21米普通梯形钢屋架设计 毕业设计.doc

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1、目录 目录1 任务书2 论文综合评定表4 毕业设计计算书5 1.屋架形式及尺寸5 2. 屋盖支撑布置5 3. 荷载计算6 4. 内力计算8 5. 杆件设计10 5.1 上弦杆10 5.2 下弦杆11 5.3.斜腹杆12 5.4.竖杆13 6.节点设计15 6.1.下弦一般节点15 6.2.下弦中央节点16 6.3.上弦一般节点17 6.4.屋脊节点18 6.5.支座节点19 6.6.节点板设计20 7.参考文献21 8.附录 屋架施工图 1 / 21 四川职业技术学院 毕 业 设 计 务 书 毕业设计内容与要求： 一、设计内容 某厂房跨度为 21 m（学号单号取 21m，双号取 24m） ，总

2、长 90m，柱距 6m，厂房内桥式吊车为 2 台 150/30t（中级工作制） ，锻锤为 2 台 5t。地区计算 温度高于-200C，采用梯形钢屋架，1.56.0m 预应力混凝土大型屋面板，屋架 铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面 400400，混凝土强度等级为 C30，屋面坡 度为 i=1:10。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案为双号的同学用 q235 钢， 焊条为 E43 型；设计方案为单号的同学用 Q345 钢，焊条为 E50 型。 荷载标准值的选取： 1、单号的同学 （1）永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 保温层 0.7 KN

3、/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式 计算：0.351 KN/m2Lq01.2+= 悬挂管道： 0.15 KN/m2 (2)可变荷载： 屋面活荷载标准值： 2/7.mkN 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 1.3 KN/m2 屋架形式、几何尺寸如附图所示。 2、双号的同学 （1）永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.35 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.35 KN/m2 保温层 0.5 KN/m2 2 / 21 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水

4、泥砂浆找平层 0.3 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式 计算： KN/m2Lq01.2+= 悬挂管道： 0.15 KN/m2 （2）可变荷载： 屋面活荷载标准值： 2/7.mkN 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 0.7KN/m2 二、设计要求 1. 严格遵守学习纪律，主动培养自己独立思考和独立解决问题的能力。 2. 结构形式合理，选型恰当。 3. 计算方法正确，计算数据准确。 4. 计算书格式应符合标准，书写工整，文字简练，条理清楚。 5. 施工图必须符合制图标准，能正确、准确表达设计意图，图面布置协调、 清楚、整洁。 6

5、.设计资料 （1）电子文档：封面、目录、设计任务书、综合评定表、计算书、参考文 献。 （2）按规定要求折叠的工程图纸。 7. 设计内容 （1）屋架形式及几何尺寸图 （2）节点连接详图（A3 图纸） （3）屋架施工详图（A2 图纸） （4）屋盖支撑布置图（A3 图纸） （5）计算书一份。 毕业设计综合评定表 3 / 21 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 指导教师(签名) 年 月 日 答辩小组对毕业设计（论文）的答辩评语： 总评成绩： 答辩小组负责人（签名） 年 月 日 4 / 21 计算书 1 屋架形式及尺寸 本设计为无檩屋盖方案，采用预应力混凝土大型屋面板，梯形屋架，坡度 为 i=1:10

6、，屋架计算跨度： L0=L-300=21000-300=20700mm 屋架在 21m 轴线处的端部高度取：H0=1990mm 跨中高度取：H=H0+1/2iL=1990+1/2*(0.1*24000)=3040mm 屋架的高跨比：H/L=3040/21000=1/6.9 几何尺寸及编号如图所示： 1990 1350 2290 2590 2890 30402613 2864 31242530 2864 3124 390 1507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5 150 A a c e g h B C D F G H 15007=10500 2 屋盖支

7、撑布置 根据厂房长度（90m60m） 。跨度及荷载情况，屋架支撑做如下设置。 (1)上、下弦横向水平支撑；均匀设置厂房两端，第二柱间及中间柱间共设 三道。 (2)竖向支撑：在设置上、下弦横向水平支撑的柱间，子屋架跨中和两端各 设置一道竖向支撑。 (3)系杆：上弦平面内，屋脊处及屋架两端设纵向通长刚性系杆：支节点处 沿厂房纵向设置通长刚性系杆：下弦跨中节点处设纵向通长柔性系杆，但在厂 房两端第一柱间应为刚性系杆。 支撑布置如附图所示，图中与横向水平支撑连接的屋架编号为 GWJ-2，山 墙的屋架编号为 GWJ-3，其它屋架编号为 GWJ-1. 5 / 21 3 荷载计算 （1）.荷载计算 本厂房为

