钢结构屋架计算
一、设计资料
天津地区一单跨物资仓库，长96米，跨度为21米，钢筋混泥土柱（400×400），柱距6米，混凝土标号为C30，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。屋面檐口离地面高度13.5米，设计温度高于-20℃。
屋面坡度i=1:10，采用 1.5m×6.0m预应力混凝土大型屋面板，标准值为1.4kN/m2；20厚水泥砂浆找平层，标准值为0.4kN/m2；泡沫混凝土保温隔热层，标准值为0.3kN/m2；八层做法卷材屋面防水层，标准值为0.35kN/m2 。屋面积灰荷载0.45kN/m2，雪荷载为0.40kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm。其他资料参照相关标准规定。
根据天津地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。
二、屋架形式及尺寸
无檩屋盖，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。
屋架计算跨度为L
＝L-300＝20700mm，
＝1990mm，
端部高度取H
+1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm，
中部高度取H＝H
屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。
为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。
屋架杆件几何长度（单位：mm）
三、屋盖支撑布置
根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。
1
2
1-1
2-2
CC1CC1
CC1
CC1
XG2XG2XG2
XG2
CC1
XG2
XG2
CC1XG2CC1XG2CC1XG2CC2XG2CC2CC2XG3
XG3
CC2XG1XG3XG3XG1XG1XG3XG3XG1XG1XG3XG3XG1XG1
XG3
XG3
XG1
XG1XG1
XG1
XG1
S C 2S C 1S C 1S C 1S C 1S C 2
S C 2
S C 1S C 1S C 1S C 1S C 2S C 3
S C 4S C 4
S C 3
S C 3
S C 4
S C 4S C 3上弦支撑
下弦支撑
6006000
6000
6000
6000
600
60070
6000
6000
6006000
6000
6000x12
6000x12
附图2：屋面支撑布置图（单位：mm ）
四、荷载计算与组合
1、荷载计算
永久荷载设计值：
防水层 （八层做法） 0.35kN/㎡×1.2=0.42kN/m 2
找平层（20mm 厚水泥砂浆） 0.4kN/㎡×1.2=0.48kN/m 2
泡沫混凝土保温层 0.35kN/㎡×1.2=0.42kN/m 2
预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡×1.2=1.68kN/m 2
钢屋架和支撑自重 （0.12+0.011×21）×1.2=0.42kN/㎡
共 3.387kN/㎡
可变荷载设计值：
雪荷载 0.40kN/㎡×1.4=0.56kN/m 2
积灰荷载 0.45kN/㎡×
1.4=0.63kN/m 2
共 1.19kN/㎡
由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。
2、荷载组合
计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：
使用阶段“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”。恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值恒P 及活P 分别为：
恒P ＝3.18×1.5×6＝28.62 kN 活P ＝1.19×1.5×6＝10.71 kN
施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载”。这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和
活荷载引起的节点荷载设计值'恒P 和'活P 分别为：
'
恒
P ＝0.42×1.5×6＝3.78 kN '
活
P ＝（1.68+0.63）×1.5×6＝20.79 kN
五、内力计算
采用图解法计算屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数。根据算得的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。
杆力组合表
杆件
名称
杆力系数 内力值
计算杆内力 组合项目
P ＝1
使用阶段
施工阶段
P 恒×3 P 活×1 P 活×2 P 恒×
3
P 活×1 P 活×2 在左半跨 在右
半跨 全跨
全跨恒载 在左半跨 在右半跨 全跨恒载 在左半跨 在右半跨 1
2
3
4
5
6
7
8
9
上弦 AB -0.02 -0.01 -0.03 -0.86
-0.21
-0.11 -0.11 -0.42
-0.21
-1.18 4+5+6
BC -5.33 -2.17 -7.5 -214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6
CD
-5.33 -2.17
-7.5
-214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6
DE
-7.35 -3.94 -11.29 -323.12 -78.72 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -444.04 4+5+6
EF -7.35 -3.94 -11.29 -323.12 -78.72 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -444.04 4+5+6
FG -6.86 -5.32 -12.18 -348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+6 GH -6.86 -5.32 -12.18 -348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+6
下弦 ab 3.02 1.09 4.11 117.63 32.34 11.67 15.54 62.79
22.66
161.65 4+5+6
bc 6.68 3.09 9.77 279.62 71.54 33.09 36.93 138.88 64.24 384.25 4+5+6
cd
7.33 4.64 11.97 342.58 78.50 49.69 45.25 152.39 96.47
470.78 4+5+6
de 5.89 5.88 11.77 336.86 63.08 62.97 44.49 122.45 122.25 462.91 4+5+6 斜
杆
aB -5.62 -2.03 -7.65 -218.94 -60.19 -21.74 -28.92 -116.84 -42.20 -300.87 4+5+6
Bb 3.93 1.84 5.77 165.14 42.09 19.71 21.81 81.70 38.25 226.93 4+5+6
bD -2.62 -1.77 -4.39 -125.64 -28.06 -18.96 -16.59 -54.47 -36.80 -172.66 4+5+6 Dc 1.19
1.56
2.75
78.71
12.74
16.71 10.40 24.74
32.43
108.16 4+5+6 cF -0.05 -1.51 -1.56 -44.65 -0.54 -16.17 -5.90 -1.04 -31.39 -61.35 4+5+6 Fd
-1.06 1.35
0.29
8.30 -11.35 14.46
1.10 -2
2.04 28.07
-20.94 29.17 7+8 7+9 dH 2.11 -1.33 0.78 22.32
22.60 -14.24 2.95
43.87 -27.65
-24.70 46.82
7+8 7+9
竖
杆
Aa -0.53 -0.01 -0.54 -15.45 -5.68 -0.11 -2.04 -11.02 -0.21 -21.24 4+5+6
Cb -0.99 0 -0.99 -28.33 -10.60 0.00 -3.74 -20.58 0.00 -38.94 4+5+6
Ec -0.98 0 -0.98 -28.05 -10.50 0.00 -3.70 -20.37 0.00 -38.54 4+5+6
Gd -0.97
-0.97
-27.76 -10.39 0.00
-3.67 -20.17
0.00 -38.15 4+5+6
He -0.06 -0.06 -0.12 -3.43
-0.64
-0.64 -0.45 -1.25 -1.25
-4.72 4+5+6
Ra
Rb
0.5
1
0.5
1
1
1
1
1
