钢结构桁架课程设计计算书.doc
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浙江工业大学建筑工程学院
2010/2011学年短学期
建筑工程2008级专业课程设计指导书
课程名称：
钢结构设计
题 目：
30m梯形钢屋架结构设计
学生姓名：
学 号：
班 级：
建筑工程2008
（1）
（2）
指导教师：
赵滇生吴剑国
2011年7月
一、设计计算资料
1.车间平面尺寸为144m×30m，柱距9m，跨度为30m，柱网采用封闭结合。
车间内有两台15t/3t中级工作制软钩桥式吊车。
2.屋面采用长尺复合屋面板，板厚50mm，檩距不大于1800mm。
檩条采用冷弯薄壁卷边槽钢C200×70×20×2.5，屋面坡度i=l/20～l/8。
3.钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高9.000m，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Q235-B，焊条用E43系列型。
5.屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如下图所示。
6.该车间建于杭州近郊。
7.屋盖荷载标准值：
（l）屋面活荷载 0.50kN/m2
（2）基本雪压s0 0.45kN/m2
（3）基本风压w0 0.45kN/m2
（4）复合屋面板自重 0.15kN/m2
（5）檩条自重 查型钢表
（6）屋架及支撑自重 0.12+0.01lkN/m2
8.运输单元最大尺寸长度为15m，高度为4.0m。
二、屋架几何尺寸的确定
1.屋架杆件几何长度
屋架的计算跨度，端部高度取跨中高度为。
跨中起拱高度为60mm（L/500）。
梯形钢屋架形式和几何尺寸如图1所示。
（虚线为起拱后轮廓）
2.檩条、拉条、及撑杆：
长尺复合屋面板可以不考虑搭接需要，檩条最大允许间距为1800mm。
另外，屋架上弦节点处一般应设檩条。
所以，将檩条设置在各上弦结点上，檩距为1502mm，檩条跨度在时，至少在跨中布置一道拉条，跨度大于时，宜布置两道。
此檩条跨度为9m，可在3分点处分别布置一道拉条，布置如下图：
三、屋盖支撑布置
1、设置支撑的必要性及图示
必要性：
平面屋架在其本身平面内，由于弦杆与腹杆构成了三角形几何不变铰接体系而具有较大刚度，但在垂直于屋架平面内，不设支撑体系却不能保持其几何不变，当在屋架端部两屋架间未设置垂直支撑时，虽然有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向为作用下屋架会倾斜。
各支撑作用：
1）横向支撑上弦平面横向支撑能保证上弦杆的侧向稳定性，当山墙柱的上端支撑于屋架上下弦某些节点上时，横向支撑可传递山墙上的纵向水平荷载。
2）纵向支撑与横向支撑一起形成水平刚性盘，增加房屋整体刚度，在车间设有吊车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻受荷载较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形，有托梁时，可保证托梁的侧向稳定。
3）垂直支撑保持屋架侧向的几何特性和稳定性，下弦无横向支撑时，作为下弦系杆的节点，传递山墙所受纵向风荷载等至屋架柱，保证吊装屋架时的稳定和安全。
其中SC为上弦支撑、XC为下弦支撑、CC为垂直支撑、GG为刚性系杆、LG为柔性系杆、GWJ为屋架。
四、荷载计算
1、永久荷载（水平投影面）
压型钢板kN/㎡
檩条（0.5kN/m）查表得到Z250×70×20×2.5的檩条每米长质量为8.380kg/m
kN/㎡
屋架及支撑自重0.12+0.01L=0.42kN/㎡
合计0.628kN/㎡
2、可变荷载（水平投影面）
屋面荷载和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0.5kN/㎡进行计算。
3、风荷载
风压高度变化系数为1.025，屋面迎风面的体型系数为-0.6，背风面为-0.5，所以负风压标准值（垂直于屋面）为：
迎风面：
kN/㎡
背风面：
kN/㎡
对轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，此时屋架弦杆和腹杆中的内力均可能变号，必须考虑风荷载组合。
但此处风荷载小于永久荷载，故不考虑风荷载的影响。
五、屋架杆件内力计算与组合
由永久荷载控制的荷载组合值为：
kN/㎡
由可变荷载控制的荷载组合值为：
kN/㎡
故可变荷载效应起控制作用。
每个节点的负载面积为㎡
①压型钢板0.150×13.5=2.025kN
②檩条（0.5kN/m）0.058×13.5=0.783kN
③屋架及支撑自重0.42×13.5=5.67kN
④活荷载取为0.5×13.5=6.75kN
1、荷载组合
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）全跨屋架、支撑及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载
