钢结构梯形屋架课程设计例子

一、设计资料：

1.结构形式: 某厂房总长度90m，跨度为18m.，纵向柱距6m，采用梯形钢屋架，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。

2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的力）如附图所示。

屋架采用的钢材为：Q235钢；焊条为：E43型。

3.荷载标准值（水平投影面计）

荷载：

①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋

架及支撑自重，以KN/m2为单位；

=0.35KN/m2，

②可变荷载：活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S

0活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。

积灰荷载标准值： 0.7KN/m2

③屋面各构造层的荷载标准值：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2

水泥砂浆找平层 0.4KN/m2

保温层： 0.4KN/m2

一毡二油隔气层 0.05KN/m2

水泥砂浆找平层 0.3KN/m2

预应力混凝土屋面板 1.45KN/m2

二、结构形式与布置图：

屋架支撑布置图如下图所示。

符号说明：WGJ-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

a.18米跨屋架(几何尺寸)

b.18米跨屋架全跨单位荷载

作用下各杆件的力值

c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的力值

三、荷载与力计算：

1、荷载计算

荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。

永久荷载标准值：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2

水泥砂浆找平层 0.4KN/m2

保温层： 0.4KN/m2

一毡二油隔气层 0.05KN/m2

水泥砂浆找平层 0.3KN/m2

预应力混凝土屋面板 1.45KN/m2

钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×18m=0.32KN/m2

总计：3.32KN/m2可变荷载标准值

雪荷载0.35KN/m2<屋面活荷载标准值0.70KN/m2，取0.70KN/m2 0.70KN/m2

积灰荷载 0.70KN/m2

总计：1.14KN/m2永久荷载设计值 1.2×3.32KN/m2=3.984KN/m2

可变荷载设计值 1.2×1.40KN/m2=1.96KN/m2

2、荷载组合

设计屋架时，应考虑以下三种组合：

组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架上弦节点荷载F=(3.984KN/m2+1.96KN/m2) ×1.5×6m=53.50kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载

=3.984KN/m2×1.5×6=35.86kN

屋架上弦节点荷载F

1

F

=1.96KN/m2×1.5×6=17.64kN

2

组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载

屋架上弦节点荷载F 3=(0.12+0.11×18m)×1.2×1.5×6=3.46N

F 4=(1.4×1.2+0.70×1.4)×1.5×6=23.94kN

3．力计算

本设计采用图解法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的力系数，见表1。由表三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免力变号而不用组合三。 四、杆件截面设计

腹杆最大力，N=448.43kN （压），由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取12mm ；其余节点板与垫板厚度取10mm 。

屋架杆件组合表

1、上弦杆(FG 杆)；

整个上弦杆采用相同一截面，按最大力计算，N=486.96kN （压）。 上弦杆计算长度：

在桁架平面，为节间轴线长度：cm l ox 75.150=

在桁架平面外，根据支撑布置和力变化情况，取：cm cm l oy 5.30175.1502=⨯= 因为ox oy l l 2=，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并(详见图3)。

腹杆最大力N=347.86KN ，查表9.6.4，节点板厚度选用10mm ，支座节点板厚度用12mm 。 设λ=60，查附录4得807.0=ϕ 需要截面积

22

32807/215807.01096.486mm mm

N N f N A =⨯⨯==ϕ 需要回转半径：

cm cm

l i ox

x 51.260

75.150===λ， cm cm l i oy y 03.5605.301===λ 根据需要A 、x i 、Y i 的查角钢型钢规格表(附录8)，选2L125×80×10，A=39422mm ，x i =2.26cm 、

Y i =6.11cm

截面在x 和y 平面皆属b 类，由于y x λλ>，只需求x ϕ。 查(附录4)轴心受力稳定系数表得771.0=x ϕ。

2

22

3/215/22.1603942771.01096.486mm N mm N mm N A N y <=⨯⨯=ϕ，所选截面合适。 2、下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大的力eg 杆计算:N=496.43kN （拉） 计算长度：屋架平面取节点间轴线长度：,30000mm l x = 屋架平面外根据支撑布置取：,60000mm l y = 计算所需要净截面面积为：

cm mm N N f N A n 09.23/2151043.4962

3=⨯== 选用2L125×80×7。因为y x l l 00>>，故用不等肢角钢，短肢相并(见图4)所示。 A=28.19cm 2>23.09cm 2,cm i cm i y x 04.6,298.2==。