8、非轻型屋盖，故计算时刻不考虑风荷载，荷载计算及汇总表 计算屋架杆力时，应考虑 3 种荷载组合。 使用阶段 “全跨永久荷载+全跨屋面均布可变荷载” 1 使用阶段 “全跨永久荷载+半跨屋面均布可变荷载” 2 此时应注意，半跨屋面可变荷载可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨。 永久荷载和可变荷载引起的节点荷载标准值 P 恒、P 活、P 灰分别为（上弦节点 长度取 1.508m）： 荷 载类 型 项 次 荷载名称 计算式 标准值 备 注 永 1 三毡四油（上 0.4 KN/m2 沿 6 / 21 铺绿豆砂）防水层 2 水泥砂浆找平 层 0.4 KN/m2 3 保温层 0.7 KN/m2 4 一毡二油隔

9、气 层 0.05 KN/m2 5 水泥砂浆找平 层 0.3 KN/m2 6 预应力混凝土 大型屋面板 1.4 KN/m2 屋面坡 度方向 分布 7 屋架及支撑自 重 0.12+0 .011*24 0.351 KN/m2 沿 水平方 向分布 8 悬挂管道 0.15 KN/m2 久荷载 9 永久荷载合计 3.751 KN/m2 1 0 屋面活荷载标 准值： 0.7 KN/m2 1 1 雪荷载标准值： 0.35 KN/m2 二 者取较 大值 1 2 积灰荷载标准 值： 1.3 KN/m2 可变荷载 1 3 可变荷载合计 2.35 KN/m2 P 恒=3.7511.5086=33.939 KN P 活

10、=0.71.5086=6.33 KN P 灰= 1.31.5086=11.762 KN 施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面可变荷载” 。 施工阶段永久荷载和可变荷载引起的节点荷载标准值 P恒 1、 P恒 2 及 P活： P恒 1=0.3511.5086=3.176 KN（屋架及支撑自重，全跨） 7 / 21 P恒 2=1.41.5086=12.667 KN（屋面板自重，半跨） P活=0.71.5086=2.134 KN（施工可变荷载，半跨） 这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的永久荷载，而屋面板自重及施工 荷载既可能出现于左半跨，也有可能出现于右半跨，取决于屋面板的安装顺序。

11、次设计要求施工时屋面板对称安装，故计算时不考虑这种荷载组合。 4 内力计算 表中组合 1 是由可变荷载效应控制的组合，组合 2 是由永久荷载效应控制 的组合，本厂房为重屋盖，永久荷载标准值（合计）3.751 KN/m2 ，可变荷载 标准值（合计）仅为 2.35 KN/m2 ；由表中计算可见，杆件内力基本由组合 2 控制，但与组合 1 相比较，最多仅差 5-6左右，由此也可知，一般采用压 型钢板等轻型材料屋盖应为可变荷载效应控制。 用图解法或数乘法皆可解出在全跨荷载作用下屋架杆件的内力，屋架杆件 内力如图： 组 合 项 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 计算杆 件设计 值 （KN ） 0

12、-499.44-752.77-914.13274.05652.67799.55786.59-513.61388.21 组合 2 1.35 0.71. 4 （） 0.91.4 （ ） 0 -499.44-752.77-914.13274.05652.67799.55786.59-513.61388.21 杆件内力组合 组合 1 1.2 1.4 （ ） 0.91.4 （ ） 0 -481.26-725.37-784.50264.77628.82770.46757.56-494.92374.09 8 / 21 P灰 在右半跨 0 -25.43-46.14-62.5612.82 36.24 54.53

13、 69.21 -24.0321.74 P灰 在左半跨 0 -62.46-86.32-80.7035.40 78.37 86.17 69.21 -66.3546.58 P活 在右半跨 0 -13.69-24.83-33.676.90 19.50 29.35 37.25 -12.9311.70 P活 在左半跨 0 -33.61-46.46-43.4319.05 42.18 46.37 37.25 -35.7125.07 使用阶段荷载标准值作用下杆件内力计算（KN ） P恒 全跨荷载 0 -253.59-382.22-413.38139.15331.72405.98399.39-260.79197.

