钢结构梯形钢屋架设计
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课程设计说明书题目:钢结构梯形钢屋架设计
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指导教师:
教师职称:
一、设计资料 (3)
二、结构形式与布置 (3)
三、荷载计算 (5)
四、内力计算 (6)
五、杆件设计 (8)
六、节点设计 (15)
梯形钢屋架课程设计计算书
一、设计资料
1、厂房的跨度分别取18m、21m、24m,长度为60m,柱距6m。车间内设有两台30/5t中级工作制吊车。梯形屋架,屋架端高分别为1.6m、1.7m、1.8m、1.9m、2.0m,
屋面坡度分别为i=1/9,1/10、1/11、1/12,屋架支撑在钢筋混凝土柱上,上柱截面400×400mm ,混凝土标号为C25;计算温度最低-20℃。采用1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法:三毡四油绿豆砂防水层,20厚1:3水泥砂浆找平层,80厚泡沫混凝土保温层。屋面活荷载标准值0.52/kN m ,雪荷载标准值0.52/kN m ,积灰荷载标准值0.52/kN m 。由于屋面坡度小、重型屋面,不考虑风荷载。
2、屋架计算跨度
01820.1517.7l m m m =-⨯=
3、跨中及端部高度:本题设计为无檩屋盖方案,采用平坡梯形屋架,屋面坡度为
i=1/10,屋架在18m 轴线处的端部高度'
0 1.800h m =,屋架的中间高度h=2.800m ,则屋
架在17.7m 处,两端的高度为m h 817.10=。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图1所示。
根据厂房长度60m 、跨度及荷载情况,设置了两道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合,厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆,以保证安装时上弦杆的稳定,在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆,以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间,于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。
图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸
×
1
1
2
2
G W J -1
G W J -1
G W J -2
G W J -2G W J -2
G W J -2
桁架上弦支撑布置图
X C 1
X C 2
X C 2
X C 2
X C
2
G W J -1G W J -1
G W J -2G W J -2
G W J -2
G W J -2
X C 1
X C 1X C 1
×
桁架下弦支撑布置图
垂直支撑1-1
垂直支撑2-2
图2 梯形钢屋架支撑布置
SC-上弦支撑;XC-下弦支撑;CC-垂直支撑;GC-刚性系杆;LG-柔性系杆
三、荷载计算
屋面活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。该厂房屋面活荷载与该地区的雪荷载均为20.5/kN m ,故取20.5/kN m 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()20.120.011/k g l kN m =+计算,跨度单位为米(m )。
表1
荷载计算表
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
F 4.1821.41.5650.238 kN =+⨯⨯=()
2、全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载:
1F 4.1821.5637.638 kN =⨯⨯=
半跨节点可变荷载:
2F 1.41.5612.6 kN =⨯⨯=
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
半跨节点屋架自重:
3F 0.4291.56 3.86kN =⨯⨯=
半跨节点屋面板自重及活荷载:
4F 1.890.71.5623.31 kN =+⨯⨯=()
四、内力计算
屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3所示。
由图解法解得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,计算结果如表2所示。
图3 屋架计算简图表2屋架杆件内力组合表
五、杆件设计
1、上弦杆
整个上弦杆采用等截面,按DE 、EF 杆件的最大设计内力设计设计,即
474.75N kN =-
上弦杆计算长度:
在屋架平面内:为节间轴线长度,即
00 1.509x l l m ==
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0y l 为支撑节点间的距离,即
0 3.0y l m =
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。如
图4所示。
腹杆最大内力335.09N kN =-,查表,中间节点板厚度选用 10mm ,支座节点板厚度选用12mm 。
设λ=60,查Q235钢的稳定系数表,可得ϕ=0.807(由双角钢组成的T 形和十字形截面均属于b 类),则需要的截面积为
图4 上弦截面
3
2102736.20.807215
N A mm 474.75⨯===ϕƒ⨯
需要的回转半径:
0 1.509
25.260
x x l i m mm ===λ,0 3.0005060y y
l i m mm ===λ