钢结构人字屋架24米跨课程设计报告

2023年4月22日发(作者：小米官方网站登录入口)

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钢构造课程设计

24m简支人字形屋架设计

. 优选-

学 院：大学明德院

专 业： 土 木 工 程

班 级： 建工 ××

学 号：×××

学生：×××

指导教师：×××

2021年12月

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目录

一、设计资料 .............................................................................. 2

二、屋架尺寸，支撑布置 .................................................................... 2

图1 ................................................................................... 3

三、 荷载、力计算及力组合 ................................................................. 4

1〕永久荷载〔水平投影面〕 .............................................................. 4

图2 ................................................................................... 6

四、 杆件截面选择 ......................................................................... 6

2〕下弦。下弦也不改变截面，按最大力计算。 .............................................. 7

3〕斜腹杆。 ............................................................................ 7

屋架杆件截面 .......................................................................... 11

5、节点设计 ........................................................................... 12

五、人字形屋架施工图见〔图以下图〕 ....................................................... 19

. 优选-

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一、设计资料

条件：屋架跨度为24米，柱距为6米，屋面坡度为1：10，屋架间距为12m，厂房长

度为96m，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面为300mm×300mm，混凝土强度等级为C20。

屋面采用长尺寸压型钢板，轧制H型钢檩条，水平间距为5m。地面粗糙度可为B类，根本

风压为0.3kN/㎡,屋面离地面高度约为20m，雪荷载为0.2kN/㎡。钢材采用Q235-B焊条为

E43型。杆件容许长细比：屋架压杆[]=150，屋架拉杆[]=350。



二、屋架尺寸，支撑布置

L=L-300=27000-300=26700mm，

O

端部及中部高度均取作1800mm。屋架杆件几何长

度及支撑布置见以下图1、图2。

图1

图2

三、荷载、力计算及力组合

1〕永久荷载〔水平投影面〕

压型钢板自重

0.15×=0.151/㎡

101

10

檩条自重(约为0.5KN/m)

0.1KN/㎡

屋架及支撑自重

0.12+0.011l=0.45KN/㎡

则恒载为

G=0.701KN/m

2

2)因屋架受荷水平投影面积超过60㎡，故屋面均布活荷载取为〔水平投影面〕

0.30KN/㎡，小于雪荷载，故应考虑雪荷载，，G=0.90KN/m²。

Q0.2kn/m

雪

. 优选-

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3)风荷载高度变化系数为1.25, 屋面迎风面为-0.6，背风面为-0.5,所以负风

压的设计〔垂直于屋面〕为

迎风面 ω=-1.4×0.6×1.25×0.45=-0.473KN/㎡

1

背风面 ω=-1.4×0.5×1.25×0.45=-0.394KN/㎡

2

ω和ω垂直于水平面的分力已略超过或接近于荷载分项系数取1.0时的永久

12

荷载，帮受拉杆件在永久荷载与风荷载联合作用下将受压，但此压力很小，这里不

计算风荷载产生的力，只将所有拉杆的长细比控制在250以。

4〕上弦节点集中荷载的设计值由可变荷载效

rrrQrQQf

oGkQ11kiciik











应控制的组合为:

Q=[1.2×0.701+1.4×(0.4+0.5)]×5×12=63.96KN

5)力计算。跨度中央每侧各两根腹杆按压杆控制其长细比，不考虑半跨荷载作

用情况，只计算全跨满载时的杆件力。

因杆件较少，以数解法〔截面法、节点法〕求出各杆件力，见图2

图2

四、杆件截面选择

腹杆最大力N= -268.89KN，因本屋架最大力所在节点无竖腹杆又无加劲肋加强，

应将最大压力乘以1.25(N=-336.11KN)，查"Q235刚单壁式焊接屋架节点板厚度选用

表",选用中间节点板厚度t=10mm。

1〕上弦。整个上弦不改变截面，按最大力计算。Nma*=-667.87kN，

l

ox

==402.0cm。选用TM195×300×10×16，A=68.35㎡，=5.03cm，=7.26cm，

l

oy

i

x

i

y

z

o

=3.4cm。



x

=

l

ox

402.0

==79.9﹤=150





5.03

i

x

. 优选-

.

