钢结构课程设计参考(DOC)
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钢结构设计
第一节钢屋架课程设计任务书
一、设计题目
24m跨钢屋架设计。
二、设计任务
1.材料选择。
2.屋架形式及屋架几何尺寸的确定。
3.屋架及屋盖支撑的布置。
4.屋架的结构设计。
5.绘制屋架施工图。
三、设计资料
西安某厂一车间长度为72m,跨度24m,柱距6 m。内设两台20/5t中级工作制桥式吊车和两台5t锻锤,冬季计算温度为―20C°,设防烈度为8度,近震。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板,卷材防水屋面(其具体构造已由建筑设计确定),屋面坡度i=1/10。屋活荷载标准值0.7kN/rn2,雪荷载标准值0.5kN/m2,积灰荷载标准值0.75kN/m2。
第二节钢屋架设计计算
一、屋架类型
由于车间内部设有M台5t锻锤,又具有加热设备炉。拟采用钢屋架,钢筋混凝土柱,混凝土采用C25(f c= 12.5N/mm2)。
二、钢材及焊条
根据该地区的冬季计算温度和荷载性质,钢材采用AY3F(甲类顶吹氧气转炉3号沸腾钢),要求保证抗拉强度,伸长率。屈服强度,冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接,焊条选用E43型,手工焊,根据结构的重要性,焊缝质量要求达到一级标准。
三、屋架形式及几何尺寸
因屋面采用预应力混凝土大型屋面板,屋面坡屋i=1/10,故采用梯形屋架。屋架计算跨度取支柱轴线
L=L―2×150=24000―间的距离减去300mm。
300=23700mm。
屋架端部高度H0=1990mm(H0与屋架中部高度及
屋面坡度相关,我国常将H 0取为1.8~2.lm 等较整齐的数值,以利多跨屋架时的屋面构造。当屋架与柱刚结时,H 0有足够的大小,亦能较好地传递支座弯矩而不使端部弦杆产生过大内力)。
屋架中部高度 H=H 0+2L i =1990十0.1×
2
24000=3190mm 屋架的高跨比H /L =3190/24000=l /7.5,在经济范围(1/6~1/10)内,为使屋架上弦只受节点荷载,腹杆体系采用节间为3m 的人字形式,1.5×6m 屋面板传来的荷载,正好作用在节点上,使之传力更好。 屋架跨中起拱50mm (≈l /500)
几何尺寸如图l 所示。
图1
图2
GWJ一屋架;SC一水平支撑;LG一系杆;CC——垂
直支撑
四、支撑布置
根据车间长度72m,屋架跨度L=24m荷载情况,以及吊车、锻锤设置情况,布置三道上、下弦横向水平支撑,二道纵向水平支撑,垂直支撑和系杆(如图2)屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆,屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架(两端和中间共6榀屋架),编号为GWJ—2,其它编号均为GWJ—1。
五、荷载和内力计算
1.荷载计算
屋面活荷载与雪载一般不会同时出现,从前面可知屋面活荷载大于雪荷载,故取屋面活荷载进行计算。
屋架沿水平投影面积分布的自重(包括支撑)按经验公式p w=(0.12+0.011×跨度)计算,跨度单位为m。
永久荷载标准值:
三毡四油绿豆砂0.35kN/m2
20厚1:3水泥砂浆找平层0.02×20=0.40kN/m2 泡沫混凝土保温层80厚0.08×6=0.48kN/m2 大型屋面板(含灌缝)1.40kN/m2
屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.38kN/m2 管道自重0.1kN/m2
———————————————————————
∑3.11kN/m2 可变荷载标准值
屋面活载0.7kN/m2 积灰荷载0.75kN/m2———————————————————————
∑1.45kN/m2以上荷载计算中,因屋面坡度较小,风荷载对屋面为吸力,对重屋盖可不考虑,所以各荷载均按水平投影面积计算。
永久荷载设计值:1.2×3.11=3.73kN/m2
可变荷载设计值:1.4×1.45=2.03kN/m2
2.荷载组合
设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合:
(1)全跨永久荷载十全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载:
P=(3.73+2.03)×1.5×6=51.84kN
支座反力:
R A=51.84×(1/2×2+7)=414.72kN
=R Aˊ(屋架另一端支座)
(2)全跨永久荷载十半跨可变荷载
屋架上弦节点荷载:P半=3.73×1.5×6=33.57kN
P半=2.03×1.5×6=18.27kN
(3)全跨屋架与支撑十半跨屋面板十半跨屋面活荷载
全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载:
P全=1.2×0.38×1.5×6=4.10kN
作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载。取屋面可能出现的活载(即不利活载)
P全=(1.2 ×1.4 +l.4 ×0.7)×1.5×6=23.94kN 以上(1),(2)为使用阶段荷载组合,(3)为施工阶段荷载组合。
图3
(注)全跨节点作用单位荷载时各杆内力图解;(b)半跨,节点作用单位荷载时各杆内力图解
3.内力计算
按图解法,解析法或电算法均可计算屋架各杆件内力。
本设计采用图解法计算内力。应用图解法求得单位荷载作用于全跨及半跨各节点的各杆内力,即内力系数,然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力,并求出三种荷载组合下的杆件内力,取其中不利内力(正、负最大值)作为设计屋架的依据。具体计
算见图3。
屋架各杆件内力组合见表1。
全跨永久荷载十全跨可变荷载组合各杆件计算内力图