14、11 全跨 0 - 7.4725 - 11.562-12.184.100 9.744 11.96211.768-7.6845.808 在右半 跨 0 -2.162-3.923-5.3191.090 3.081 4.636 5.884 -2.0431.848杆力系数 P=1 在左半 跨 0 -5.310-7.339-6.8613.010 6.663 7.326 5.884 -5.6413.960 AB BD DF FH ac ce eg gg aB Bc 杆件名称 上 弦 下 弦 斜 腹 杆 组 合 项 2 2 2 2 2 2 2 2 2 计算杆 件设计 值 （KN ） -294.70186.6

15、2-105.0716.25 47.66 -33.42-66.84-66.84-66.84 组合 2 1.35 0.71. 4 （） 0.91.4 （ ）-294.70186.62-105.0716.25 47.66 -33.42-66.84-66.84-66.84 杆件内力组合 组合 1 1.2 1.4 （ ） 0.91.4 （ ）-283.98179.83-101.2514.73 45.92 -32.20-64.40-64.40-64.40 9 / 21 P灰 在右半跨 -20.8918.47 -17.9416.08 -14.11 0 0 0 0 P灰 在左半跨 -30.9714.37 -0

16、.55 -15.4022.50 -5.88 -11.76-11.76-11.76 P活 在右半跨 -11.249.94 -9.65 8.65 -7.60 0 0 0 0 P活 在左半跨 -16.677.74 -0.30 -8.29 12.11 -3.17 -6.33 -6.33 -6.33 使用阶段荷载标准值作用下杆件内力计算（KN ） P恒 全跨荷载 -149.6494.76 -53.3511.13 24.20 -16.97-33.94-33.94-33.94 全跨 -4.4092.792 -1.5720.328 0.713 -0.5 -1.0 -1.0 -1.0 在右半 跨 -1.7761

17、.570 -1.5251.367 -1.200 0 0 0 0 杆力系数 P=1 在左半 跨 -2.6331.222 -0.047-1.0391.913 -0.5 -1.0 -1.0 -1.0 cD De eF Fg gH Aa Cc Ee Gg 杆件名称 斜 腹 杆 竖 杆 5 杆件设计 5.1 上弦杆 上弦采用双角钢短边相连的相同 T 形截面，按上弦杆最大设计杆力（DF） 杆设计，即 N=-752.77kN。l0x=l0=1508mm，在屋架平面外，根据支撑和内力变 化情况，取 l0y=l1=3000mm。根据腹杆最大设计内力 N=-513.61KN,查表，取中 间节点板厚度 t=12mm

18、，支座节点板厚度 t=14mm。设 =60，属于 b 类截面，查 表有 =0.701，取强度设计值 f=310N/mm2 则需要的截面积： =fNA22cm64.343107.52= 需要回转半径： mlix680ly563i0 10 / 21 根据 A， , ,查角钢型钢表，选用 220012512，短边相连，xiy A=7582.4mm2， cmicy62.9,57.3= 按所选角钢进行验算 1504.57.3810=bltby 故 63.207.52136.173)b.521(t3.7 440 +）（tlyyz 故根据 ， 查得.max=yz 9.yz= ，满足要求。22yz /310/

19、0.154.78293.05 mNfANm 17 / 21 点集中荷载 P 和弦杆内力差的共同作用。忽略 P 对焊缝的偏心并视其与上弦垂 直，则上弦肢背的焊缝应力计算如下： P=1.35 33.939+0.7 1.4 6.33+0.9 1.4 11.762=66.84 KN =NBD=499.34 KNN 肢背槽焊缝： 22f /0/79.1362-4857.02.16 mN=）（ 肢尖角焊缝： 满足要求。+22)7.0().( wfwff lhNlhM 2222 /0/65.17)485(6.930()6485(7.021.3196( mN= 6.4 屋脊节点 H (1)拼接角钢计算 拼接角

20、钢采用与上弦相同的截面 220012512。设两者间的焊脚尺寸 hf10mm，竖直肢应切去t+hf+512+10+527mm。按上弦杆力 NGH- 914.13 kN 计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点每侧每条焊缝需计算长度为： mfhNlwFHw 24.16307.43917.04= 拼接角钢需要的长度为： L=2( + )+b2(163.24+20）+50416.48mmwlf2 为保证拼接节点处的刚度取，L450mm。 (2)上弦与节点板之间焊缝计算 上弦与节点间在节点两侧共 8 条焊缝，共同承受节点荷载 P 与两侧上弦内 力的合力。近似地取 sin=0.0995，该合力的数值为： 2Nsi

