梯形钢屋架课程设计---简支梯形钢屋架设计

北京建筑工程学院土木与交通工程学院《钢结构》课程设计任务书班级姓名学号日期指导教师2012年6月梯形钢屋架课程设计任务书一、设计题目简支梯形钢屋架设计二、设计资料工程名称：某机加工车间1 结构平面布置某地区单层单跨工业厂房机加工车间，屋架跨度及厂房长度见附表，柱距6m，屋架下弦标高16.5m。

2 排架结构体系钢筋混凝土柱（混凝土强度等级为C20，上柱截面400×400）；钢屋架铰支于柱上；1.5×6.0m预应力钢筋混凝土大型屋面板；屋面坡度10i。

=/13 车间内设有中级工作制、起重量≤300KN的吊车，计算温度高于-200C。

4 材料钢屋架选用Q235-B·F钢，焊条为E43型。

5 荷载（标准值）（屋面构造层做法也可自定）二毡三油上铺小石子 0.35 KN/m2(硫化型橡胶油毡,PVC建筑防水塑料油膏)砂浆找平层(厚20mm) 0.40 KN/m2泡沫混凝土保温层(厚80mm) 0.48 KN/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板1.4 KN/m2（包括灌缝）屋架及支撑自重（ 0.12+0.011l） KN/m2悬挂管道（奇数） 0.15 KN/m2吊顶（奇数） 0.55 KN/m2活荷载或施工荷载：见附表屋面积灰荷载：见附表雪荷载： 0.40 KN/m26、钢屋架形式示意图（未表示起拱）图1 钢屋架形式示意图三、设计任务要求设计钢屋架并绘制施工图。

掌握钢屋架荷载的计算；掌握杆件内力的计算和组合，杆件的计算长度，截面型式，截面选择及构造要求，填板的设置及节点板的厚度；掌握普通钢屋架节点设计的原则和要求，主要节点的设计及计算和构造；掌握钢屋架施工图的内容和绘制。

具体要求：1、计算说明书确定屋架几何尺寸(参考标准图集)，选择钢材和焊条；布置屋盖支撑：应包括钢屋架结构支撑系统布置简图（上弦水平支撑、下弦水平支撑、垂直支撑及系杆）；钢屋架计算简图及几何长度；荷载计算与组合；杆件内力计算及组合；（利用结构对称性，P=1）杆件截面设计；节点设计（五个典型节点：支座、屋脊、下弦跨中、上下弦一般节点）2、施工图绘制：绘制运送单元施工图，该施工图内容应包括：钢屋架正面图；上、下弦杆平面图；端竖杆和正中竖杆的侧面图；（以上各图轴线比例1:30，杆件截面及节点比例1:15）屋架简图，按1:100比例绘制；（注明起拱尺寸，左半部分注上杆件几何长度，右半部分注上杆件内力）特殊节点板大样图（按1:10～1:5比例）；整榀钢屋架材料表（计入焊缝重量2%）；图纸附注，应说明钢屋架选用的钢材种类、焊缝型号、焊接方法和质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，图中所用的单位，及对防护措施、运输和加工要求等在图中未表明的其它内容。

3 图标：按统一规格注：（1）没有计算的节点，可参照相同类型已计算的节点绘制。

（2）图中所用零件要按主次、上下、左右一定顺序逐一编号。

（3）弦杆同支撑连接的螺栓孔位置，根据支撑布置简图和所绘屋架位置确定。

（4）材料表中各部分尺寸要与图中几何轴线尺寸相闭合。

4 施工图及计算书均要求图面清晰、字迹工整、准确无误。

四、参考资料（1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003），中国计划出版社，2003。

（2）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），中国建筑工业出版社。

（3）现行教材（4）《钢结构》，钟善桐，武汉大学出版社，2001。

（5）梯形钢屋架，05G511，中国建筑标准设计研究院五、成果形式要求：1、手写结构计算说明书一份，A4纸最低不少于10页；计算说明书应首先说明自己所选序号及结构主要参数；2、硫酸纸制图一张，用绘图笔手绘；3、装订：封面与封底采用学院统一标准，图纸须按照A4纸大小标准折叠，标题栏在最上面且面向外，上交前学生自己试一下图纸是否能够顺利展开。

