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

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