52.5.1计算的基本假定.........................................52.5.2荷载计算...............................................52.5.3荷载组合...............................................62.5.4内力计算...............................................72.6杆件截面设计................................................92.6.1上弦杆.................................................92.6.2下弦杆................................................102.6.3端斜杆aB.............................................112.6.4腹杆..................................................122.5.6竖杆Hd...............................................162.7节点设计...................................................182.7.1上弦节点..............................................182.7.2屋脊节点“J”.........................................293.7.3端部支座节点“a”.....................................312.7.4下弦节点..............................................332.7.5其他节点..............................................392.8节点板计算.................................................40土木与环境工程学院土木1102班41112054柴丽娜11.设计任务书1.1设计内容27m跨工业厂房普通钢屋架设计1.2设计目的通过课程设计，进一步了工业厂房钢结构的结构型式、总体布置、受力特点和构造要求等；培养和锻炼学生综合运用钢结构材料、连接和基本构件设计原理进行钢屋架设计计算和解决实际工程问题的能力。1.3设计任务及要求(1)完成设计计算书一份，设计计算书内容应包括以下内容：①设计基本资料、设计依据②选择钢屋架的材料，并明确提出对保证项目的要求；③确定屋架形式及几何尺寸，屋架及支撑布置（SC——上弦支撑，XC——下弦支撑，CC——垂直支撑，GG——刚性系杆，LG——柔性支撑）；④进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，选择各杆件截面；⑤节点设计：设计下弦节点、上弦节点、再分式腹杆节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。⑥填板设置；⑦材料统计(2)绘制钢屋架施工图一张（A3）①屋架几何尺寸和内力简图（1:100）；②构件详图：屋架正立面图[轴线图比例1:20（1：30），节点及杆件比例1:10(1:15)]，上、下弦平面图，端部侧面图、跨中及中间部位剖面图；③零件或节点大样图（1:5）；④材料表；设计说明。所绘图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB50001—2010）》和《建筑结构制图标准（GB-T50105-2010）》的要求。22.设计计算书2.1设计资料某机械厂成品组装车间跨度为27m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN中级工作制吊车。厂房平面图、剖面图及屋架结构形式见图2-1（以长度90m为例）。图2-1厂房平面、剖面及屋架形式示意图H015033000iH02400015027000150iH0iH030000150i31.车间柱网布置：长度90m；柱距6m；跨度27m2.屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。3.屋面材料：预应力大型屋面板4.柱的混凝土强度等级为C25，屋面坡度i=1/10；5.厂房工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下标高为12.5m；采用1.5×6m预应力混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢柱上。6.屋面活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载标准值为0.45kN/m2，基本风压0.35kN/m2，基本雪压（不与活荷载同时考虑）0.45kN/m22.2设计依据1.《钢结构课程设计指导》张志国张庆芳武汉理工大学出版社2.《钢结构设计规范》（GB50017-2003），北京：中国计划出版社3.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），北京：中国建筑工业出版社4.《钢结构基本原理》何若全中国建筑工业出版社5.《房屋建筑制图统一标准》（GB50001-2010）6.《建筑结构制图标准》（GB-T50105-2010）2.3屋架形式及主要尺寸确定屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架，屋面坡度i=1/10。屋架计算宽度𝐿0=𝐿−2×0.15=27−2×0.15=26.7𝑚，中间高度取H=3350mm，在27m轴线处端部高度ℎ0=2000mm，在26.7m的两端高度为：ℎ0=2015mm。屋架跨中起拱高度按𝑓=𝐿0/500计算，取60mm。钢材选用Q235B钢，焊条为E43型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆。如图2-2所示：4图2-2屋架形式2.4支撑布置根据厂房长度（90m60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、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。屋架支撑布置见图2-3所示：图2-3(a)屋架上弦支撑布置3000450030002850150201533501507150715071507150715071507150713572850300030004500201523002600130030501525335025392622287328731890208620862248326522482035135005图2-3(b)垂直支撑1-1图2-3(c)垂直支撑2-2符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）备注：某车间所设计的屋盖无吊车、无天窗、无振动设备，不必进行有关这些的计算。2.5屋架的内力计算2.5.1计算的基本假定节点均为铰接；所有杆件的轴线均位于同一平面内，且同心交汇于节点；荷载均作用于节点。2.5.2荷载计算屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，取较大的荷载标准值进行计算，故屋面活荷载取0.7kN/m2进行计算；荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，起卸载作用，对重屋盖可不考虑。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式𝑔𝑘=0.12+0.011𝑙𝑘𝑁/𝑚2计算。荷载计算如表2-1所示：6表2-1荷载计算表荷载名称标准值（𝑘𝑁/𝑚2）设计值（𝑘𝑁/𝑚2）预应力混凝土大型屋面板(包括灌缝）1.41.4×1.35＝1.89改性沥青防水层0.40.4×1.35＝0.5420厚1:2.5水泥砂浆找平层0.40.4×1.35＝0.54150厚加气混凝土保温层0.480.48×1.35＝0.648悬挂管道0.100.10×1.35＝0.135屋架和支撑自重0.120+0.011×27=0.4170.417×1.35＝0.563永久荷载总和3.1974.316屋面活荷载0.70.7×1.4＝0.98可变荷载总和0.70.982.5.3荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：（1）第一种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：𝐹=(4.16+0.98)×1.5×6=47.664𝑘𝑁（2）第二种荷载组合：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：𝐹1=4.316×1.5×6=38.844𝑘𝑁半跨节点可变荷载：𝐹2=0.98×1.5×6=8.82𝑘𝑁（3）第三种荷载组合：全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：𝐹3=0.563×1.5×6=5.067𝑘𝑁半跨节点屋面板自重及活荷载：𝐹4=(1.89+0.98)×1.5×6=25.830𝑘𝑁备注：上述三种荷载组合，其中（1）、（2）种组合为使用阶段荷载情况，（3）7为施工阶段荷载情况。2.5.4内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如图2-4所示。用电算先解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨、右半跨）:（a）全跨永久荷载+全跨可变荷载计算简图（b）全跨永久荷载+半跨可变荷载计算简图（c）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载计算简图图2-4屋架计算简图然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果详细见表2-2：3000450030002850201526700ABCDEFGHIJabcdefg3350FFFFFFFFFF2FFFFFFFFF3000450030002850F2ABCDEFGHIJabcdefgF21F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F12F22F2FF2F2F2F2F2F2F2F2F1ABCDEFGHIJabcdefgF23F3FF3F3F3F3F3F3F3F3F32F24F4FF4F4F4F4F4F4F4F4F3F3F3F3F3F3F3F3F38表2-2屋架构件内力组合表杆件名称内力系数（F=1)内力组合值计算内力全跨①左半跨②右半跨③第一种组合Fx①第二种组合第三种组合F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③上弦AB0.000.000.000.