A B C D E F G H
a
b
c
d
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11 12
13 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24 25 26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42 43 44 45
六、杆件截面选择
1、上弦FG 、GH
整个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。N ＝-479.04kN ，l 0x ＝1508mm ，l 0y ＝l 1＝3016mm （按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l 1为两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力N aB ＝-300.87kN ，取中间节点板厚度t ＝10mm ，支座节点板厚t ＝12mm 。
先由非对称轴选择截面，假设λ＝60，由附表4-2查得 ＝0.807（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属b 类），需要的截面面积：
A s ＝215
807.01004.4793
??=
f N ?＝2761 mm 2＝27.61cm 2 一般角钢厚度≤15mm ，属第一组，故取f ＝215 N/mm 2。需要的回转半径为
51.260
8
.1500==
=
λ
x
xs l i cm 03.560
6
.3010==
=
λ
y
ys l i cm 上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T 形截面。根据需要的s A 、xs i 、ys i 查
附表7-5，选用2L140×90×10（短边相连）：A ＝42.4cm 2，x i ＝2.56cm ，y i ＝6.77cm （节点板厚10mm ），[λ]＝150。 验算 9.5856
.28
.1500===
x x xs i l λ≤[λ]，x ?＝0.810 故 139424081.01004.4793=??==A N x x ?σ N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2
。
验算对称轴y 的稳定承载力：
b 1/t ＝14/1＝14＞0.56
06.1214
6.30156.00=?=x x i l 换算长细比54)14
7.5216.3011(1147.3)7.521(7.34
2
2412201=??+?=+=b t l t b y ys λ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ?＝0.836；故，1354240
836.01004.4793
=??==A N y y ?σ N/mm 2
≤f ＝215
N/mm 2。 满足要求。
垫板每节间放置一块（满足l 1范围内不少于两块），l d ＝150.8/2＝75.4cm ＜40i ＝40×4.47＝178.8cm （i 为4.47cm ）。 2、下弦cd
下弦也不改变截面，采用最大设计杆力计算，N ＝470.78 kN ，l 0x ＝3000mm ，l 0y ＝20700/2＝10350mm ，需要的净截面面积为
A n ＝215
1078.4703
?=f N ＝2190 mm 2＝21.9cm 2
选用2L140×90×10（短边相连）：A ＝42.4cm 2，x i ＝2.56cm ，y i ＝6.77cm 。
验算：在节点设计时，将位于下弦杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，且使栓孔中心到节点板近端边缘距离不小于100cm ，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（[λ]＝350）
11756
.23000===
x x x i l λ≤[λ] 15377
.61035
0==
=
y
y y i l λ≤[λ] 故1114240
1078.4703
=?==A N σ N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2。 满足要求。
垫板每节间放置一块，l d ＝150cm ＜80i ＝80×4.47＝357.6cm （i 为4.47cm ）。 3、端斜杆aB
N ＝-300.87 kN ，l 0x ＝2524mm ，l 0y ＝2524mm ，需要的净截面面积为
A n ＝215
1087.3003
?=f N ＝1399 mm 2＝13.99cm 2
选用2L140×90×8（长边相连）：A ＝36.08cm 2，x i ＝4.5cm ，y i ＝3.62cm ，[λ]＝150 验算：565
.44
.2520===
x x x i l λ≤[λ] b 2/t ＝90/8＝11.25＜0.48
5.139
4
.25248.02
0=?=
b l y ，
7062
.34
.2520==
=
y
y y i l λ 换算长细比82)8
.04.252909.11(70)09.11(2
24
2204
2=??+?=+=t l b y y ys λλ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ?＝0.675；故，1243608
675.01087.3003
=??==A N y y ?σ N/mm 2
≤f ＝215
N/mm 2。 满足要求。
设两块垫板，l d ＝84.1cm ＜40i ＝40×2.59＝103.6cm （i 为2.59cm ）。 4、斜腹杆dH
N ＝46.82 kN ，l 0x ＝3395mm ，l 0y ＝3395mm ，需要的净截面面积为
A n ＝215
1082.463
?=f N ＝218 mm 2＝2.18 cm 2
选用2L80×5：A ＝15.82cm 2
，x i ＝2.48cm ，y i ＝3.56cm ，[λ]＝150 验算：13748
.25.3390===
x x x i l λ≤[λ] b/t ＝80/5＝16＜0.58
6.2485
.33958.00=?=
b l y ，9556
.35.3390===y y y i l λ 换算长细比101)5
.05.3398475.01(95)475.01(2
24
2
204=??+?=+
=t l b y y ys λλ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ?＝0.549；故，541582
549.01082.463
=??==A N y y ?σ N/mm 2
≤f ＝215
N/mm 2。 满足要求。
设两块垫板，l d ＝84.9cm ＜40i ＝40×3.56＝142.4cm （i 为3.56cm ）。 5、竖杆dG
竖杆不改变截面尺寸，N ＝-38.15 kN ，l 0x ＝0.8l ＝0.8×2888＝2310mm ，l 0y
＝2888mm
选用2L80×5：A ＝15.82cm 2，x i ＝2.48cm ，y i ＝3.56cm ，[λ]＝150 验算：9348.22310===
x x x i l λ≤[λ] b/t ＝80/5＝16＜0.58
9.2088
.28858.00=?=
b l y ，8156
.38.2880===y y y i l λ 换算长细比89)5
.08.2888475.01(81)475.01(2
24
2
204=??+?=+
=t l b y y ys λλ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ?＝0.628；故，381582
628.01015.383
=??==A N y y ?σ N/mm 2
≤f ＝215
N/mm 2。 满足要求。
设两块垫板，l d ＝72.2cm ＜40i ＝40×3.56＝142.4cm （i 为3.56cm ）。
其余各杆的截面选择见表。需注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度为l 0＝0.9l ，其它腹杆除Aa 和Ba 外，l 0x ＝0.8l 。
屋架杆件截面选择表
杆件 名称
内力（kN ）
计算长度（cm ） 截面形式和规格
截面面积（cm 2
）
回转半径
（cm ） 长细比 容许长细比
[λ]
稳定系数φ
计算应力（N/mm 2
）
l 0x
l 0y
i x
i y
λx
λy
λyz
上弦AB -1.14 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 0 BC -285.53 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 83 CD -285.53 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 83 DE -429.81 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 125 EF -429.81 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 125 FG -463.69 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 135 GH -463.69 150.8 301.6
