米跨度钢结构课程设计-示例

钢结构课程设计示例

附录A 梯形钢屋架设计示例

－、设计资料

某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为18m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。

屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/㎡，雪荷载标准值为0.5kN/㎡，积灰荷载标准值为0.75kN/㎡。

屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C20。

根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235B，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。

屋架的计算跨度：Lo=18000-2×150=17700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）,中部高度2900mm。

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸见图A-1所示。

图A-1 屋架形式及几何尺寸

屋架支撑布置见图B-2所示。

符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）

图A-2 屋架支撑布置图

三、荷载与内力计算

1.荷载计算

荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。

永久荷载标准值

防水层（三毡四油上铺小石子） 0.35kN/㎡

找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.02×20=0.40kN/㎡

保温层（120mm厚泡沫混凝土） 0.12×6=0.70kN/㎡

预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡

钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×18=0.318kN/㎡

管道设备自重 0.10 kN/㎡

总计 3.068kN/㎡

可变荷载标准值

雪荷载 0.75kN/㎡

积灰荷载 0.50kN/㎡

总计 1.25kN/㎡

永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制）

可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡

2.荷载组合

设计屋架时，应考虑以下三种组合：

组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架上弦节点荷载 P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN

组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载

P=4.0644×1.5×6=36.59 kN

屋架上弦节点荷载

1

P=1.75×1.5×6=15.75 kN

2

组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载

P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN

屋架上弦节点荷载

3

P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN

4

3.内力计算

本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表A-1。

由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。

杆件名称 全跨⑴左半跨⑵右半跨⑶P×⑴P1×⑴＋P2×⑵P1×⑴＋P2×⑶P3×⑴＋P4×⑵P3×⑴＋P4×⑶

计算内力(KN)

AB 0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD -11.11-8.01-3.74-616.38-557.79-477.09-246.80-141.89-616.38DE -17.89-12.26-6.79-992.54-886.13-782.75-381.73-247.34-992.54EFG -18.47-12.84-6.79-1024.72-918.31-803.96-398.59-249.95-1024.72GHIJ -20.14-12.19-9.44-1117.37-967.11-915.14-390.14-322.57-1117.37a-b 5.93 4.37 1.89329.00299.51252.64134.0673.12329.00b-c 14.9410.52 5.33828.87745.33647.24325.71198.19828.87c-d 21.0813.489.161169.521025.88944.23426.06319.921169.52d-e 18.259.809.801012.51852.81852.81322.91322.911012.51Aa -0.50-0.500.00-27.74-27.74-18.29-14.54-2.25-27.74Ba -11.16-8.22-3.54-619.16-563.59-475.14-252.19-137.20-619.16Bb 8.96 6.29 3.21497.10446.64388.43194.87119.19497.10Cb -1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48Db -7.44-4.88-3.08-412.77-364.39-330.37-153.38-109.16-412.77Dc 5.48 3.21 2.73304.03261.13252.06103.5391.74304.03Ec -1.50-1.500.00-83.22-83.22-54.87-43.61-6.75-83.22E10.730.730.0040.5040.5026.7021.22 3.2940.50c1-4.56-1.78-3.35-252.99-200.45-230.12-64.25-102.83-252.99F1-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48G1-3.76-0.98-3.35-208.60-156.06-200.86-41.00-99.23-208.60

Gd -2.26-2.930.51-125.38-138.05-73.03-82.16 2.36 2.36 -138.05

Hd 0.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.000.000.00-156.06I20.000.000.000.000.000.000.000.000.00J2d 2.69 3.50-0.61149.24164.5586.8798.10-2.88164.55 -2.88

Je

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

屋架杆件内力组合表 表A-1

注：表内负责表示压力；正值表示拉力

图A-3 屋架简图

四、杆件截面设计

腹杆最大内力，N=-619.16KN ，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm ；其余节点板与垫板厚度取12mm 。 1.上弦杆

整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1117.37KN 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度x l 0=150.8cm

屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间

长度：y l 0=3000cm

因为2x l 0≈y l 0，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图A-4