西科大27米钢屋架设计(DOC)

钢结构课程设计

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2012年 12 月 30 日

一、设计资料

1、题号39已知条件：梯形钢屋架跨度27m ，长度102m ，柱距6m 。该车间内设有两台200/50 kN 中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m 。冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g 。采用1.5m ×6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i ＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.1 kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm ×400 mm ，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B 级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：

26.7m 0.15m 2270=⨯-=m l

3、跨中及端部高度：

本设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27m 轴线处的端部高度m h 000.2'

=，屋架的中间高度：m h 350.3=，则屋架在26.7m 处，

两端的高度为m h 015.20=。屋架跨中起拱按/500L 考虑，取50mm 。

二、结构形式与布置

屋架型式及几何尺寸如图1所示。

图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸

根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。梯形钢屋架支撑布置如图2.13。

图2 屋架上弦支撑布置

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）

三、荷载计算

屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。

故取屋面活荷载0.7kN/ 进行计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式

2L)kN/m 0.011(0.12g ⋅+=计算，跨度单位为m 。

设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载

全跨节点永久荷载及可变荷载：

KN F 26.5565.1)82.132.4(=⨯⨯+=

（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：

KN F 88.3865.132.41=⨯⨯=

半跨节点可变荷载：

2 1.82 1.5616.38kN F =⨯⨯＝

（3） 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

全跨节点屋架自重：

KN F 1.565.1567.03=⨯⨯=

半跨节点屋面板自重及活荷载：

KN F 83.2565.1)98.089.1(4=⨯⨯+=

（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

四、内力计算

由图解法或数解法解得F ＝1的屋架各杆件的内力系数（F ＝1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2。

五、杆件设计

1.上弦杆

整个上弦采用等截面，按HI 、IJ 杆件的最大设计内力设计。 N=-1059.33KN

上弦杆计算长度：

在屋架平面内：为节间轴线长度mm l l ox 15080==

在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取oy l 为支撑点间的距离，即

mm l oy 452431508=⨯=

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。

腹杆最大内力N ＝-555.36kN ，查表得，中间节点板厚度选用12mm ，支座节点板厚度选用14mm 。

设60=λ

，查Q235钢的稳定系数表，可得0.807=ϕ（由双角钢组成的T

型和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积：

23

5.6105215

807.01033.1059mm f N A =⨯⨯==ϕ

回转半径：mm l

i mm l i oy y ox x 4.7560

4524,1.25601508======λλ

根据需要A 、y x i i 、查角钢规格表，选用2L 180×110×12，肢背间距a ＝12mm ，

则A ＝67.422

cm ，cm .083 i x =，cm 75.8i y =

按所选角钢进行验算：

4930.81508i l ox ===

x x λ， 7.515

.874524i l

oy ===y y λ

满足长细比[]150=≤λ的要求。

由于x y λλ>，只需求y ϕ，查表y ϕ＝0.849，则

a a a MP 215MP 06.185MP 6742

849.01033.1059A N 3

y <=⨯⨯==ϕσ

所选截面合适，上弦截面如图所示：

图6上弦截面

2.下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd 杆计算。 N=1007.94KN

mm l ox 4500=，mm l l oy 133502/267000=== 所需截面积为（因跨中有通长系杆）:

22388.46mm 3.3802215

1094.1007N A cm f ==⨯==

选用2L 160×100×10，因,0x oy l l 〉〉故用不等肢角钢，短肢相并。

A ＝50.62cm ，cm .852 i x =，cm 78.7i y =

3509.15785.2450i l ox <===

x x λ， 3506.17178

.71335

i l oy <===y y λ a a MP 215MP 6.161 5060

817500A N <===

σ，所以满足要求。 下弦截面如图：