梯形钢屋架课程设计

梯形钢屋架课程设计

一、设计资料

（1） 题号80，屋面坡度1：16，跨度30m ，长度96m ，柱距6m ，地点：哈尔

滨，基本风压：0.45kN/m 2,基本雪压：0.45 kN/m 2

（2） 采用1.5m ×6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保护层，

卷材屋面，屋面坡度i=1/16。屋面活荷载标准值0.7kPa ，雪荷载标准值为0.45 kN/m 2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m 2。

（3） 混凝土采用C20，，钢筋采用Q235B 级，焊条采用E43型。 （4） 屋架计算跨度：l 0=30m-2×0.15m=29.7m

（5） 跨中及端部高度：采用无檩体系屋盖方案，缓坡梯形屋架。 取屋架在29.7m 轴线处的高度m h 972.10=

取屋架在30m 轴线处的端部高度m h 963.10

=' 屋架的中间高度m il h h 900.22

7

.29161972.12/00=⨯+

=+= 屋架跨中起拱按500/0l 考虑，取60mm 。

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸如下图：

梯形钢屋架支撑布置如下图：

屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载0.7 kN/m 2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2(0.120.011)/k g l kN m =+计算，跨度单位为米（m ）。荷载计算表如下：

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：

kN F 629.5565.1)82.1361.4(=⨯⨯+=

（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：

kN F 249.3965.1361.41=⨯⨯=

半跨节点可变荷载：

kN F 38.1665.182.12=⨯⨯=

（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 全跨节点屋架自重：

kN F 47.565.1608.03=⨯⨯=

半跨接点屋面板自重及活荷载：

kN F 83.2565.1)98.089.1(4=⨯⨯+=

（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下:

由数解法解得F=1时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).然后进行组合,如下表:

5、杆件设计 （1） 上弦杆

整个上弦采用等截面，按IJ 、JK 杆件的最大设计内力设计，即 N= -1476.95kN 上弦杆计算长度：

屋架平面内：为节间轴线长度，即

m l l ox 503.10==

屋架平面外：由于屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取y l 0为支撑点间的距离，即 y l 0=3m

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：

腹杆最大内力N= -642.51kN ，查表得中间节点板厚度选用12mm ，支座节点板厚度选用14mm 。

设λ=60，查Q235钢的稳定系数表，得807.0=ϕ（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属b 类），则需要的截面积为:

23

4.8512215

807.01095.1476mm f N A =⨯⨯=⨯=ϕ

需要的回转半径： mm m l i ox

x 05.2560

503

.1==

=

λ

mm l i oy

y 5060

3

==

=

λ

根据需要A 、x i 、y i 查角钢表，选用2∟180×110×16，肢背间距a=12mm ，则：A=8827.82mm ，x i =30.6mm ，y i =88.4mm

验算：

94

.334

.883000

12.496.301503======

y oy

y x ox x i l i l λλ

由于[λ]=150，所以满足细长比要求。

因为x y λλ>，只需求y ϕ，查表得y ϕ=0.861，则

MPa MPa MPa A N y 2157.1908.8827861.01014.14493

<=⨯⨯=ϕ 故所选截面符合要求。 （2） 下弦杆

整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的杆计算. N=1421.32kN

m l ox 3000=,14850229700

==

oy l mm(因跨中有通长系杆),所需截面为: 2211.668.6610215

1421320cm mm f N A ====

选用2∟180×110×12,因ox oy l l >>,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图

cm i cm i cm cm A y x 75.8,10.3,11.6642.6722==>=

3507.16975

.81485

35077.9610.330000<==

=

<===

y

y y x x x i l i l λλ

故所选截面符合要求。 (3) 端斜杆aB

杆件轴力: N= -642.51kN 计算长度: mm l l oy ox 2506==

因为oy ox l l =,故采用不等肢角钢,长肢相并,使oy ox l l ≈.选用2∟140×90×10,则 A=44.522cm 2，cm i x 47.4=， cm i y 74.3=

06.5647

.46.250===

x ox x i l λ 00.6774

.36

.250==

=

y

oy y i l λ 因为y x λλ>，只需要求y ϕ，查表得0.769，则

MPa MPa A N y 21566.1872.4452769.01051.6423

<=⨯⨯==ϕσ

所以所选截面符合要求。 （4）腹杆eK eg -

此杆可在g 点处不断开，采用通杆。

最大拉力： kN N kN N eg gK 46.86,19.128== 最大压力： kN N kN N gK eg 41.63,77.67-=-= 在桁架平面内的计算长度取节点中心间距

mm l x 20860=，mm l l 41722086221=⨯==

在桁架平面外的计算长度：