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 135
下弦ab 156.47 300 1035
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 117 153 350 36 bc 371.94 300 1035
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 117 153 350 87 cd 455.70 300 1035
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 117 153 350 107 de 448.08 300 1035
2L140×
90×10
42.4 2.56 6.77 117 153 350 106
斜杆aB -291.24 252.4 252.4
2L140×
90×8
36.08 4.5 3.62 56 82 150 0.675 120 Bb 219.66 259.8 259.8
2L140×
90×8
36.08 4.5 3.62 58 84 150 0.661 92 bD -167.13 286.2 286.2
2L140×
90×8
36.08 4.5 3.62 64 90 150 0.621 75 Dc 104.69 285.2 285.2
2L140×
90×8
36.08 4.5 3.62 64 90 150 0.621 48 cF -59.39 312.5 312.5 2L80×5 15.82 2.48 3.56 126 95 150 0.588 32 Fd
-20.94
29.17
311.5 311.5 2L80×5 15.82 2.48 3.56 126 95 150 0.588 32 dH
-24.70
46.82
339.5 339.5 2L80×5 15.82 2.48 3.56 137 101 150 0.549 54
竖杆Aa -20.56 159.2 199 2L80×5 15.82 2.48 3.56 64 51 150 0.856 15 Cb -37.69 182.3 227.9 2L80×5 15.82 2.48 3.56 74 74 150 0.726 33 Ec -37.31 206.6 258.3 2L80×5 15.82 2.48 3.56 83 82 150 0.675 35 Gd -36.93 231 288.8 2L80×5 15.82 2.48 3.56 93 89 150 0.628 37 He -4.57 243.2 304 2L80×5 15.82 2.48 3.56 98 92 150 0.608 5
注：角钢规格共3种七、节点设计
在确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为： 角钢肢背所需焊缝长度1l ：f w
f f h f h N
K l 27.02111+?=
角钢肢尖所需焊缝长度2l ：f w
f
f h f h N
K l 27.02222+?=
如腹杆aB ，设计杆力N ＝300.87 kN ，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为h f1＝8mm ，h f2＝6mm 。因aB 杆系不等边，角钢与长肢相连，故K 1＝0.65，K 2＝0.35。则：
1258216087.021087.30065.03
1=?+?????=l mm
9062160
67.021087.30035.03
2=?+?????=l mm
其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见表4。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取 h f ≥5105.15.1==t ，l 1＝l 2＝8h f +10＝8×5+10＝50 mm
表4 腹杆杆端焊缝尺寸
杆件 名称
设计内力（kN ） 肢背焊缝
肢尖焊缝
l 1（mm ） h t （mm ）
l 2（mm ） h t （mm ）
aB -300.87 125 8 90 6 Bb 226.93 100 8 70 6 bD -172.66 80 8 60 6 Dc
108.16
55
8
40
6
表中1l 、12为取整后数值
1、下弦节点“b ”
按表4所列Bb 、bD 杆所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（附图4）。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为480mm ，焊脚尺寸hf ＝5mm ，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N ＝N bc -N ab ＝384.25-161.65＝222.6 kN 。验算肢背焊缝的强度：
()=?-?????=??=5248057.02106.22275.07.0231w f f l h N K τ51 N/mm 2 ) 满足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能满足要求。竖杆bC 下端应伸至距下弦肢尖为20mm 处，并沿肢尖和肢背与节点板满焊。 附图4：下弦节点“b ” 2、上弦节点“B ” 按表4所列腹杆Ba 、bB 所需焊缝长度，确定节点板形状和尺寸，如附图5所示。量得上弦与节点板的焊缝长度为400mm ，设h f ＝5mm ，因节点板伸出上弦肢背15mm ，故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P ＝28.62+10.71＝39.33 kN 和弦杆内力差△N ＝N BC -N AB ＝294.98-1.18＝293.8 kN 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为： 附图5：上弦节点“B ” 2 127.027.0422.1? ??? ? ???+???? ????w f w f l h N K l h P ＝2 323 )52400(57.02108.29375.0)52400(57.0422.11033.39???? ???-?????+???? ???-????? ＝81 N/mm 2 满足要求。由于肢尖的焊缝h f 也为5mm ，故应力更小，定能满足要求。 3、下弦中央拼接节点“e （附图6） 附图6：下弦中央拼接节点“e ” （1）拼接角钢计算 因节点两侧下弦杆力相等，故用一侧杆力N ed ＝462.91 kN 计算。拼接角钢采用与下弦相同的截面2L140×90×10，设与下弦的焊缝的焊脚尺寸h f ＝8mm ，竖直肢应切去△＝t+h f +5＝10+8+5＝23 mm ，节点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为： 129160 87.041091.4627.043=????=?= w f f ef w f h N l mm 拼接角钢需要的长度为： L ＝2（l w +16）+10＝2×（129+16）+10＝300 mm 为保证拼接节点处的刚度取，L ＝500 mm 。 （2）下弦与节点板的连接焊缝计算 下弦与节点板的连接焊缝按0.15N ed 计算。取焊脚尺寸h f ＝5mm ，节点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度l 1、l 2分别为： 461016057.021091.46215.075.0107.0215.03 11=+??????=+??=w f f ed f h N K l mm 261016057.021091.46215.025.0107.0215.03 22=+??????=+??=w f f ed f h N K l mm 在附图6中，节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的，从图中量得每 条肢背焊缝长度为155mm ，每条肢尖焊缝长度为120mm ，满足要求。 4、屋脊节点“H ”（附图7） （1）拼接角钢计算 附图7：屋脊节点“H ” 拼接角钢采用与上弦相同的截面2L140×90×10。设两者间的焊脚尺寸h f ＝8mm ，竖直肢应切去△＝t+h f +5＝10+8+5＝23 mm 。按上弦杆力N GH ＝479.04 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： 134160 87.041004.4797.043 =????=?=w f f GH w f h N l mm 拼接角钢需要的长度为： L ＝2（l w +16）+10＝2×（134+16）+20＝320 mm 为保证拼接节点处的刚度取，L ＝700 mm 。 （2）上弦与节点板间焊缝计算 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 α＝tan α＝0.1，该合力的数值为： 2Nsin α-P ＝2×479.04×0.1-39.33＝56.48 kN 设焊脚尺寸h f ＝5mm ，每条焊缝所需要长度为： 231016057.081048.56107.08sin 23=+????=+?-=w f f f h P N l α mm 由图量得焊缝长度为220mm 。满足要求。 5、支座节点“a ”（附图8） （1）底板计算 附图8：支座节点“a ” 底板承受屋架的支座反力R ＝7P ＝7×39.33＝275.31 kN ，柱采用C20混凝土，混凝土的轴心抗压强度设计值f c ＝10 N/mm 2。底板需净面积A n 为： 2753110 1031.2753=?==c n f R A mm 2 锚栓直径d ＝25mm ，锚栓孔布置见附图8，栓孔面积为： △A ＝50×40×2+π×252＝5963 mm 2 底板需面积为 A s ＝A n +△A ＝27531+5963＝33494 mm 2 按构造要求底板面积取为A ＝280×350＝98000 mm 2＞A s ，满足要求。 底板承受的实际均布反力 0.35963 980001031.2753 =-?=?-= A A R q N/mm 2＜f 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α1及内角顶点到对角线的距离b 1分别为： α1＝22417514022=+ mm ，b ＝0.5α1＝112 mm b 1/α1＝0.5，查得β＝0.058，两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为： M ＝βq α21＝0.058×3×2242＝8731 N.mm 所需底板厚度为 t ＝ 6.15215 8731 66=?=f M mm （取t ＝20mm ） 实取底板尺寸为-280×350×20。 （2）加劲肋与节点板的焊缝计算 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492mm ，计算长度l w ＝492-12-15＝465（mm ）（设焊脚尺寸h f ＝6mm ），每块加劲肋近似的按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e ＝（140-6-15）/2+15＝74.5 mm 。则焊缝所受剪力V 及弯矩M 为： V ＝275.31/4＝68.8 kN M ＝V ×e ＝68.8×74.5＝5126 kN.mm 焊缝强度验算 2 22 7.0222.167.02? ??? ? ???+???? ???w f w f l h M l h V ＝2 23 2346567.0222.1108731646567.02108.68???? ????????+???? ?????? ＝29.5 N/mm 2＜w f f 满足要求。 （3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算 上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为（设h f ＝8mm ） ∑l w ＝2×280+2/（280-12-2×15）-4×8＝1004 mm 所需焊脚尺寸为 0.21004 1607.022.11031.2757.022.13 =????=?=∑w w f f l f R h mm h f 尚应满足角焊缝的构造要求：h f ＝1.5t ＝1.5×20＝7 mm ，h f ＝1.2t ＝1.2×12＝14.4 mm ，实取h f ＝8mm 。 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的净距离c 与节点板厚度t 之比，均小于或等于10y f /235。所有与竖杆相连的节点板，c/t 均小于或等于15y f /235，因而节点板的稳定均能保证。 （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30°～60°之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于60y f /235，都满足构造要求，节点板均安全可靠。 第一章：设计资料 某单跨单层厂房，跨度L＝24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5*6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235－BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图2.1所示，杆件容许长度比：屋架压杆【λ】＝150 屋架拉杆【λ】＝350。 第二章：结构形式与布置 2.1 柱网布置 图2.1 柱网布置图 2.2屋架形式及几何尺寸 由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i＝1/10。屋架跨度l＝24m，每端支座缩进0.15m，计算跨度l0＝l－2*0.15m＝23.7m；端部高度取H0＝2m，中部高度H ＝3.2m；起拱按f＝l0/500，取50mm，起拱后的上弦坡度为1/9.6。 配合大型屋面板尺寸（1.5*6m），采用钢屋架间距B＝6m，上弦节间尺寸1.5m。选用屋架的杆件布置和尺寸如施工图所示。 图2.2 屋架的杆件尺寸 2.3支撑布置 由于房屋较短，仅在房屋两端5.5m开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支撑，不设纵向水平支撑。中间各屋架用系杆联系，上下弦各在两端和中央设3道系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚性系杆。所有屋架采用统一规格，但因支撑孔和支撑连接板的不同分为三个编号：中部6榀为WJ1a ,设6道系杆的连接板，端部第2榀为WJ1b，需另加横向水平支撑的的连接螺栓孔和支撑横杆连接板；端部榀（共两榀）为WJ1c。 图2.3 上弦平面 12 1 2 1---1 2---2 图2.3下弦平面与剖面 第三章：荷载计算及杆件内力计算 3.1屋架荷载计算 表3.1 屋架荷载计算表 3.2屋架杆件内力系数 屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数经计算如图所示。屋架上弦左半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力 钢结构屋架设计 一丶设计资料 厂房总长60ｍ，跨度为24m，屋架间距b=6m，端部高度H=1990mm，中部高度H=3190mm 1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C20，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于—20℃，无需抗震设防。 2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊 3、屋盖结构及荷载 采用无檩体系。 用1.5×6.0预应力混凝土屋板。 荷载：①屋架及支撑自重：q=0.384KN/m2 ②屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m2，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值 ③屋面个构造层的恒荷载标准值： 水泥砂浆找平层0.4KN/m2 保温层 0.4KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.6KN/m2 永久荷载总和=2.784KN/㎡，活荷载总和=0.7 KN/㎡ 4、荷载组合。一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。 节点荷载设计值： 按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.2；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.2×2.7844+0.7×1.4）×1.5×6=37.2 KN 按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.35；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.35×2.784+0.7×1.4×0.7）×1.5×6=38.2KN 故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力R=8F=305.6 KN 二丶屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10； ＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取屋架计算跨度L 3190mm，下端起拱50mm。 