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1、学号：20105093153钢结构课程设计学 院 土木工程学院 专 业 土木工程 年 级 2010级（1）班 姓 名 徐青敏 辅导老师 熊瑞生 2013 年7月6日一、设计题目：某市单层单跨工业厂房钢屋架设计 二、设计目的：通过课程设计，使学生熟悉钢屋盖设计的基本过程、 掌握钢屋架设计的主要内容及钢结构设计的构造规定和钢结构施工图的绘制，锻炼学生的分析、解决实际问题的能力、查阅资料的能力及综合应用能力。 三、设计资料 某市单层单跨厂房，跨度15m，长120m，柱距6m。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高12m，上柱截面300300mm，混凝土强度等级C25。厂房内有一台起重量Q=200/50
2、kN的中级工作制桥式软钩吊车，计算温度高于-20，地震设防烈度为6度。屋面材料见五（屋面荷载）。建造地点的冬季主导风向：西北风，夏季主导风向：东南风。 四、屋架的形式、几何尺寸Lih0150iABCDIbEFGHaced150h1.屋面坡度i=1/14,屋架跨度L=15m，屋架中部高度h=2.3m。2.几何尺寸：几何尺寸计算结果见表1。 五、屋面荷载标准值项 目荷载彩色复合压型钢板屋面（夹芯材料、板厚不同）（kN/m2）0.15活荷载（水平投影面）（kN/m2）0.50基本雪压（水平投影面）（kN/m2）0.45基本风压（垂直于建筑物表面）（kN/m2）0.35每根檩条自重(kg/m)17.2
3、3积灰荷载（水平投影面）（kN/m2）0.5屋架及支撑自重（水平投影面）（kN/m2）(0.120.011L)1.完成设计计算书一份： （1）设计资料. （2）确定屋架结构型式及几何尺寸. （3）拟定钢屋盖总体平面布置（包括支撑）. （4）荷载计算及荷载组合. （5）杆件内力计算，包括内力系数及杆件内力组合表.（6）钢材及连接方式的选择，杆件截面选择及验算，包括杆件截面选择表. （7）节点设计，填板设计. （8）用A4纸打印或书写工整（不能用圆珠笔或铅笔），条理清晰，装订整齐（左侧装订）.2.绘制钢屋架施工图（2号图纸12张）（1）屋架几何尺寸和内力简图.（2）构件详图：屋架正立面图（参考比例
4、：轴线1:201:30：，杆件及节点1:101:20），上、下弦平面图，端部及中间部位剖面图.（3）零件或节点大样图（参考比例：1:5或1:10）.（4）材料表.（5）设计说明。六、钢材及焊条的选择 根据结构的重要性，荷载特征，结构形式，连接方法，钢材厚度和工作环境等因素采用Q235B级钢材，要求钢材具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和冷弯性能的合格保证，同时碳、硫、磷含量符合焊接钢材的要求。焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量等级三级。七、荷载组合和内力计算1.荷载组合和内力计算：结果见表2.2.几何尺寸及内力：如图所示。五、支撑布置由于厂房长度120米，厂房内又有中级工作制桥式吊车，故需在厂房两
5、端和中间开间设置上、下弦横向水平支撑和垂直支撑。因屋架跨度L=15m30m,所以应在屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在上、下弦水平支撑节间端部设置系杆。连接横向支撑的屋架编号为WJ-1， 其余屋架为WJ-2（见支撑布置图）。六、杆件设计屋架中的杆件，除跨中央的竖腹杆采用十字形截面外，其余杆件均采用双角钢组合的T形截面。(一)、选择节点板厚由腹杆最大内力N=-105.07kN，查下册教材P85表2.13知：本屋架支座节点板厚度取8mm，其余节点板与垫板厚度取6mm。注意：在节点设计中确定焊脚尺寸hf时，hf要满足：hfmin=4.24mm(支座结点处)，或hfmin=3.67mm(其他
6、结点处)。因此所能选择的hfmin=5mm。考虑到要在角钢肢尖处施焊，所以角钢的最小厚度应为5mm。同时，考虑到屋架上、下弦杆要分别在屋脊结点和跨中央进行拼接，拼接时要用拼接角钢和弦杆角钢焊接，而拼接角钢要用安装螺栓定位，所以弦杆角钢的肢宽b不能小于45mm(见上册教材P72表3.8)。(二)、杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采用相同一截面（因本屋架的跨度L=15m，因此也可考虑改变弦杆的截面，以期达到节约的目的），由上弦的支撑布置方案知，段的受力最不利，按最大内力Nmax= NDE=-138.37kN计算，其相邻节间的内力N2=-117.4kN。上弦横向水平支撑的节间长度l1=18422=368
7、4mm。那么，屋架平面内的计算长度lox =1842mm（即节间轴线长度）；屋架平面外的计算长度：loy=l1(0.75+0.25N2/N1)=36840.75+0.25(-117.4)/(-138.37)=3544.4mm0.5l1=1842mm。因为2loxloy，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见下图yxa=6mmz0xx11z0(1)、试选截面假设设=100，查轴心受力杆件稳定系数表得=0.555。则需要的截面积138.3710/（0.555215）=11.60cm2需要的回转半径ixrl0x/=184.2/100=1.842cmiyrl0y/=354.44/100=3.544
