梯形屋架钢结构课程设计长跨度24m

《钢结构》（钢屋架）课程设计任务书1.设计资料： (2)2.结构形式与布置 (3)3.荷载计算 (5)4.内力计算 (6)附件：设计资料1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》2、设计任务及参数：应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。

钢材选用Q235B，焊条采用E43型。

屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表，7位同学3、设计成果要求在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。

1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。

2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。

3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。

A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。

B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。

C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。

4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。

单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。

采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。

钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。

屋面活荷载标准值0.7KN/m 2，积灰荷载标准值0.6KN/m 2，雪荷载及风荷载见下表。

活载KN/m 21 2 3 4 5 6 7基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45（2）屋架计算跨度)(7.233.0240m l =-=（3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度mmh 19000=中部高度mm h 3100=（为6.7/0l ），屋架跨中起拱500/l 考虑，取48m. 2.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图所示：图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度（102m>60m ）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。

因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。

在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。

在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。

梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：屋架上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图3.荷载计算屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。

故取屋面活荷载0.7kN/2m 进行计算。

屋面风荷载迎风面 m KN /88.51235.00.1)0.1(4.11-=⨯⨯⨯-⨯=ω 背风面 m KN /82.31235.00.165.0(4.11-=⨯⨯⨯-⨯=ω由于屋面坡度较小，对荷载影响小，未予考虑。

风荷载对屋面为吸力，重屋架不考虑。

表 1 荷 载 计 算 表 荷载名称标准值（kN/2m ）设计值（kN/2m ） 预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.4×1.35＝1.89 三毡四油防水层（上铺绿豆沙）0.4 0.4×1.35＝0.54 找平层（厚2cm ） 0.3 0.3×1.35＝0.405 10cm 厚泡沫混凝土保温层 1×0.1＝0.1 0.1×1.35＝0.35 屋架和支撑自重 0.12+0.011×24=0.384 0.384×1.35＝0.5184 永久荷载总和 2.684 3.6234屋面活荷载 0.7 0.7×1.4＝0.98 积灰荷载 0.6 0.6×1.4＝0.84 可变荷载总和 1.3 1.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： 3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：KN F 991.4865.1)82.16234.3(=⨯⨯+=3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：611.3265.16234.31=⨯⨯=F半跨节点可变荷载：KN F 38.1665.182.12=⨯⨯=3.3.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 67.465.15184.03=⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：KN F 31.2365.1)7.089.1(4=⨯⨯+=1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。

4.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示：屋架计算简图由图解法或数解法解得F＝1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）。

然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2屋架构件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F×①第二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨①左半跨②右半跨③1F×①+2F×②1F×+2F×③3F×①﹢4F×②3F×①﹢4F×③5.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按GH,HI 杆件的最大内力设计，即KN N 89.797-=上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即在屋架平面外，本屋架为无檩体系，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oy l 为支撑点间的距离，即mm l oy 6000=根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。

如下图所示。

mml l o ox 1508==腹杆最大内力KN N 06.440-=，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取10mm,支座节点板刚度取12mm 。

设70=λ，查Q235钢的稳定系数表，可得751.0=ϕ（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积为236.4941215751.01089.797mm f N A =⨯⨯==ϕ需要回转半径：mm l i oxx 5.21701508===λ ， mm l i oy y 7.85706000===λ根据需要A ，x i ，y i 查角钢规格表，选用101101802⨯⨯L ，肢背间距a=10mm ，则：25680mm A =，mm i x 3.31=，mm i y 3.86=按所选角钢进行验算：52.693.866000===yoy y i l λ<[λ]=150, 758.0=y ϕ（b 类） 双角钢T 型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比yz λ,6.331160056.056.0110.1110=⨯=<==b l t b y 则yz λ=y λ=69.52，754.0=ϕ，MPa MPa A N 3.1865680754.01089.7973=⨯⨯=ϕ＜MPa 21518.483.311508===x ox x i l λ故所选截面满足要求。

填板每个节间放一块（满足1l 范围内不少于两块），尺寸取60mmx130mmx10mm 则 间距cm x i cm l d 2.12513.340404.7528.150==<==，取80cm 。

（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。

K N 86.741=Nmm l ox 3000= ，mm l oy 118502/23700==（因跨中有通长系杆），所需截面积为：235.34502151086.741mm f N A =⨯==选用101101802⨯⨯L ，因oy l ≥ox l ，故用不等肢角钢，短肢相并，如下图。

25680mm A =，mm i x 3.31=，mm i y 3.86=8.953.313000===x ox x i l λ＜350，31.1373.8611850===y oy y i l λ＜350 MPa MPa A N 21561.13056801086.7413<=⨯==σ故所选截面满足要求。

填板每个节间放一块，尺寸取60mm ×130mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d 4.25013.380801502300=⨯=<==，取150cm 。

（3）斜腹杆 ①端斜杆aB ：杆件轴力 KN N 06.440-= 计算长度 =ox l mm l oy 2448=因=ox l oy l ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使≈x i y i 。

选用8801252⨯⨯L ，肢背间距a=10mm ，则： 23200mm A =，mm i x 1.40=，mm i y 7.32= 按所选角钢进行验算：05.611.402448===x ox x i l λ86.747.322448===yoy y i l λ<[λ]=150 双角钢T 型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比yz λ,7.1788.24458.058.0108.08202=⨯=<==b l t b y 则yz λ=y λ（1+2204209.1tl b y ）=73.07×（1+y λ>=⨯⨯58.81)8.08.244809.1224故由58.81max ==yz λλ，b 类，678.0=ϕ，MPa MPa A N 8.2023200678.01006.4403=⨯⨯=ϕ＜MPa 215 故所选截面满足要求。

填板放两块，尺寸取60mm ×145mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d 8.13027.340406.8138.244=⨯=<==,取90cm 。