钢结构课程设计

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－、设计资料

1、题号83的已知条件：梯形钢屋架跨度27m，长度72m，柱距6m。屋面坡度i＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.5kN/m2，风荷载标准值0.45kN/m2。该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.500 m。冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m×6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：

Lo=27000－2×150=26700mm

3、跨中及端部高度：

端部高度：h`=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。

屋架的中间高度h=3250mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取50mm。

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸见图1所示，支撑布置见图2所示。

图1 屋架形式及几何尺寸

符号说明：GWJ-（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）

图2 屋架支撑布置

三、荷载与内力计算

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

三毡四油放水层0.40kN/㎡

找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡

保温层（80mm厚泡沫混凝土）0.08×6=0.48kN/㎡

预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡

钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.42kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡

总计 3.2kN/㎡`

可变荷载标准值

屋面活荷载0.70 kN/㎡

屋面积灰荷载0.6kN/㎡

总计 1.3kN/㎡

永久荷载设计值 1.35×3.2=4.32kN/㎡

可变荷载设计值 1.4×1.3=1.82kN/㎡

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

全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(4.32+1.82) ×1.5×6=55.26kN

②全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨节点永久荷载：F1=4.32×1.5×6=38.9 kN

半跨节点可变荷载：F2=1.82×1.5×6=16.38 kN

③全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载

全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.42×1.35×1.5×6=5.10kN

半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN

3.内力计算

四、杆件截面设计

腹杆最大内力，N=-564.943KN ，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm ；其余节点板与垫板厚度取12mm 。 1.上弦杆

整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1124.83KN 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度

Ox

l =1507mm

屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取

上弦横向水平支撑的节间长度：

Oy

l =3⨯1507=4521mm

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图3

图 3 上弦截面

设λ=60，查轴心受力稳定系数表，ϕ=0.807 需要截面积*

A =

f N .ϕ=215

*807.01124830=6483.0 2

mm 需要回转半径*x i =mm l ox 1.2560507.1==λ *y i =λoy l =60521.4=75.4mm 根据需要的*

A 、*

x i 、*

y i 查角钢型钢表，初选 2 L 180⨯110⨯12，

A=67142

mm ， x i =31mm ，y i =87.5mm 。

按所选角钢进行验算：

x λ=x

ox i l =311507=48.61＜[λ]=150

y =y i =5

.87=51.36＜[λ]=150 由于 x y λλ>，只需求出y ϕ，查轴心受力稳定系数表，y ϕ＝0.847

A ϕN =6714

*847.01124830=197.8MPa<215MPa 所选截面合适。 2 .下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=521.17KN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Ox

l =3000mm

屋架平面外根据支撑布置取Oy

l =26700/2=13350mm

计算需要净截面面积*

A =

215

521170=f N =2424.052

mm ,选2L180⨯110⨯12，因为 Oy

l >

Ox

l ,

故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。

图 4 下弦截面

A=67422

mm ， x i =31mm ，y i =87.4mm 。

x λ=

x

ox i l 77.96313000

==<[λ ]=350 y λ=7.1524

.8713350

==y oy i l <[λ]=350 所选截面满足要求。 3. 端斜杆B a

已知N ＝-606.939kN ， Ox

l ＝Oy

l ＝2456mm 。因为

Ox

l ＝

Oy

l ，故采用不等肢

角钢，长肢相并，使x i ＝y i

，选用角钢2 L 140⨯90⨯10

A ＝4452.22mm ，x i ＝44.7mm ，y i

＝87.4mm

截面刚度和稳定验算：