组合一:
全跨永久荷载+全跨可变荷载：
中间节点荷载：
kN
端部节点荷载：
kN
组合二:
全跨永久荷载+半跨可变荷载：
（假设半跨可变荷载在左边半跨）
左中结点荷载kN
左端结点荷载kN
右中结点荷载kN
右端结点荷载kN
正中结点荷载kN
组合三:
全跨屋架及支撑自重+半跨屋面结构材料+半跨施工荷载：
（假设半跨屋面结构材料+半跨施工荷载在左半跨）
左中结点荷载kN
左端结点荷载kN
右中结点荷载kN
右端结点荷载kN
正中结点荷载kN
2、由结构力学求解器求得各杆内力
杆件
组合一（kN）
组合二（kN）
组合三（kN）
内力设计值（kN）
在左
在右
在左
在右
下弦杆
ab
0
0
0
0
0
0
bd
305.41
264.8
198.92
250.32
160.94
305.41
df
509.65
433.28
340.56
406.03
280.26
509.65
fh
621.77
515.15
428.93
477.12
360.15
621.77
hj
661.58
529.05
475.48
481.77
409.1
661.58
jk
643.58
488.6
488.6
433.32
433.32
643.58
上弦杆
AB
-160.68
-140.5
-103.47
-133.3
-83.07
-160.68
BC
-160.68
-140.5
-103.47
-133.3
-83.07
-160.68
CD
-421.08
-361.73
-277.62
-340.56
-226.45
-421.08
DE
-421.08
-361.73
-277.62
-340.56
-226.45
-421.08
EF
-576.56
-484.34
-391.09
-451.44
-324.94
-576.56
FG
-576.56
-484.34
-391.09
-451.44
-324.94
-576.56
GH
-650.52
-530.31
-457.43
-487.43
-388.55
-650.52
HI
-650.52
-530.31
-457.43
-487.43
-388.55
-650.52
IJ
-659.88
-515.56
-486.4
-464.07
-424.51
-659.88
JK
-659.88
-515.56
-486.4
-464.07
-424.51
-659.88
竖杆
Aa
-196.2
-172.79
-125.12
-164.44
-99.76
-196.2
Bb
-19.56
-19.57
-10.13
-19.57
-6.77
-19.57
Dd
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Ff
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Hh
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Jj
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Kk
0
0
0
0
0
0
斜杆
Ab
239.89
209.76
154.48
199.01
124.02
239.89
Cb
-214.95
-184.62
-141.76
-173.8
-115.65
-214.95
Cd
170.79
143.1
116.21
133.22
96.75
170.79
Ed
-138.86
-112.2
-98.64
-102.69
-84.29
-138.86
Ef
103.15
78.64
77.99
69.89
69.01
103.86
Gf
-75.17
-51.41
-62.72
-42.94
-58.28
-75.17
Gh
45.71
23.72
45.69
15.88
45.68
45.71
Ih
-20.38
1.03
-31.98
8.67
-36.12
8.67-36.12
Ij
-4.33
-24.27
17.69
-31.38
25.54
25.54-31.38
Kj
27.84
47.33
-5.06
54.28
-16.79
54.28-16.79
将上表中每根杆件的内力最大值选出，即得到最不利内力组合，如下图：
六．屋架节点板厚度，杆件截面选择和填板设置。
1.屋架节点板厚度确定
一个桁架的所有节点板厚宜相等（支座节点板比其他节点板厚2mm），根据受力最大杆件来确定，所有腹杆中，杆的内力最大，为181kN<239.89KN＜300KN，查表得：
屋架中间节点板厚度取8mm,支座节点板厚度取10mm。
2.杆件截面选择
⑴上弦杆
上弦杆IJ和JK所受轴力最大，为受压杆，内力设计值为。
规范规定弦杠在桁架平面内的计算长度均取故上弦杠
平面外
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