钢结构设计原理课程设计----大学毕业设计论文
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淮阴工学院课程实训
课程名称：钢结构设计原理
专业层次：土木工程（卓越）
班级：土木1134班
姓名：马惠冬
学号：1131401223
指导老师：顾文虎、刘慧
2 0 1 5 年1 1 月
1、设计资料
1）某厂房跨度为24m ，总长90m ，柱距6m ，屋架下弦标高为18m 。 2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。 3）屋面采用1.5×6m 的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。
4）该车间所属地区西安。 5）采用梯形钢屋架。
考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m 2 ②二毡三油防水层 400N/m 2 ③20mm 厚水泥砂浆找平 400N/m 2
④支撑重量70N/m 2
考虑活载：活载 700N/m 2
6）钢材选用Q345钢，焊条为E50型。
2、屋架形式和几何尺寸
屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。 屋面坡度 i=1/10；
屋架计算跨度L 0＝24000－300＝23700mm ；
端部高度取H=1990mm ，中部高度取H=3190mm （为L 0/7.4）。 屋架几何尺寸如图1所示：
1拱50
图1：24米跨屋架几何尺寸
三、支撑布置
由于房屋长度有6米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。
上弦平面支撑布置
屋架和下弦平面支撑布置
垂直支撑布置
4、设计屋架荷载
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式
（w P =0.12+0.011⨯跨度）计算，跨度单位为m 。 标准永久荷载： 二毡三油防水层
1.005x0.40=0.402kN/m 2 20mm 厚水泥砂浆找平层 1.005x0.4=0.402kN/m 2
预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.005x 1.4=1.407kN/m 2 屋架和支撑自重为
0.07+0.12+0.011x24=0.454kN/m 2
保温层 1.005x1=1.005N/m 2
_____________________________
共 3.67 kN/m 2
标准可变荷载：
屋面活荷载 0.7kN/m 2
_____________________________
共 0.7 kN/m 2
考虑以下三种荷载组合
① 全跨永久荷载+全跨可变荷载 ② 全跨永久荷载+半跨可变荷载
③ 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 （1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）
全跨节点荷载设计值：
F=(1.35x 3.67kN/m 2+1.4x 0.7x0.7kN/m 2 )x 1.5m X 6m=50.7645kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨永久荷载设计值： 对结构不利时：
F 1,1=1.35x3.67x1.5x6=44.5905KN （按永久荷载效应控制的组合） F 1,2=1.2x3.67x1.5x6=39.636KN （按可变荷载效应控制的组合） 对结构有利时：F 1,3=1.0x3.67x1.5x6=33.03KN
半跨可变荷载设计值：
F 2,1=1.4x(0.7x0.7)x1.5x6=6.174KN(按永久荷载为主的组合) F 2,2=1.4x0.7x1.5x6=8.82KN(按可变荷载为主的组合)
（3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效
应控制的组合）
全跨节点桁架自重设计值：
对结构不利时：F 3,1=1.2x0.454x1.5x6=4.9032KN
对结构有利时：
F 3,2=1.0x0.454x1.5x6=4.086KN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
()22
4
F 1.21.4k N m 1.40.7k N m 1.5m 6m =23.94k N =⨯+⨯⨯⨯
5、屋架杆件内力计算
用图解法先求出全垮和半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数，然后乘以实际的节点荷载，屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第二种和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全垮荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算靠近跨中的斜腹杆内力。
117
图1：24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
A a c e g g 'e 'c 'a '+3.480
.000-6.25-
9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-
4.49
-2.470.00
0.00
-6.53
-3.14
+0.71
+1.55+1.39
+1.56
+1.80
+2.12
+4.76
+1.90
-0.45
-2.47
-1.53
-1.75
-2.03
-2.34
-1.0-1.0-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+
1.
25B C D E F G H I H 'G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.01.0i
图2：24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
计算结果列于下表：