屋架几何尺寸如图1所示： 方钢案结构钢结构安装钢结构安装前的准备工作 （1）钢构件的吊装前的检查 钢结构进场后或构件拼装完成后，应对构件进行严格的检查，具体检查的项目有： 钢材、焊接材料、涂装材料等在钢结构制作过程中用到的原材料质量证明文件及复试报告。 构件的外形几何尺寸，连接板的位置角度，螺栓孔的直径及孔距，焊缝的坡口，附件的数量及规格等。 构件的焊缝外观质量及一、二级焊缝的超声波探伤记录。 高强螺栓连接摩擦面的质量及复验报告。 构件的涂装质量及有关测试记录。 对照构件发运清单检查构件的规格、型号、编号、数量。 专门检查在运输过程中产生的变形及损坏情况，对发生变形的构件及时进行校正和修复。 清除构件上的污垢、积灰、泥土等，对损坏的油漆及时进行修补。（2）构件标志标注 吊装前对钢构件做好中心线、标高线的标注，对不对称的构件还应标注安装方向，对大型构件应标注出重心或吊点，标注可采用不同于构件涂装涂料颜色的油漆作记号，做到清楚、准确、醒目。 （3）构件拼装 分段钢梁运至现场后，需要拼装为整体后再进行吊装。根据制造单位 的详图，钢柱的分段处采用焊接，钢梁的分段处采用高强螺栓连接。钢柱进场后对钢柱的编号、外型尺寸、焊缝坡口、螺栓孔质量等进行检查，同时对构件在运输过程中形成的变形和涂层的损坏等情况进行校正和修补。 分段钢梁在连接处的节点由加工单位进行设计及审核，该处的节点设计是能保证钢梁拼装为整体后受力要求的，我们将保证现场拼装质量以满足设计要求。 吊装时，根据构件重心选择吊点。H型钢柱在吊装时可直接选用牛腿下设置吊点，采用捆绑法。． 型钢梁规格较大、强度和侧向刚度也较大，根据以吊装梁时，本工程H米的钢粱由于侧向刚度较差，24往的施工经验，钢粱采用两点吊法。跨度为米跨钢梁在采用两24为保证其在翻身、起吊及安装过程中的稳定性，我们对个吊点进行翻身和起吊。3、现场安装施工流程 钢结构现场安装工艺流程如下： 轻型屋面三角形钢屋架设计说明书 学 生：李 维 指导老师：付建科 （三峡大学 机械与材料学院） 一、 设计资料及说明 设计一位于杭州市近郊的单跨屋架结构(封闭式)，要求结构合理，制作方便，安全经济。 1、单跨屋架，平面尺寸为：36m ×9m ，柱距S=4m ； 2、屋面材料：波形石棉瓦(1820×725×8)； 3、屋面坡度i=1∶2.5，恒载0.9kN/m 2，活(雪)载0.3kN/m 2； 4、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高6m ； 5、钢材标号：Q235-B.F ； 6、焊条型号：E43型； 7、荷载计算按全跨永久荷载+全跨可变荷载(不包括风荷载)，荷载分项系数取： γG =1.2，γQ =1.4。 二、屋架形式及几何尺寸 三角形钢屋架多用于屋面坡度较大的屋盖结构中，根据屋面的排水要求，上弦坡度一般为i=1/2～1/3。三角形芬克式轻型钢屋架一般均为平面桁架式，其构造简单，受力明确，腹杆长杆受拉，短杆受压，受力较小，且制作方便，易于划分运送单元，适用于坡度较大的构件自防水屋盖。此设计采用六节间的三角形芬克式轻钢屋架。 屋面坡度i=1∶2.5，于是屋面倾角 ?==.821).5 21 arctan( α 3714.0sin =α 9285.0cos =α 屋架计算跨度： L 0=L-300=9000-300=8700mm 屋架跨中高度： mm i L h 1740.5 228700 20=?=?= 上弦长度： mm L l 46859285 .028700cos 200=?== α 上弦节间长度： mm l l 15623 == 上弦节间水平投影长度：mm l a 14509285.01562cos =?=?=α 根据已知几何关系，求得屋架各杆件的几何长度如图1所示(因对称，仅画出半榀屋架)。 图1 屋架杆件的几何长度(mm) 三、屋架支撑布置 (一)屋架的支撑 1.在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑(如图2)。 2.在与横向支撑同一柱间的屋架长压杆D-2和D-2′处各设置一道垂直支撑，以保证长压杆平面的计算长度符合规范要求。 3.因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在各屋架的下弦节点2和2′各设置一道通长柔性水平系杆，水平系杆的始、终端连于屋架垂直支撑的下端节点处。 4.上弦横向支撑和垂直支撑节点处的水平系杆均由该处的檩条代替。 (二)屋面檩条及其支撑 1.檩条数量 波形石棉瓦长1820mm ，要求搭接长度≧150mm ，且每张瓦至少要有三个支承点，因此最大檩条间距 mm a 83513150 1820max =--= 半跨屋面所需檩条数 根6.61835 1562 3=+?= p n 钢结构屋架工程施工工艺及方法 钢结构屋架，应注意以下制作和质量控制措施要点。 （1）、制作工艺流程： （图纸会审、原材料验收矫正、工具胎具准备）→放样号料→切割→零件平直→钻孔→清理坡口→钢板接料→焊接→焊缝检查→部位矫正→焊接加劲肋及缀板→钢梁预拼装→检查几何尺寸→成品钻孔→除锈→刷漆→包装出厂 （2）、放样、号料： 放样前应熟悉图纸。确保放样平台平整、清洁。放样用的量具必须经过国家计量部门校准，并与安装人员使用同一厂家产品，同一计量，以便安装、检查。 放样时，根据工艺要求，预留切割余量，焊接收缩余量，并按规范要求起拱。 根据所放大样，制作样板、样杆，以加快号料的速度，保证精度。 号料时，应确保钢梁上下翼缘板和腹板的焊接接口相互错开200MM，并应尽量减少接口数量。需要拼接的零件必须同时下料，并标明接料号码。接口处标明坡口形式和角度。 （3）、切割： 为保证加工精度，钢板切割及坡口加工均采用半自动切割机，切割边必须整齐，出现缺口应修磨。 （4）、零件平直： 采用火焰加热及辊式平板机，对已切割的钢板零件进行处理，要求钢板局部平整度偏差小于‰，侧向弯曲小于‰。 （5）、钻孔： 用摇臂钻床对加劲肋、缀板及檩条垫板钻孔，为保证制作质量，对缀板采用钻模钻孔。孔径允许偏差为（0~+）。 （6）、坡口加工： 上下翼缘板和腹板均采用45°单面V 型坡口，坡口用半自动切割机加工，用角向磨光机清理焊缝接区氧化物及其他杂物，保持接口两侧50MM 内清洁干燥。 （7）、钢板接料： 将钢板按预先标定的顺序排放，并把接头部位垫高，以补偿焊后收缩变形，腹板可垫高30MM，翼缘板垫高50MM。然后由持证焊工点焊固定，并在对焊缝的两端设引弧板，引弧板的板厚、材质、坡口形式应与母材相同，尺寸不小于100MM*100MM。定位焊接电流应比正式焊接时大15~20%，焊高5MM，焊缝长50MM。间距200~300MM，并应避开焊缝两端。 （8）、焊接： 钢板焊接采用埋焊自动焊机。焊接前，应按规定烘干焊剂，清理焊丝，确保焊剂、焊丝清洁干燥。 焊接时，应严格按照焊接工艺评定给出的参数，由持证焊工实施，焊缝余高为2~3MM。 焊接完毕，用割矩割去引弧板，再用磨光机修磨平整。 （9）、焊缝检查： 对焊缝进行外观检查，不得存在咬边、裂纹、夹渣、气孔等缺陷。 外观合格后，清除焊缝两侧飞溅物，对焊缝进行超声探伤，达到二级标准为合格。 若内部出现超标缺陷，应将焊缝清除重焊。 （10）、除锈、油漆： 采用喷砂除锈，砂中石英含量不低于50%，除锈等级Sa2（1/2），然后立即清理、涂刷防锈漆，油漆型号和厚度应符合设计要求。涂刷油漆后四小时内不得淋雨，上道漆干燥后方可涂刷下道。 . 1.设计资料 某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米，其两端铰支于钢筋 混凝土柱上，上柱截面尺寸为400mm×400mm,混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5～2?。屋面的活荷载为kNm=1.0，屋面的恒荷载的标准值为0.5γ2.1米。结构的重要度系数为022??，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布m，雪荷载为0.350.2 kN kNm状况。屋架采用Q235B，焊条采用E43型。 2.屋架形式及几何尺寸 1′°2618=檩距arctan,=屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为α3。为1.866m 屋架形式和几何尺寸1 图 支撑的布置3.上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细。2杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图 '. . 图2 支撑的布置图 4.檩条布置 檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。 荷载标准值5.35.31kN6=×6×=0.51.77××=0.5×1.866P上弦节点恒 荷载标准值110√3×61.866×0.35=60.35=×1.77×=3.72kN×P上弦 节点雪荷载标准值210√3 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图 上弦节点恒荷载图3 由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4 '. . 图4 上弦节点雪荷载 6.