土木工程专业钢结构课程设计

1.1基本质料

某工程为单层单跨钢结构厂房，跨度为21m，总长度为80m，纵向柱距8m，采用角钢梯形屋架，屋架坡度i=1:10,檩条间距1.5m,屋面板为带保温层的压型钢板夹芯板，屋架构件钢材选用Q235，焊条采用E43型，手工焊。屋架形式及几何尺寸如下图1.1所示，屋架与钢筋混凝土柱铰接，钢筋混凝土柱上柱截面400mm×400mm，混凝土强度等级C25。基本风压0.45KN/㎡，檐口标高12m，其他荷载标准值为：屋面均布活荷载0.5KN/㎡，雪荷载0.35KN/㎡，积灰荷载0.55KN/㎡，屋面板自重0.35KN/㎡，檩条自重0.15KN/㎡，管道荷载0.15KN/㎡。

图1.1 屋架形式及几何尺寸

要求：根据所给设计质料，进行屋架支撑布置和屋架杆件、节点设计，并绘制屋架施工图。

1.2支撑布置

车间总长80M,大于60m，共设置三道上、下弦横向水平支撑；在设置横向水平支撑的同一柱间，分别在屋架的两端和跨中共设置垂直支撑三道；在垂直支撑平面内的屋架上下弦节点处设置通长的刚性系杆。支撑布置如图1.2所示。

(a)屋架上弦平面支撑布置图

（b）屋架下弦平面支撑布置图

（c）1-1屋架端部垂直支撑布置图（d）2-2屋架跨中垂直支撑布置图1.3荷载标准值计算

（1）永久荷载标准值：（水平投影）

保温层的压型钢板屋面板自重： 0.35×1.507/1.5=0.351 KN/㎡

檩条自重: 0.15 KN/㎡

屋架和支撑自重：（0.12+0.011×21）=0.351 KN/㎡

管道荷载自重： 0.15 KN/㎡

永久荷载标准值合计： 1.002 KN/㎡（2）可变荷载标准值：（水平投影）

因屋面坡度小于30°，此时屋面上的风荷载为风吸力，且风荷载值不是很大，故风荷载不参与组合。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，从设计质料可知屋面活荷载大于雪荷载，故可变荷载仅考虑屋面活荷载和积灰荷载；屋面活荷载标准值0.5 KN/㎡，组合值系数取0.7 KN/㎡；积灰荷载标准值0.55 KN/㎡，组合值系数取0.9。

（3）荷载设计值

由分析可知由可变荷载效应控制，且屋面活荷载为主导可变荷载，则：

永久荷载设计值为：1.2×1.002=1.2024 KN/㎡

可变荷载设计值为：1.4×0.5+1.4×0.55×0.9=1.393 KN/㎡

（4）荷载组合

屋面采用压型钢板屋面，因此屋架考虑以下2种荷载组合：

①跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架在全跨永久荷载+全跨可变荷载P作用下的计算简图如下：

全跨永久荷载和全跨可变荷载作用

全跨节点荷载设计值 P=（1.2024+1.393）×1.5×8=31.1448 KN

②全跨永久荷载+半跨可变荷载

屋架在全跨永久荷载+半跨可变荷载作用下的计算简图如下：

全跨永久荷载荷载和半跨可变荷载作用

全跨节点永久荷载：KN

P4288

.

14

8

5.1

2024

.1

1

=

⨯

⨯

=

半跨节点可变荷载：KN

P716

.

16

8

5.1

393

..

1

2

=

⨯

⨯

=

1.4内力计算

由力学方法计算得屋架在全跨和半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数如

图。

(a)全跨节点单位荷载作用下杆件内力系数

A

a c e g g'e'c'a'

+3.010

0.000-5.3

10-7.339-

6.861-5.319-3.923

-2.1620.00 -

5

.

6

4

1

-

2

.

6

3

3

-

.

4

7

+

1

.

9

1

3

+

1

.

3

6

7

+

1

.

5

7

+

1

.

8

4

8 +

3

.

9

6

+

1

.

2

2

2

-

1

.

3

9

-

1

.

2

-

1

.

5

2

5

-

1

.

7

7

6

-

2

.

4

3 -

1

.

-

1

.

-

1

.

.

.

.

-

.

5

+6.663+7.326+5.884+4.636+3.081+1.090

B C

D E

F G H G'F'E'

D'C'B'

A'

0.5 1.0

1.0 1.01.0

1.0 1.0 1.0

（b）半跨节点单位荷载作用下杆件内力系数