梯形钢屋架课程设计计算说明

1钢结构设计课程设计姓 名 学 号 专 业 指导老师 2钢结构课程设计任务书一、设计题目长沙某工业厂房钢屋架设计二、设计资料长沙某工业厂房跨度为 18（21，24）m， 我的学号是 22 号故应取 21m厂房总长度 72m，柱距6m，采用 1 .56 m 预应力钢筋混凝土大型屋面板。屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为 400400mm，混凝土 强度等级为 C30，屋面坡度：1：10，抗震 设防烈度为 6 度，屋架下弦标高为 18m。钢 材选用 Q345B，焊条采用 E50 型，设计规范为钢结构设计规范（GB50017-2003）。三、设计内容1、进行屋盖支撑布置，并画出屋架 结构及支撑的布置图；2、选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；3、进行荷载计算、内力计算及内力组合，设计各杆件截面；4、对钢屋架的各个节点进行设计及验算（要在计算书内写出一般上下弦节点、下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程）；5、绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架 简图及材料表。四、要求的设计成果1.完成计算书一套，计算书应包含设计任务书， 设计计算过程。 2.计算书统一采用 A4 白纸,字迹工整，符号 书写正确，计算应有必要的数据及计算过程；采用专用绘图纸绘图，图纸布局合理，线条清晰， 线型适当。 3.用铅笔绘制 2#施工图，施工图应包括： 屋架简图（比例 1100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及起拱度；屋架正面图 ，上、下弦平面 图； 侧面图，节点详图；注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求；材料表； 设计说明。 4.计算书、图纸和任务书须装订为一整本， 图纸由于尺寸较大须折叠，装 订后图纸须能随意展开。3五、设计参考文献1 胡习兵，张再华. 钢结构设计M.北京：北京大学出版社，2013 2 钢结构设计规范（GB 50017-2003）S.北京：中国计划出版社，20033 王燕等. 钢结构设计M.北京：中国建筑工业出版社，2009 4 房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001）S.北京：中国计划出版社，20025 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001）S.北京：中国计划出版社，20026 钢结构设计手册（上册）（第三版）M.北京：中国建筑工业出版社， 2004一、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1.5m6.0m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，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 C22075202.5，屋面坡度i=l/10 。43、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 400mm400mm，所用混凝土强度等级为 C30，轴心抗压强度设计值 fc 14.3N/mm 2。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1.5m6m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 l 0 L 2 0.15 21 2 0.15 20.7m 。 跨中高度H 0=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。190 1350 290 2590 2890 30402613 2864 31242530 2864 3124 3901507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5150Aa c e g hB C D F G H1500 7=10500图 2三、支撑布置1、上弦横向水平支撑5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 42、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53、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。6图 6四、荷载与内力计算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/m 2 水泥砂浆找平层 0.4kN/m 2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/m 2悬挂管道 0.15kN/m 永久荷载总和： 3.15kN/m 2（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 1.4 0.7 5.33kN/m2屋架上弦节点荷载为P qA 5.33 1.5 6 kN（2）组合二：全跨永久荷载半跨活荷载全跨永久荷载：q1 1.2 kN/m2P q1 A 1.5 6 34.02kN半跨活荷载：q2 1.4 0.7 0.98kN/m 2P2 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：7q3 1.0 0.35 0.35kN/m 2P3 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/m2P4 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、内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内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），内力计算结果如表 1 所示杆件 内力系数（P=1 ） 组合一 组合二 组合三 计算内力名称 