21米梯形钢屋架课程设计计算书

《钢结构设计》课程设计

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《钢结构》课程设计任务书

一、设计资料：

1、某工业厂房跨度为21m,厂房总长度72m，柱距6m。

2、采用1.5m×6.0m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢

C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。

3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.0m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc ＝14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板铰连接。

4、钢材用Q345-B，焊条用E50 系列型。

5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1 所示。

图1

二、屋架几何尺寸及檩条布置

1、屋架几何尺寸

屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；

屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。

由于梯形屋架跨度L = 21m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱

f = L / 500 = 42mm 。

屋架计算跨度l0= L - 2 ⨯ 0.15 = 21 - 2 ⨯ 0.15 = 20.7m 。

跨中高度H

=h0+i⨯ l0 /2=2935mm。

为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示屋架。

1

9

9

1350

2

2

9

2

5

9

2

8

9

3

4

2

6

1

3

2

8

6

4

3

1

2

4

2

5

3

2

8

6

4

3

1

2

4

3

3

9

0 1507.5

1507.51507.51

507.5

1507.5

1507.5

1507.5 150

A

a c e g h

B

C D F

G H

15007=10500

×

图2

三、支撑布置

1、上弦横向水平支撑

上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。

本车间长度为72m, 因此需要布置三道横向水平支撑，如图4所示。

图 4

2、下弦横向和纵向水平支撑

屋架跨设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图5所示

图5

3、垂直支撑

垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图6 所示。

图6

四、荷载与力计算

1、荷载计算

1）永久荷载

（1）永久荷载

三毡四油(上铺绿豆砂)防水层（冷底子油） 0.4kN/m2

水泥砂浆找平层 0.4kN/m2

保温层（珍珠岩） 0.45kN/m2

预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2

屋架及支撑自重 0.35kN/m2

悬挂管道 0.15kN/m

永久荷载总和： 3.15kN/m2

（2）可变荷载

（a）活荷载：屋面活荷载0.7kN/m 2活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置风荷载计算信息: 不计算风荷载

2、荷载组合

设计屋架时，应考虑以下四种组合：

（1）组合一：全跨永久荷载＋全跨活荷载

永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为

q = 1.2 ⨯3.15+ 1.4 ⨯ 0.7 = 5.33kN/m2

屋架上弦节点荷载为

P = qA = 5.33 ⨯1.5 ⨯ 6 =47.97kN

（2）组合二：全跨永久荷载＋半跨活荷载

全跨永久荷载：

q1= 1.2 ⨯3.15=3.78kN/m2

P = q1 A =3.78⨯1.5 ⨯ 6 = 34.02kN

半跨活荷载：

q2= 1.4 ⨯ 0.7 = 0.98kN/m 2

P2= q2 A = 0.98 ⨯1.5 ⨯ 6 = 8.82kN

（3）组合三：全跨屋架及支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨施工荷载全跨屋架及支撑自重：

q3= 1.0 ⨯ 0.35 = 0.35kN/m 2

P3= q3 A = 0.35 ⨯1.5 ⨯ 6 = 3.15kN

半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载：

q4= 1.2 ⨯ ( 0.30 + 0.07 ) + 1.4 ⨯ 0.5 = 1.144kN/m2

P4= q4 A = 1.1444 ⨯1.5 ⨯ 6 = 10.30kN

上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。

3、力计算

本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的力系数（单位节点力