内力组合 内力组合见表—1 钢结构课程设计 学生姓名： 学号： 所在学院：机电工程学院 专业班级： 指导教师： 2013年7月 《钢结构设计》课程设计任务书 1. 课程设计题目普通钢屋架设计 2. 课程设计的目的和要求 课程设计的目的是加深学生对钢结构课程理论基础的认识和理解，并学习运用这些理论知识来指导具体的工程实践，通过综合运用本课程所学知识完成普通钢屋架这一完整结构的设计计算和施工图的绘制等工作，帮助学生熟悉设计的基本步骤，掌握主要设计过程的设计内容和计算方法，培养学生一定的看图能力和工程图纸绘制的基本技能，提高学生分析和解决工程实际问题的能力。 3. 课程设计内容和基本参数（各人所取参数应有不同） （1）结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m, 屋面坡度1／10 （2）屋面荷载标准值（kN/m2） （3）荷载组合1）全跨永久荷载＋全跨可变荷载 2）全跨永久荷载＋半跨可变荷载 （4）材料钢材Q235B.F，焊条E43型。 屋面材料采用1.5m×6.0m太空轻质大型屋面板。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） （1）曹平周，钢结构，科学文献出版社。 （2）陈绍蕃，钢结构（下）房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社。 5. 课程设计任务 完成普通钢屋架的设计计算及施工图纸绘制，提交完整规范的设计技术文档。 5.1设计说明书（或报告） （1）课程设计计算说明书记录了全部的设计计算过程，应完整、清楚、正确。 （2）课程设计计算说明书应包括屋架结构的腹杆布置，屋架的内力计算，杆件的设计计算、节点的设计计算等内容。 5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） （1）施工图纸应包括杆件的布置图、节点构造图，材料明细表等内容。 （2）图面布置要求合理，线条清楚，表达正确。 5.3图样、字数要求 （1）课程设计计算说明书应装订成一册，包括封面、目录、课程设计计算说明书正文、参考文献等部分内容。 （2）课程设计计算说明书可以采用手写。 （3）施工图纸要求采用AutoCAD绘制或者手工绘制。 6. 工作进度计划（19周～20周） 钢结构课程设计任务书 一、题目 某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m。 1.结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋 面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m。 2.屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用 下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架 跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的 =0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷 基本雪压标准值为S 载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.45kN/m2 水泥砂浆找平层 0.7kN/m2 保温层 0.4 kN/m2(按附表取) 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 附图 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 (c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 二、设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 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，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三种编号 （a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2剖面图 2.荷载计算 三毡四油防水层0.45 kN/m2 水泥砂浆找平层0.7kN/m2 保温层0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷载总和 3.318kN/m2 活荷载0.7kN/m2 积灰荷载0.7kN/m2 可变荷载总和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重 －、设计资料 1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=27m－2×0.15m=26.7m 3、跨中及端部高度： 端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。 屋架中间高度h=3025mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图一所示: 2、荷载组合 设计桁架时，应考虑以下三种组合： ①全跨永久荷载+全跨可变荷载 (按永久荷载为主控制的组合) ：全跨节点荷 载设计值：F=(1.35×3.12+1.4×0.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6 =49.122kN 图三桁架计算简图 本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。 1、上弦杆： 整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得： N = -1139.63KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1355mm ,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即： oy l =3ox l =4065mm 。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 图四 上弦杆 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0.7KN/ m2 荷载标准值 0.35 K N/ 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： 天津市裕达家园小区钢结构坡屋面施工组织设计 编制： _________ （技术负责人） 审核： _______________ （项目经理） 审批： _________ （分管总经理） 天津市中巨源彩钢结构有限公司 二零一六年八月四日 钢结构工程屋面施工方案 本工程为4#、7#、10#、11# 12# 13#楼钢结构坡屋顶。安装的内容有钢柱、钢梁、支撑等。 一、本工程的关键在于质量控制，所以本公司将特别成立由专人负责本部门职责范围内的质量管理，严格保证翻样、工艺、原材料供应、生产过程控制、运输、安装的各环节的工作质量和产品质量，确保过程保质保量完成。 1?质量管理总则 （一）、严格按照公司《质量手册》、《程序文件》以及《施工组织设计》的要求组织施工生产，确保施工过程及相关的施工环节处于受控状态。 （二）、加强技术管理，认真贯彻各项技术管理制度。在开工前落实项目经理部各岗位的质量责任制，做好技术交底，并将质量目标进行分解，明确其基本要求、控制要点；施工中认真检查执行情况，做好各项质量记录；施工完毕后，认真进行工程质量检验和评定，做好技术档案管理工作。 （三）、加强施工过程控制，对影响施工质量的各种因素实施有效控制，确保工程质量符合设计和规范的要求。 （四）、建立正常的施工秩序，科学地组织施工，合理安排劳动力和机具设备。 （五）、落实现场质量责任制，对全现场进行明确的责任区划分，建立执行质量奖罚制度。 （六）、项目经理及施工员对各类进场施工人员进行技术交底和质量安全交底，并做好记录。 （七）、特殊工种施工人员必须持证上岗。 （八）、项目经理部配备足够的检验、测量设备，及时准确地提供检验、测量数据。 （九）、公司针对本工程制定质量内控标准，并贯彻以样板指导工程的原则 （十）、加强对施工工艺的管理，制定各分项工程的作业指导书，明确贯彻工艺纪律的标准，并对工艺更改进行有效的控制和管理。 （十一）、做好中间验收及隐蔽工程验收工作，确保下道工序的顺利进行。 钢结构屋面专项施工方案 第一章编制说明 一、工程概况 1、工程名称：澄湖农贸市场 2、工程地点：苏州市吴中区甪直镇 3、结构类型：排架 4、建筑面积：923.17m2 5、结构设计：建筑物抗震设防类为丙类，抗震设防烈度为7度，结构设计合理使用年限为五十年。 