装订次序：封面、诚信声明、任务书、计算说明书、图纸、封底。

附表北京建筑工程学院土木与交通工程学院《钢结构》课程设计指导书班级姓名学号日期指导教师2011年6月2 钢屋架课程设计指导书由于钢结构具有承载力高、抗震性能好、自重轻和建设周期短等优点，因而在重型或大型厂房、大跨度的公共建筑中，已愈来愈多地使用钢屋盖结构。

钢屋盖的承重结构体系通常有平面钢桁架体系、空间桁架、网架和悬索等。

2.2.1屋盖结构体系1.无檩设计方案在钢屋架上直接放置预应力钢筋混凝土大型屋面板，其上铺设保温层和防水层，如图 2.1(a)所示。

这种方案最突出的优点是屋盖的横向刚度大，整体性好，所以对结构的横向刚度要求高的厂房宜采用无檩设计方案。

但因屋面板的自重大，屋盖结构自重大，抗震性能较差。

2.有檩设计方案在钢屋架上设置檩条，檩条上面再铺设轻型屋面材料，如石棉瓦、压型钢板等，如图2.1(b)所示。

对于横向刚度要求不高，特别是不需要做保温层的中小型厂房，宜采用有檩设计方案。

2.2.2屋盖支撑钢屋架在其自身平面内为几何形状不变体系并具有较大的刚度。

但这种体系在垂直于屋架平面的侧向(即屋架平面外)的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。

为了充分保证房屋的安全、适用和满足施工要求，在屋盖系统中必须设置必要的支撑体系，把平面屋架相互连接起来，使之成为一个稳定而刚强的整体结构。

屋盖支撑的作用主要包括以下几方面：(1)保证桁架结构的空间几何形状不变。

平面桁架能保证桁架平面内的几何稳定性，支撑系统则保证桁架平面外的几何稳定性。

(2)保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。

桁架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁架，桁架端部和中央的垂直支撑则与桁架竖杆组成垂直桁架，都有一定的侧向抗弯刚度。

因而，无论桁架结构承受竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一定的桁架体系把力传向支座，只发生较小的弹性变形，即有足够的刚度和整体性。

(3)为桁架弦杆提供必要的侧向支承点。

水平和垂直支撑桁架的节点以及由此延伸的支撑系杆都成为桁架弦杆的侧向支承点，从而减小弦杆在桁架平面外的计算长度，减小其长细比，并提高其受压时的整体稳定性。

(4)承受并传递水平荷载。

包括纵向和横向水平荷载，例如风荷载、悬挂或桥式吊车的水平制动或振动荷载及地震荷载等，最后都传到桁架支座。

(5)保证结构安装时的稳定和方便。

具体设置方法：上、下弦横向水平支撑一般布置在房屋两端或温度缝区段两端第一开间内；如布置在第二开间内，第一开间需设刚性系杆。

两支撑间距不超过60m。

排架结构温度缝最大间距为：露天70m，室内100m。

纵向水平支撑设置于屋架下弦两端节间。

垂直支撑设置于与横向支撑对应的位置，屋脊和两端各一道。

系杆上下弦各三道：上弦两端各设一道柔性系杆，中间设一道刚性系杆；下弦两端各设一道刚性系杆，中间设一道柔性系杆。

要求对屋架及支撑编号。

2．2．3屋架的形式和主要尺寸1．屋架形式的确定应满足经济、适用和制造安装方便的原则(1)满足使用要求。

屋架外形应与屋面材料。

的排水要求相适应。

如屋面采用瓦类、铁皮或钢丝网水泥槽板时，屋架上弦坡度应做得陡些，一般取1／5～1／2，以利排水；当采用大型屋面板上铺卷材防水屋面时，则要求屋面坡度平缓些，一般取1／12～1／8。

