中南大学钢结构课设

一、设计资料

1. 某单层单跨工业厂房，跨度18 m，长度102 m。

2. 厂房柱距6 m，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级C20，上柱截面尺寸400*400，钢屋架支承在柱顶。

3. 吊车一台150 T，一台30 T，吊车平台标高12.000 m

4. 荷载标准值

(1)永久荷载：

屋面材料自重： 0.6kN/m2

屋架及支撑自重：q=0.12+0.011L=0.12+0.011×18=0.318kN/m2 (2)可变荷载：

屋面活荷载标准值：0.5kN/m2

雪荷载标准值：0.6kN/m2

积灰荷载标准值：0.4kN/m2 (3)风荷载：B 类地区，βz=1.0，基本风压：3.0kN/m2

5. 屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度：屋架几何尺寸图

图1-1 屋架几何尺寸图

6.钢材Q235 号钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C 级螺栓可供选用。

7. 钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16 m，运输高度3.85 m，工地有足够的起重安装条件。

8.屋架几何尺寸及屋架全跨上弦节点单位荷载作用下构件内力系数：

02

.

279

图1-2 屋架全跨单位荷载作用下各杆件内力值

A

a

c

e

g

e'

c'

a'+2.537

0.

000-4.371-5.636-4.551

-3.357

-1.8500.00

-4.754

-1.8

62

+0.615

+1

.17

0+1

.344

+1

.581

+3.158

+0.540

-1.

6

32

-1.3

05

-1.

5

20

-1.7

48

-1.0-1.0+0.

4060.000.00-0.5+5.325

+5.312

+3.967

+2.637

+0.933

B

C D

E F

G F '

E 'D '

C 'B 'A '0.51.

0 1.0 1.0

1.

0 1.01.0

图1-3 屋架半跨单位荷载作用下各杆件内力值

二、设计计算

1.屋架支撑系统的布置

为提高结构整体刚度、发挥结构的空间作用；保证结构的几何稳定性及受压构件的侧向稳定；防止构件在动力荷载作用下产生较大的震动；承担和传递房屋所受水平荷载以及保障安装时的稳定和安全，在屋架中设置横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。厂房的柱距为6m ，屋架的间距取为6m 。

（1）横向支撑：由于屋架室内有悬挂吊车，故在在上弦平面和下弦平面均需设置横向支撑。厂房的长度为102m 大于60m ，为增加屋盖刚性，除在两端第一个柱间各设一道上弦平面横向支撑和一道下弦平面横向支撑外，在长度方向正中间的柱间再加设一道横向支撑。

（2）纵向支撑：设计房屋为厂房，厂房的跨度和高度较大并设有吊车，因而对房屋整体刚度要求较大。对梯形屋架，纵向支撑设在屋架的下弦平面。 （3）垂直支撑：此梯形屋架跨度L=18m<30，在跨度中点和两端各布置一道垂直

支撑。跨中：h/l=2890/6000=0.48，故采用图 2.1的支撑形式；屋架两端：h/l=1990/6000=0.33,故采用图2.2所示支撑形式。

l=6m

h

=

2

.

8

9

m

图2.1

图2.2

（4）系杆：在屋架上弦平面，屋架跨中和两端各布置一道通长的刚性系杆，其它节点设置柔性系杆；下弦平面仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。

屋架支撑系统的设置如图2.3所示：

屋架上弦平面支撑布置图

屋架下弦平面支撑布置图

垂直支撑1-1

垂直支撑2-2

CC

CC

CC

CC

CC

CC

LG

LG

LG

LG

2.3 梯形屋架支撑布置图

sc—屋架上弦横向水平支撑；xc —屋架下弦横向水平支撑；zc—屋架下弦纵向水

平支撑；cc—垂直支撑；LG —系杆

2.杆件内力的计算 2.1 荷载计算

恒载设计值分项系数取 1.2，活载分项系数取1.4。屋面活载和雪荷载不会同时出现，计算时取其中的较大值进行计算。对于屋面风荷载,由于屋面坡角α=arctan 1

10=5.71°≪30°,此时的风荷载一般为吸力，因此风荷载不参与内力组合。

表2.1 荷载汇集表

2.2 荷载组合

设计屋架时，应考虑以下三种组合

（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载

∑q=1.1016+1.40=2.5016kN/m2永久荷载+可变荷载下节点荷载设计值：

P1=bl∑q=2.5016∗6∗1.5=22.5144KN 屋架受力图如下：

P1

图2.4 第一种荷载组合受力图

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载

P 1=22.5144KN

永久荷载下节点荷载设计值：

P 2=1.1016∗6∗1.5=9.9144KN

屋架受力图为：

P1/2+P2/2

图2.5 第二种荷载组合受力图

（3）全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

P 3=(0.3816+0.72+0.7)∗1.5∗6=16.2144KN

屋架及支撑自重下的节点荷载设计值：

P 4=0.3816∗1.5∗6=3.4344KN

屋架受力图为

:

P3/2+P4/2

图2.6 第三种荷载组合受力图