8、4cm根据需要的Ar/25.80cm2，ixr1.84cm和iyr3.54cm，查角钢型钢表，初选2L75505：z0/mmz1/mm(A/2)/cm2ix/mmiy/mmi1/mmz0/mmg0/kg/m2L7550511.724.06.1314.336.023.9159.62注意：画施工图时及后面的节点设计时，应将z0调整为5mm的倍数，取z0=15mm。（2）、截面验算1)、强度：因上弦要和支撑用螺栓相连，因此上弦上要开栓孔，所以，弦杆截面有削弱。选用M12C级螺栓，取栓孔d0=13.5mm（注意：角钢上可开的最大栓孔可查阅上册教材P72表3.8），则净截面面积An=2(6.13-1.3
9、50.5)=10.91cm2。 n =N/An=138.3710/10.91=126.83N/mm2f=215 N/mm22)、刚度：x= lox/ix=1842/14.3=128.8=150y= loy/ iy=3544.4/36.0=98.5=150b1/t=75/5=17.90.56loy/b1=0.563544.4/75=26.5取yz=y=98.5=1503)、整体稳定性：由max=x=128.8，查表得min=0.393，则N/（minA）=138.3710/（0.39326.13）=287.2N/mm2f=215N/mm2所以，2L75505不满足要求，需重新选择截面。（3）重选
10、截面由计算结果看出，选2L75505时只有整体稳定性不满足要求，因此应加大截面积A和稳定系数（即增大回转半径ix）。所以改选2L90565：z0/mmz1/mm(A/2)/cm2ix/mmiy/mmi1/mmz0/mmg0/kg/m2L9056512.529.17.2115.943.2291511.32重新验算1）、强度：可以满足要求。2）、刚度：x= lox/ix=1842/15.9=115.8=150y= loy/ iy=3544.4/43.2=82=150b1/t=90/5=180.56loy/b1=0.563544.4/90=22.1取yz=y=82=1503）、整体稳定性：由max=
11、x=115.8，查表得min=0.459，则：N/(minA)=138.3710/（0.45927.21）=209.1N/mm2f=215N/mm2所以，2L90565满足要求，而且比较经济。（3）、填板设计填板截面尺寸：-60(56+20)6=-60766，取为-60806。填板允许最大间距：la=40i1=4029=1160mm则每个节间的填板数n=1842/1160-1=1.59-1=0.59个，取n=1，即每节间需布置1块填板。2、下弦杆整个下弦杆也采用相同一截面（因本屋架的跨度L=15m，因此也可考虑改变弦杆的截面，以期达到节约的目的），按最大内力计算N=137.5KN设计。(1)、
12、计算长度：下弦在屋架平面内的计算长度，取节间轴线长度：lox=3675mm。在屋架平面外的计算长度：loy=7350mm。(2)、试选截面下弦杆为拉杆，其截面由强度和刚度决定。容许长细比为=350。此时lox= 3675mm， loy=2lox=7350 , 宜采用两不等肢角钢相并组成倒T形截面，如图所示。yx6z0x11则需要的截面积137.510/215=6.4cm2需要的回转半径ixrl0x/=367.5/350=1.05cmiyrl0y/=735/350=2.10cm根据需要的Ar/23.20cm2，ixr1.05cm，查角钢型钢表，初选2L75455： z0/mmz1/mm(A/2)
13、/cm2ix/mmiy/mmi1/mmz0/mmg0/kg/m2L7545510.622.85.6112.834.122.3108.80 （3）、截面验算 、强度：因下弦要和支撑用螺栓相连，因此下弦上要开栓孔，所以，弦杆截面有削弱。因L75455的角钢上可开的最大栓孔为13.5mm（见上册教材P72表3.8），所以选用M12C级螺栓，取栓孔d0=13.5mm。则净截面面积An=2(5.61-1.350.5)=9.87cm2。 n=N/An=137.510/9.87=139.3N/mm2 f=215 N/mm2所以满足强度要求。、刚度：x= lox/ix=3675/12.8=287.1=350y= loy/ iy=7350/34.1=215.5=350所以，选用2L75455时，可以满足采用支撑方案的要求，且很经济。(4)填板设计填板截面尺寸：-60(45+20)6=-60656.填板允许最大间距：la=80i1=8022.3=1784mm.则每个节间的填板数n=3675/1784-1=1.06个，取n=1，即每节间需布置1块填板。3、支座斜腹杆(aB、He)和支座竖腹杆(aA、Ie)(1)、 支座斜腹杆(aB、He) N=-105.07kN，loy=lox=264