二、编制依据： 2.1、工程合同 2.2、施工图纸 2.3、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001 2.4、《钢结构高强螺栓连接安全技术规程》JGJ82-91 2.5、《施工现场临量用电安全技术规范》JGJ46-2005 2.6、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-91 2.7、《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-86 2.8、《钢结构制作安装规程》YB9254-95 2.9、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002 2.10、《焊接与切割安全》GB9448-88 三、适用范围 本施工方案仅适用甪直镇澄湖农贸市场钢结构屋面工程。 第二章施工方案 一、施工准备 公司材料部充分落实工程所需的一切材料，项目部委派专人到工地现场实地考察、联系，具体落实吊装机械的进出路线、材料的堆放位置以及管理人员的办公室、材料仓库工作等。为确保安装人员顺利进场施工创造一个良好的施工环境。具体准备工作如下： 1、做好施工资料的准备，熟悉图纸，领会设计意图，编制详细的施工工艺及技术安全措施，并落实到每个人。 2、认真组织规划。项目部应根据合同要求和工程特点编制施工要点和质量计划，对施工过程提出控制要求。 3、项目经理部在开工前必须请设计院和建设单位进行设计交底或图纸会审，图纸会审应在项目经理部自审的基础上进行。 4、按施工要求，配置有关施工机械、设备。 5、钢结构进场前，项目经理部应对预埋螺栓位置、标高及轴线进行复核。 6、开工前，项目经理部对安装人员进行安全思想教育，对质量、工期、安全等进行全面贯彻，对所有设计图和节点有一个完整的了解。 7、现场需接通380V和220V电源，计算出所需要足够的电源线，做好各分配电箱的工作。 二、施工总体步骤 在现场进行主体施工的同时，在我公司进行钢构件的制作加工，屋架在加工厂制作好，现场进行拼接、安装。在制作中采用气割下料，手工焊接，经除锈和防腐处理后，加长汽车运到现场。在框架柱校正后，开始钢结构安装，吊装前 第1节 钢结构屋面施工方案 1、 钢屋梁制作 1. 材料要求 （1）钢材 按照设计要求所进材料应有材质证明书，并应符合设计要求及有关标准的规定。 （2）焊条 屋架制作采用E43xx 系列焊条进行焊接。焊条的直径应根据实际情况选用。（3）螺栓 所用螺栓应有符合设计要求和有关技术标准的规定，锈蚀、碰伤、的螺栓不得使用。 （4）防腐涂料 根据设计要求选用防火涂料，应有材质证明书，并符合设计要求。 2. 主要机具设备 （1）主要机械设备 剪切机、砂轮、电钻、喷砂机、磨光机、龙门吊、空压机、电焊机、相贯线切割机。 （2）主要工具 钢丝绳、棕绳、卡环、撬杠、倒链、千斤顶、钢尺、线坠、水平仪、塔尺等。 3. 作业条件 （1）编制屋架钢结构制作作业设计、进行详细的技术交底。 （2）按照制作备料计划，清点材料数量，核对材料合格证。 （3）搭设好现场制作操作平台。 （4）所有机械设备试车完毕，均达到使用条件。 5.8.1.4 制作操作工艺 （1）认真看图，合理地下料，尽量减少材料损耗。 （2）根据散件的同规格数量下好零件，下料过程中可采用相贯线切割机准确下料。 （3）在拼装平台上根据大样图按1 1 比例打好地模，焊好定位卡具，在平台上对号放置屋架零件进行组对。 （4）组对好的屋架应首先点焊，认真矫正后对称施焊。并做好防变形措施。（5）焊完后认真复检屋架的几何尺寸和焊缝的质量，严格按设计和规范要求进行验收。 （6）做好构件出厂前的资料收集及成品保护，构件堆放场地应平整、结实、地面设垫木、并有排水设施；制作好的构件不允许撞击，不允许锤击，并做好出厂前防锈底漆的涂刷和构件编号工作。 5.8.1.5 施工注意事项 （1）钢屋架制作所用材料必须矫正后才能使用。 （2）下料所用样板必须放样制作，不得用计算的方法推算。放样时要按设计尺寸预放收缩量。 （3）屋架在装配时应用水平仪找平平台，防止装配好的屋架出现侧向弯曲。 2、 屋面系统安装 1. 概况 屋面系统的安装包括屋架、水平支撑、檩条、压型板等。属高空作业，安装尺寸精度要求较高。 2. 半成品、材料要求 （1）屋架等钢构件 型号、几何尺寸、制作质量应符合设计和施工规范要求，并有出厂合格证及附件。 （2）连接材料 焊条、螺栓等连接材料等应有质量证明书，并符合国家标准的规定。（3）涂料 防腐油漆品种、牌号、颜色及配套底漆应符合设计要求和相关国家技术标准和产品质量证明书。 3. 主要机械设备选用 （1）吊装屋架选用25t 胶轮吊进行吊装，吊机位于紧邻厂房结构区域进行吊装；载重汽车用于倒运。 （2）主要工具 Ф17.5 钢丝绳、棕绳、卡环、撬杠、扳手、倒链、千斤顶、钢尺、线坠、经纬仪、水平仪、塔尺等。 4. 作业条件 （1）对参加施工人员进行详细技术交底。 （2）按安装单元清点构件数量，要求配套供应，查验合格证和技术资料。（3）复验构件几何尺寸，焊接质量及表面涂装质量。 （4）安装部位弹好线，复核安装轴线及标高。 5. 安装操作工艺 （1）屋架采用综合法安装，即从一端开始向另一端安装并补挡，使之形成稳定结构单元。 （2）用钢丝绳两点绑扎，水平吊起至安装部位，为防碰撞，应绑好溜绳。（3）每榀屋架矫正后开始安装支撑及檩条，把一档全部安完。檩条重量较轻，可一钩多吊。 （4）安装的油漆一般在地面刷好。空中焊接部位应进行补焊。 1.设计资料 某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为 ,混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5～2.1米。结构的重要度系数为，屋面的恒荷载的标准值为。屋面 的活荷载为，雪荷载为，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布状况。屋架采用Q235B，焊条采用E43型。 2.屋架形式及几何尺寸 屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为,檩距为 1.866m。 图1 屋架形式和几何尺寸 3.支撑的布置 上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图2。 图2 支撑的布置图 4.檩条布置 檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。 5.荷载标准值 上弦节点恒荷载标准值 上弦节点雪荷载标准值 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3 图3 上弦节点恒荷载由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4 图4 上弦节点雪荷载6.内力组合 内力组合见表—1 杆件名称杆件编 号 恒荷载及雪荷载半跨雪荷载内力组合最不利 荷载 （kN）内力 系数 恒载 内力 （kN） 雪载 内力 （kN） 内力 系数 半跨雪 载内力 （kN） 1.2恒+ 1.4雪 （kN） 1.2恒+ 1.4半跨 雪（kN）123452+32+5 上弦杆1-2-14.23-75.56 -52.94 -10.28-38.24 -164.78 -144.21 -164.78 2-3-12.65-67.17 -47.06 -8.7-32.36 -146.49 -125.92 -146.49 3-4-11.07-58.78 -41.18 -7.11-26.45 -128.19 -107.57 -128.19 4-5-9.49-50.39 -35.30 -5.53-20.57 -109.89 -89.27 -109.89 5-6-7.91-42.00 -29.43 -3.95-14.69 -91.60 -70.97 -91.60 下弦杆1-713.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 7-813.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 8-91263.72 44.64 8.2530.69 138.96 119.43 138.96 9-1010.555.76 39.06 6.7525.11 121.59 102.06 121.59 10-11947.79 33.48 5.2519.53 104.22 84.69 104.22 －、设计资料 梯形钢屋架长度为72m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/㎡，雪荷载标准值为0.3kN/㎡，积灰荷载标准值为0.6kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235级，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27米轴线处的端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸 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） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子） 0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土） 0.12×6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重 