(2)满足经济要求。

屋架外形应尽量接近弯矩图形。

因一般跨度的屋架弦杆通常都设计成等截面的，当屋架外形与荷载引起的弯矩图形相似时，屋架的上下弦杆内力沿跨长分布比较均匀，这样可使弦杆材料获得充分利用。

腹杆的布置应使短杆受压，长杆受拉，且杆件数以少为宜。

总长度要短，杆件夹角宜在30°～60°之间。

夹角过小时，将使节点构造难以处理。

同时应注意尽可能避免非节点荷载作用，以免弦杆局部受弯而多耗钢材。

(3)满足制造、安装和运输要求。

设计节点构造要简单合理，节点数宜少，容易制造，且尽量减少节点处的应力集中。

应使屋架的形式和高度便于在工厂分段制造、装车运输和现场安装。

全面满足上述要求是困难的，一般还需考虑材料供应情况和制造条件等因素，经综合分析，才能最后选定。

2．普通钢屋架的形式(1)三角形钢屋架，如图2．2所示。

三角形屋架用于陡坡屋面的屋盖结构中。

三角形屋架的共同缺点是：屋架外形和荷载引起的弯矩图形不相适应，因而弦杆内力分布很不均匀，支座处最大而跨中却较小。

当屋面坡度不很陡时，支座处杆件的夹角较小，使构造比较困难。

(2)梯形钢屋架，如图2．3所示。

梯形屋架是由双梯形合并而成，它的外形和荷载引起的弯矩图形比较接近，因而弦杆内力沿跨度分布比较均匀，材料比较经济。

这种屋架在支座处有一定的高度，既可与钢筋混凝土柱铰接，也可与钢柱做成固接，因而是目前采用无檩设计的工业厂房屋盖中应用最广泛的一种屋架形式。

屋架中的腹杆体系可采用人字式、再分式和单斜杆式。

(3)平行弦钢屋架，如图2．4所示。

平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造也统一，因而便于制造，但弦杆内力分布不均匀。

倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的屋盖中，而水平式平行弦屋架多用作托架。

(4)人字形钢屋架，如图2．5所示。

人字形钢屋架的上、下弦是平行的，下弦也可以有一部分水平段，节点构造比较统一，制作时可以不再起拱，可以用于较大的跨度。

人字形钢屋架一般宜采用上承式，即支座节点在上弦节点。

3．屋架的主要尺寸(1)跨度。

柱网纵向轴线的间距就是屋架的标志跨度，以3m 为模数。

屋架的计算跨度是屋架两端支反力之间的距离，mm l l 15020⨯-=。

(2)高度。

屋架跨中的最大高度由经济、刚度、建筑要求和运输界限限制等因素来决定。

根据屋架的容许挠度可确定最小高度，最大高度则取决于运输界限，例如铁路运输界限为3．85m；屋架的经济高度是根据上下弦杆和腹杆的总重量为最小的条件确定；有时，建筑设计也可能对屋架的最大高度加以某种限制。

一般情况下，设计屋架时，首先根据屋架形式和设计经验先确定屋架的端部高度h0，再按照屋面坡度计算跨中高度。

对于三角形屋架h0＝0；陡坡梯形屋架取h0＝0.5～1.0m；缓坡梯形屋架取h0＝1.8～2.1m。

因此，跨中屋架高度为h＝h0+i l0／2式中i——屋架上弦杆的坡度。

人字形屋架跨中高度一般为2.0～2.5m，跨度大于36m时可取较大高度但不宜超过3m；端部高度一般为跨度为1/18～1/12。

一般屋架高度可在下列范围内采用：梯形和平行弦屋架：h＝（1/10～1/6）l0三角形屋架：h＝（1/10～1/6）l0人字形屋架：h＝（1/10～1/6）l0跨度较大的桁架，在荷载作用下将产生较大的挠度。

所以对跨度为15m或15m以上的三角形屋架和跨度为24m或24m以上的梯形和平行弦屋架，当下弦不向上曲折时，宜采用起拱的方法，即预先给屋架一个向上的反弯拱度。

屋架受荷后产生的挠度，一部分可曲反弯拱度抵消。

因此，起拱能防止挠度过大而影响屋架的正常使用。

腹杆体系采用节间距3m的人字形，或参照图集。