钢结构课程设计参考.

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×

224000

=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

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∑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