21、n-P2914.13sin5.71-66.84115.07kN 设焊脚尺寸 hf6mm，每条焊缝所需要长度为： 取 l=30mfhPNlw 1.29067.815127.08-sin2 3=+=+= 18 / 21 综上，得焊缝长度为 156mm。满足要求。 6.5 支座节点 a (1)底板计算 板承受屋架的支座反力 R10P1066.84668.4kN,柱采用 C30 混凝土， 混凝土的轴心抗压强度设计值 fc14.3N/mm2。底板需净面积 An 为：246713.180mfRAcn= 锚栓直径 d20mm,则地板上的锚栓孔直径为 d1=(22.5)d,取 d1=2.5d=50mm,则锚栓

22、孔面积为: A502+2524462.5mm2 底板需面积为 AsAn+A46741+4462.551204 mm2 按构造要求底板面积取为 A20030060000 mm2As，满足要求-。 底板承受的实际均布反力： 22 3 /3.14/04.15.462-0.8- mNfmNARq c= 节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板，它们对角线长度 a1 及内角顶点到对角线的距离 b1 分别为： a.805021+mb20.83.150= 查表得 两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为：46/a052.=mNqM7.312 所需底板厚度为 (取 t=25mm)f Mt 84.196= 实

23、取底板尺寸为-20030025。 (2)加劲肋的计算 焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为 480mm，计算长度 lw480-20-2 10=440（mm） （设焊脚尺寸 hf10mm） 。加劲 肋与节点板间的连接焊缝可近似地按传递支座反力四分之一计算，并考虑焊缝 偏心受力。每块加劲肋的两条焊缝承受的内力为： kNRV1.74.68=2/95.4607.21 mNf =kVeM1-3222“f /76.45067.7.06lhwf 19 / 21 则焊缝强度： 200 N/ mm 22222 /9.61)./745(9.6).1/() mNff =+=+ 2 满足要

24、求。 （3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算 设焊缝传递全部支座反力 R=688.4KN，其中每块加劲肋各传 R/4，节点板传 递 R/2。节点板和底板的连接焊缝长度 =2 （ 280-2 6-20）=536mm，所需wl 要的焊角尺寸： 取 =6mmmlRw 65.32.15207.468.1f7.05hf = fh 每块加劲肋与底板的连接焊缝长度 =（100-2 6-20） 2=136mm 所需wl 焊缝长度： 取lRw 19.72.13607.482.1f7.05hf= =8mmf 6.6 节点板计算 （1）节点板在受压腹杆的压力作用下的计算 所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆

25、的净距离 c 与节点板厚 度 t 之比，均小于或等于 10 。所有与竖杆相连的节点板，c/t 均小于yf/235 或等于 15 ，因而节点板的稳定均能保证。yf/235 （2）所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均 能保证。此外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于 15，斜腹杆与弦的夹 角均在 3060之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于 60 ，都满足构造要求，节点板均安全可靠。yf/35 20 / 21 7 参考文献 1 徐友辉.建筑材料M.成都：西南交通大学出版社，2010； 2 张寓，混凝土结构基本原理.北京。中国建筑工业出版社，2000； 3 罗邦富等编著

26、，钢结构设计手册，中国建筑工业出版社 1989 年； 4 中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范 （GB50009-2001） ，中 国建筑工业出版社，2002，北京； 5 中华人民共和国国家标准钢结构设计规范(GBJ17-88),北京； 6 严正庭等编著，钢与混凝土组合结构计算构造手册，中国建筑工业出 版社 1996 年； 7 张中权等编著，冷弯薄壁型钢结构设计手册，中国建筑工业出版社 1996 年； 8 赵熙元等，建筑钢结构设计手册，冶金工业出版社，1995； 9 汪一骏等，轻型钢结构设计指南，中国建筑工业出版社，ISBN 7-112-04335-7,2001； 10 中国钢结构协会建筑钢结构施工手册，中国计划出版社，2002； 11 张雄等，建筑功能材料，中国建筑工业出版社，2000； 12 徐永基等编著，高层建筑钢结构设计，陕西科学技术出版社，1993； 13 陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，1998，北京； 14 陈骥，钢结构稳定理论与设计.科学出版社.2001； 15 张中权等编著，冷弯薄壁型钢结构设计手册，中国建筑工业出版社 1996 年； 16 莫章金，建筑工程制图与识图，北京；高等教育出版社，2006. 17 易幼平，土木工程制图。北京；中国建材工业出版社，2002. 18 龙玉辉。AutoCAD2006 中文版实用教程。北京；清华大学出版社， 2004.