0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载 0.3kN/㎡ 积灰荷载 0.60kN/㎡ 总计 0.90kN/㎡ 永久荷载设计值 1.35×3.387=4.572 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×0.9=1.26kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=(4.572+1.26) ×1.5×6=52.488 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=4.572×1.5×6=41.148 kN 1 P=1.26×1.5×6=11.34 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 屋架上弦节点荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 3 P=(1.4×1.35+0.7) ×1.5×6=23.31 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 技术交底记录 鲁JJ-005 工程名称德州市第四净水厂供水工程施工单位上海市政工程设计研究总 院（集团）有限公司 交底部位反应沉淀车间工序名称钢结构屋架安装 交底提要： 钢结构屋架安装施工工艺、质量要求、安全要求 交底内容: 1、技术准备 1. 安装前，应进行图纸会审与自审。 2．编制单层钢结构安装施工组织设计。主要内容包括：工程概况与特点；施工组织与部署；施工准备工作计划；施工进度计划；施工现场平面布置图；劳动力、机械设备、材料和构件供应计划； 质量保证措施和安全措施；环境保护措施等。 在"工程概况"的编写中由于单层钢结构安装工程施工的特点，对于工程所在地的气候情况，尤其是雨水、台风情况要作详细的说明，以便于在工期允许的情况下避开雨期施工，以保证工程质量，在台风季节到来前做好施工安全应对措施。 3．根据起吊吊点位置，验算柱、屋架等构件吊装时的抗裂度和稳定性，防止出现裂缝和构件失稳 4．进行详细的技术交底，包括任务、施工组织设计或作业设计、技术要求、施工条件措施、现场环境(如原有建筑物、构筑物、障碍物、高压线、电缆线路、水道、道路等)情况、内外协作配合关系等。 2 、材料要求 1．钢构件的准备 钢构件的准备包括：钢构件堆放场的准备，钢构件的检验。 (1)钢构件堆放场的准备 钢构件在吊装现场堆放时一般沿吊车开行路线两侧按轴线就近堆放。其中钢柱和钢屋架等大件放置，应依据吊装工艺作平面布置设计，避免现场二次倒运困难。钢梁、支撑等可按吊装顺序配套供应堆放，为保证安全，堆垛高度一般不超过2m和三层。 (2)钢构件验收 在钢结构安装前应对钢结构构件进行检查，其项目包含钢结构构件的变形、钢结构构件的标记、钢结构构件的制作精度和IL眼位置等。在钢结构构件的变形和缺陷超出允许偏差时应进行处理2．高强度螺栓的准备 钢结构用的高强度连接螺栓应根据图纸要求配套供应至现场。应检查其出厂合格证、扭矩系数或紧固轴力(预拉力)的检验报告是否齐全，并按规定作紧固轴力或扭矩系数复验。 对高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数按规范规定及时进行复验，其结构应符合设计要求。 3．焊接材料的准备 钢结构焊接施工之前应对焊接材料的品种、规格、性能进行检查，各项指标应符合现行国家产品标准和设计要求。对重要钢结构采用的焊接材料应进行抽样复验，其结果应符合要求。 3 、主要机具 常用的施工机具有起重机(履带、汽吊)、电焊机、栓钉机、卷扬机、空压机、倒链、滑车、千斤顶、电动扳手、小气泵、砂轮、全站仪、经纬仪、水平仪、钢尺、拉力计、气割工具等。 4 、作业条件 1．根据正式施工图纸及有关技术文件结合现场条件编制施工组织设计(或施工方案)并经审批。 2．对使用的各种测量仪器及钢尺进行计量检查复验。 3．根据土建提供的纵横轴线和水准点进行验线交接完毕。 4．安装前，应按照构件明细表核对进场的构件，查验质量证明书和设计更改文件；工厂预装的大型 钢结构课程设计任务书 姓名：杨文博学号：A13110059 指导教师：王洪涛 目录 1、设计资料 0 1.1结构形式 (2) 1.2屋架形式及选材 (2) 1.3荷载标准值（水平投影面计） (2) 2、支撑布置 (2) 2.1桁架形式及几何尺寸布置 (2) 2.2桁架支撑布置如图 (3) 3、荷载计算 (5) 4、内力计算 (5) 5、杆件设计 (8) 5.1上弦杆 (8) 5.2下弦杆 (9) 5.3端斜杆A B (9) 5.4腹杆 (11) 5.5竖杆 (16) 5.6其余各杆件的截面 (16) 6、节点设计 (20) 6.1下弦节点“C” (20) 6.2上弦节点“B” (21) 6.3屋脊节点“H” (22) 6.4支座节点“A” (23) 6.5下弦中央节点“H” (23) 参考文献 (27) 图纸 (27) 1、设计资料 1.1、结构形式 某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m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400×400，混凝土强度等级为C25，屋面坡度为10 = i。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7 :1 度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。 1.2、屋架形式及选材 屋架跨度为24m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用235B钢，焊条为E43型。 1.3、荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4 kN/m2 20厚水泥砂浆找平层0.4 kN/m2 100厚加气混凝土保温层0.6kN/m2 一毡二油隔气层0.05kN/m2 预应力混凝土大屋面板（加灌缝） 1.4kN/m2 屋架及支撑自重(按经验公式L .0+ =计算) 0.384 KN/m2 12 .0 q011 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值： 0.8 KN/m2 雪荷载标准值： 0.5 KN/m2 积灰荷载标准值： 0.7 KN/m2 2、支撑布置 2.1桁架形式及几何尺寸布置 目录 一、设计资料 (3) 二、荷载与内力计算 (3) 1、荷载组合 (3) 2、内力计算 (3) 三、杆件截面设计 (5) 1．上弦杆 (5) 2．下弦杆 (6) 3．竖杆 (6) 4．斜腹杆 (8) 屋架杆件截面选用表 (9) 四．节点设计 (10) 1.“下弦节点b” (10) 2.“上弦节点B” (12) 3.屋脊节点“E” (13) 4．支座节点“a” (15) 一、设计资料 柱距6m ，跨度L=24m ；荷载标准值：活荷载=0.6KN m ?2 ，恒荷载=1.0KN m ?2 ，，屋架布置如下图所示。 二、荷载与内力计算 1、荷载组合 F d =(1.3×1.0+1.5×0.6)×3×6=42.3KN 故节点荷载取为42.3KN ，支座反力为R d =4F d =169.2KN 2、内力计算 本设计采用数解法计算出全跨荷载作用下屋架杆件的内力。其内力设计值见图，内力计算结果如表所示。 三、杆件截面设计 腹杆最大内力N =-209.39kN ，查表，中间节点板厚度选用t=8mm，支座节点板厚度选用10mm。 1．上弦杆 整个上弦不改变截面，按最大内力计算：N max=215.73KN 在屋架平面内，计算长度系数为1.0，计算长度：l ox=l=305.8cm 在屋架平面外，计算长度系数偏安全地取为2.0，计算长度：l oy=2l= 2×305.8=611.6cm 假定λx=λx=80,A=N ?f =215.73×103 0.687×215 =14.6m2 i x= l ox = 305.8 =3.82cm i y= l oy λy = 611.6 80 =7.65cm 根据平面内外的计算长度，上弦截面选用2L160×16。 肢背间距a=8mm，所提供的A=98.14cm2,i x=4.89cm,i y=6.89cm λx=l ox x = 305.8 =62.54<[λ]=150 λy=l oy i y =611.6 6.89 =88.81<[λ]=150，满足() 0.736b y ?=类 双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比λyz b t = 16 0.8 =20<0.58× l oy b1 =0.58× 611.6 16 =38.24 λyz=λy(1+0.475b4 l oy2t2 )=88.81×(1+ 0.475×164 611.62×0.82 )=100.36>λy 故由λmax=λyz=100，按b类查附表4.2得：φ=0.555 σ=N ?A = 215.73×103 0.555×98.14×102 =39.61N/mm2钢结构梯形屋架课程设计计算书(绝对完整)
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