全跨 左半跨 右半跨 P P1 + P1 + P3 + P3 + (kN) P2 P2 P4 P4 AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0BC -10.7 -7.7 -3 -288.9 -270.428-240.8 -122.6 -74.2 -288.9CD -10.7 -7.7 -3 -288.9 -270.428-240.8 -122.6 -74.2 -288.9DE -17.3 -11.9 -5.4 -467.1 -433.78 -392.8 -192.6 -125.7 -467.1上 EF -17.3 -11.9 -5.4 -467.1 -433.78 -392.8 -192.6 -125.7 -467.1弦 FG -20.6 -13.3 -7.3 -556.2 -511.0. -473.2 -220.4 -158.6 -556.2杆 GH -20.6 -13.3 -7.3 -556.2 -511.0 -473.2 -220.4 -158.6 -556.2ac 5.7 4.2 1.5 153.9 144.68 127.67 66.3 38.5 153.9下 ce 14.4 10.2 4.2 388.8 362.9 325.1 163.4 101.6 388.8弦 eg 19.2 12.8 6.4 518.4 478.8 438.5 209.6 143.7 518.4杆 gh 21.2 13.1 8.1 572.4 522.22 490.7 220.8 169.3 572.4aB -11.1 -8.2 -2.9 -299.7 -281.9 -248.5 -129.4 -74.8 -299.7Bc 8.9 6.3 2.6 240.3 224.3 201 100.9 62.8 240.3cD -7.5 -4.9 -2.5 -202.5 -186.42 -171.3 -80.8 -56.1 -202.5斜 De 5.5 3.3 2.3 148.5 134.86 128.56 56.3 46.0 148.5腹 eF -4.3 -2.1 -2.2 -116.1 -102.4 -103 -39.0 -40.1 -116.1杆 Fg 2.8 0.8 2 75.6 63.1 70.76 19.6 31.9 75.6gH -1.6 0.3 -1.9 -43.2 -31.3 -45.2 -3.4 -26.0 -43.2Aa -1 -0.5 0 -27 -23.89 -20.74 -9.2 -4.05 -27Cc -1 -1 0 -27 -27.04 -20.74 -14.35 -4.05 -278竖 Ee -1 -1 0 -27 -27.04 -20.74 -14.35 -4.05 -27杆 Gg -1 -1 0 -27 -27.04 -20.74 -14.35 -4.05 -27Hh -1.5 -1.5 0 -40.5 -50.01 -31.1 -21.525 -6.075 -40.5表1三、杆件截面设计1、杆件计算长度系数及截面形式（1）上弦杆面内计算长度系数 1.0 。根据上弦横向水平支撑的布置方案（图 4），x面外计算长度系数 4.0 。 4 ，根据等稳定原则，采用两不等边角钢短yyx肢相并组成的T形截面。（2）下弦杆与上弦杆类似，面内计算长度系数 1.0 ，由图 5 可知，面外计算长x度 6m 。下弦杆受拉，不需要考虑稳定性，因此下弦杆采用两等肢角钢组0Yl成的 T 形截面。（3）支座腹杆（Aa、aB）面内和面外计算长度系数都为 1.0，采用两等肢角钢组成的 T 形截面。（4）再分式腹杆（ij、jK）面内计算长度系数 1.0 ，面外计算长度x201 11 2.7.750460.753940.523YNl l采用两不等边角钢短肢相并组成的 T 形截面。（5）跨中竖腹杆（Kk）采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为 0.9。（6）其它腹杆面内计算长度系数 0.8 ，面外计算长度系数 1.0 ，根据等稳定原则，xy采用两等肢角钢组成的 T 形截面。3、上弦杆上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 A 、A 杆的最大内力设计，即 N kN 。计算长度 l 1507mm ， 4l mm 。截面选用 2110 70 10 ，0X0Y短肢相并，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A 39.4cm 2 ， i x 2.26cm ， i y 6.11cm 。（1）刚度验算，满足0xy15.76.815023.49.Xlii（2）整体稳定验算9bt/t=125/10=12.50.56loy/bt=27,因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算长细比 y=49.3， max=66.7，上弦杆绕 x轴弯扭屈曲，按 b 类截面查得稳定系数 0.77 ，则 ，满足3222101.03/15/.48.NNmfNmA4、下弦杆下弦杆需要贯通，各杆截面相同，按 gi 杆的最大内力设计，即 N 572.4kN 。计算长度l 0x l 3000mm ， l 0y 6000mm 。截面选用 28010 ，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A 30.35cm 2 ， i x cm ， i y cm 。（1）刚度验算，满足0xy3.12.9735046.5Xlii（2）强度验算，满足32221.406./15/NNmfNmA5、再分式腹杆 ij-jK再分式腹杆在 j 节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力 N jk kN ， Nij42.1kN ；最大压力 N jK 59.4kN ， N ij 40.5kN 。可见，该杆截面由 jK 杆的最大拉力确定，即N kN 。计算长度 l0x l 2332mm ， l 0y 4290mm 。截面选用 2 45x4 ，肢背间距 a=6mm，所提供的截面几何特性为： A 6.972cm2 ，i x 1.38cm ，iy cm 。（1）刚度验算，满足0xy3.216.57308490.Xlii（2）强度验算，满足32225.1076./15/69NNmfNmA6、竖腹杆 Ii杆件轴力为 N 40.5kN，计算长度l 0u l0