-



y

=

l

oy

i

y

==55.4﹤=150

402.0





7.26

1

1



222222222

2



yz

=



yzyzooyz

()4(1e/i)





2

其中：

t



ez(3.40.8)6.76



oo

2

22

〔㎡〕

2



2

222222

ieii6.765.037.2684.77

ooxy

〔㎡〕

1

1

2222

[(69.22759.9)(69.22759.9)4（16.76/84.77）69.22759.9]72.2399.9

2



x

2

由



x

查得



x

0.555(b类)

2〕下弦。下弦也不改变截面，按最大力计算。

选用TW125×250×9×14，

A=46.09m

2

，。

i6.29cm,z2.08cm

yo

3〕斜腹杆。

①

杆件a-2： N=+232.9kN,

ll232.75cm。

oxoy

选用2∟75×50×6(长肢相并)，

A14.52cm

2

，。

i1.42cm,i2.23cm

xy

填放板放两块，

lcmicm

a

98.080801.43114.4()

。

②

杆件b-2: N=-268.89kN,。

l0.8l0.8269.1215.3cm,ll269.1cm

oxoy

选用2∟90×7，

A24.6cm

2

，。

i2.78cm,i4.07cm

xy

因为:

44



0.475b0.4759





166.11

74.9150





所以

2222



yzy





lt302.70.7

oy





填板放两块，

lcmicm

a

112.140402.78111.2()

。

③

杆件b-3： N=+146.40kN,，

l0.8l0.8156.1124.9cm,ll156.1cm

oxoy

. 优选-

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-

选用2∟50×5，

A9.6cm

2

，。

i1.53cm,i2.45cm

xy



x

81.6350

l

ox

124.9



,

i1.53.

x

填板放两块，

lcmicm

a

101.780801.53122.4()

。

④

杆件c-3： N=-161.4kN,。

l0.8l0.8269.1215.3cm,ll269.1cm

oxoy

选用2∟63×5，

A15.82cm

2

，。

i2.48cm,i3.63cm

xy



x

115.64150

l

l

ox

269.1

261.9



,



y



oy

96150



i2.48

x

i3.63

y

填板放两块，

lcmicm

a

10040402.4899.2()

。

⑤

杆件c-4： N=+48.80kN,。

l0.8l0.8274.6219.68cm,ll274.6cm

oxoy

选用2∟50×5，

A12.28cm

2

，。

i1.94cm,i2.96cm

xy



x

113.23350

l

l

ox

219.68

274.6



,



y



oy

92.77350



i1.94

x

i2.96

y

填板放两块，

lcmicm

a

101.780801.94155.2()

。

⑥杆件d-4： N=-53.8kN,

l0.8l0.8*302.7242.16cm,ll302.7

oxoy

，。

选用2∟63×5，

A12.28cm

2

，。

i1.94cm,i2.96cm

xy

填板放两块，

lcmicm

a

101.780801.94155.2()

。

具体杆件截面见下表。连接垂直支撑中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算

长度

ll

o

0.9

。

. 优选-

. -

屋架杆件截面

杆件 选用

名称 截面

杆 力 计算长度〔m〕 截面 杆件 长细比 计算 容许长 杆件端部的角填板数

件 设计值 面积 受力 应力钢肢背和肢尖(每节

号 〔kN〕 A〔㎡〕 类型 〔mpa〕 焊缝(mm) 间)

l

oxx

l

oy





yyz

()



min

细比





上 a-b

弦

杆

下1-2

弦

杆

b-c

c-d

2-3

3-4

4-5

-185.80 TM195×300

-507.20

-667.90

0

386.70

627.70

644.10

232.70 2.329 2.329 ┐┌75×50×6 14.52 拉杆 123 105.8 --- 161.13 350 6-130 2

-269.10 2.329 ┐┌90×7 24.60 66.1 0.578 189.13 150 6-180 2 压杆 87.1

146.40 1.561 ┐┌50×5 9.60 63.7 --- 152.50 350 6-90 2 拉杆 143.

-161.37 2.691 ┐┌ 63×5 15.82 83.39 0.578 102.00 150 6-110 3 压杆 97.6

4.020 4.020 ×10×16 68.35 压杆 89.9 62.9 0.555 205.38 150 --- 2

TW125×250

4.020 4.020 ×9×14 46.09 拉杆 151.238.5 --- 155.06 350 --- 1

2

斜a-2

腹

杆

b-2

b-3

c-3

=2.153 (74.9) 5-100

=1.249 5-60 58

=2.153 5-60 4

5-100

. 优选-

. -

c-4

d-4

竖

腹d-5

杆

48.80 2.441 ┐┌ 50×5 12.28 拉杆 113.92.77 --- 30.85 150 6-60 3

=1.953 23 5-30

2.691 ┐┌63×5 12.28 压村 124.102.26 0.578 44.12 150 6-50 3 -53.80 0.8*2.691

┽50×50

9.60 拉杆 93.8 --- 160.18 200 6-100 4 140.90 0.9*2000=1.620

82 5-30 =2.153

5-60

. 优选-

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-

5、节点设计

由于上弦杆腹板厚度10mm，下弦杆腹板厚度9mm，故支座节点和中间

节点的节点板厚度均取用10mm。

（1）下弦节点"2〞如图〔1〕

腹杆与节点的连接焊缝，a-2杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝长度如下:

2/3×232.7×10

3

l

12115.4mm

，取120mm

肢背

w1

2×0.7×6×160

肢尖

lmm

w2

1/3×232.7×10

3

1069.3

，取70mm

2×0.7×5×160

腹杆b-2杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢)。

0.7305.67610

3

12171.2(mm)l

，取150mm 肢背

w1

20.76160

肢尖 ，取100mm

l1091.9(mm)

w2

0.30305.67610

3

20.75160

验算下弦杆与节点板连接焊缝，力差，由斜腹杆焊缝决定

N422kN

的节点板尺寸，量得实际节点板长度是50.0cm，对接焊缝长度50.0cm〔加

引弧板施焊〕，厚度9mm。此对接焊缝承受剪力V=451.54kN,弯矩

M451.5410.54741

kN.m。

1.5V1.5451.5410

3

剪应力



M

150f125pa

v

w

lt5009

w

M474110

4

MPMP

126.43(a)f185a

t

w

〔满足要

弯曲应力



W

1

9500

2

6

求〕

. 优选-

.

-

（2）上弦节点"b〞如图〔2〕

腹杆b-2杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢)。

0.7305.67610

3

12171.2(mm)l

，取180mm 肢背

w1

20.76160

肢尖 ，取100mm

l1091.9(mm)

w2

0.30305.67610

3

20.75160

腹杆b-3杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢)。

0.7166.10510

3

1298.5(mm)l

，取100mm 肢背

w1

20.76160

肢尖 ，取60mm

l1054.5(mm)

w2

0.30166.10510

3

20.75160

由于上弦杆腹板较宽，经用大样图核实，此节点可以将腹杆直接焊在

腹板上，面不必另加节点板,上弦节点"c〞的构造与节点"b〞类似。

腹杆c-3杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢).

0.7183.40610

3

12107.5(mm)l

，取110mm 肢背

w1

20.76160

肢尖 ，取60mm

l1059.1(mm)

w2

0.30183.40610

3

20.75160

腹杆c-4杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢).

0.748.810

3

1237.42

mml

，取40mm

肢背

w1

20.76160

. 优选-

.

-

肢尖

lmm

w2

0.3048.810

3

1225.07

，取30mm

20.75160

（3）屋脊节点"d〞〔拼接节点〕如图〔3〕

腹杆d-4杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢).

0.753.810

3

1240

mml

，取40mm

肢背

w1

20.76160

肢尖

lmm

w2

0.3053.810

3

1226.41

，取30mm

20.75160

腹杆d-5杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取

h6mm,h5mm

f1f2

，则所需焊缝

长度如下(注意：此杆选用的截面为等边角钢).

0.7140.910

3

1285.39

mml

，取90mm

肢背

w1

20.76160

肢尖

lmm

w2

0.30140.910

3

1249.74

，取50mm

20.75160

弦杆的拼接采用水平盖板和竖向拼接板连接，水平盖板〔宽340mm，

. 优选-

.

-

厚16mm〕和竖向拼接板(宽120mm，厚10mm)与T字钢弦杆的翼缘和腹板等

强度连接，计算如下。

翼缘焊缝〔采用

hmm

f

12

〕

水平盖板长:

腹板焊缝〔采用

hmm

f

8

〕

竖向拼接板的侧不能焊接，将其端部切斜以便施焊。竖向拼接板长

L=500mm，其端部和外侧纵焊缝已超过需要的焊缝长度。

（4）支座节点"a〞如图〔4〕

弦杆与支座节点板的对接焊缝计算，此焊缝承受

剪应力

1.5V1.5203.8710

3



56.6(MPa)f125MPa

v

w

(满足要求)

lt(42020)9

w

正应力

M3261.9610

4



122.32(MPa)f185MPa

t

w

(满足要求)

W

1

10(42020)

2

6

计算底板及加劲肋等.

1〕底板计算

支反力 ，

R19.88KN

f9.6N/mm

c

2

,所需底板面积

锚栓直径取,锚栓孔直径为，则所需底板面积

d24mm

50mm

按构造要求采用底板面各

a×b28×28784cm249.5cm

22

，锚栓垫板

采用

10010020

，孔径。底板实际应力计算如下。

26mm

. 优选-

.

-

b

1

0.5

，查表"轴心受压构件计算长度系数值"得,则





0.056

a

1

所需底板厚度

按构造取，底板尺寸为。

t20mm28028020

2〕加劲肋与节点板连接焊缝计算

一个加劲肋的连接焊缝所承受的力取为

加劲肋高度取与支座节点板一样，厚度取与支座节点板一样，截面为

31613510

。采用，验算焊缝应力，焊缝计算长度

h6mm

f

l31622026264(mm)

w

对V

对M

（）



f

22

34

222w2

）21.935N/mmf160N/mm（

t

〔满足要=



f

1.22



f

求〕

3〕节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算

取

hmm

f

6

，实际的焊缝总长度

焊缝设计应力

191.8810

3



ff

48N/mm1.22f194.8N/mm

2w2

〔满足要求〕

0.76948

五、人字形屋架施工图见〔图以下图〕

. 优选-