钢结构设计实例.docx
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钢结构设计实例
设计资料
某车间。
采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。
车间跨度21m长度144m柱距6m厂房
高度12m车间内设有两台200/l50kN中级工作制吊车。
采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5mx6.0m大型预应力混凝土大型屋面板。
屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。
屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mX400mm混凝土标号为C2O
钢材采用Q235-B,焊条采用E43型，手工焊。
一、选择钢材和焊条
根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。
焊条采用E43型,
手工焊。
二、屋架形式及尺寸
无檩屋盖，i二1/10，采用平坡梯形屋架。
屋架计算跨度为Lq=L-300=20700mm
端部高度取H=1990mm
中部高度取H=H+1/2iL=1990+0.1x2100/2=3040mm
屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42m（按L/500考虑）。
为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间
长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。
屋架杆件几何长度（单位：
mrh
三、屋盖支撑布置
根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。
因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。
在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。
在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。
在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。
图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2山墙的端屋
架编号为GWJ-3其他屋架编号均为GWJ-1
附图2:
屋面支撑布置图（单位：
mm
四、荷载计算与组合
1、荷载计算
荷载计算及汇总表
项次
荷载名称
计算式
标准值
2
kN/m
设计值
2
kN/m
备注
1
防水层（三毛四油上铺小石子）
0.4
0.48
沿屋面坡向分布
2
水泥砂浆找平层
（20mml厚）
0.02X20
0.4
0.48
沿屋面坡向分布
3
泡沫混凝土保温层
（80mml厚）
0.1
0.12
沿屋面坡向分布
4
预应力混凝土大型屋面板（含灌缝）
1.4
1.68
沿屋面坡向分布
5
屋架和支撑自重
（0.12+0.011X21）
0.35
0.42
r沿水平分布
恒载总和
2.65
3.18
6
屋面均布活何载
0.35
0.56
沿水平面分布，计算
7
雪荷载
0.45
0.63
中取二者中的较大值
8
积灰何载
0.6
0.56
可变何载总和
0.75
1.19
由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。
风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。
2、荷载组合
计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：
使用阶段“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值只恒及F活分别为：
Pfi=3.18X1.5X6=28.62kN
F活=1.19X1.5X6=10.71kN
施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载”。
这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。
当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。
施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值F恒和
P活分别为：
F恒=0.42X1.5X6=3.78kN
P活=（1.68+0.63）X1.5X6=20.79kN
五、内力计算
采用图解法计算屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数。
根据算得的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。
杆力组合表
杆件名称
杆力系数
内力值
计算杆
内力
组合项目
P=1
使用阶段
施工阶段
P恒X3
P活X1
P活X2
P恒X
3
P活X1
P活X2
全跨
全跨恒载
全跨恒载
在左半跨
在右半跨
在左半跨
在右半跨
在左半跨
在右半跨
1
2
3
4
5
6
7
8
9
上弦
AB
-0.02
-0.01
-0.03
-0.86
-0.21
-0.11
-0.11
-0.42
-0.21
-1.18
4+5+6
BC：
-5.33
-2.17
-7.5
-214.65
-57.08
-23.24
-28.35
-110.81
-45.11
-294.98
4+5+6
CD
-5.33
-2.17
-7.5
-214.65
-57.08
-23.24
-28.35
-110.81
-45.11
-294.98
4+5+6
DE
-7.35
-3.94
-11.29
-323.12
-78.72
-42.20
-42.68
-152.81
-81.91
-444.04
4+5+6
EF:
-7.35
-3.94
-11.29
-323.12
-78.72
-42.20
-42.68
-152.81
-81.91
-444.04
4+5+6
fgI
-6.86
-5.32
-12.18
-348.59
-73.47
-56.98
-46.04
-142.62
-110.60
-479.04
4+5+6
GH
-6.86
-5.32
-12.18
-348.59
-73.47
-56.98
-46.04
-142.62
-110.60
-479.04
4+5+6
下弦
ab
3.02
1.09
4.11
117.63
32.34
11.67
15.54
62.79
22.66
161.65
4+5+6
be
6.68
3.09
9.77
279.62
71.54
33.09
36.93
138.88
64.24
384.25
4+5+6
cd
7.33
4.64
11.97
342.58
78.50
49.69
45.25
152.39
96.47
470.78
4+5+6
de
5.89
5.88
11.77
336.86
63.08
62.97
44.49
122.45
122.25
462.91
4+5+6
斜杆
aBI
-5.62
-2.03
-7.65
-218.94
-60.19
-21.74
-28.92
-116.84
-42.20
-300.87
4+5+6
Bb
3.93
1.84
5.77
165.14
42.09
19.71
21.81
81.70
38.25
226.93
4+5+6
bD
-2.62
-1.77
-4.39
-125.64
-28.06
-18.96
-16.59
-54.47
-36.80
-172.66
4+5+6
DeI
1.19
1.56
2.75
78.71
12.74
16.71
10.40
24.74
32.43
108.16
4+5+6
eF
-0.05
-1.51
-1.56
-44.65
-0.54
-16.17
-5.90
-1.04
-31.39
-61.35
4+5+6
Fd
-1.06
1.35
0.29
8.30
-11.35
14.46
1.10
-22.04
28.07
-20.94
29.17
7+8
7+9
dH
2.11
-1.33
0.78
22.32
22.60
-14.24
2.95
43.87
-27.65
-24.70
46.82
7+8
7+9
竖杆
Aa
-0.53
-0.01
-0.54
-15.45
-5.68
-0.11
-2.04
-11.02
-0.21
-21.24
4+5+6
Cb
-0.99
0
-0.99
-28.33
-10.60
0.00
-3.74
-20.58
0.00
-38.94
4+5+6
Ec:
-0.98
0
-0.98
-28.05
-10.50
0.00
-3.70
-20.37
0.00
-38.54
4+5+6
Gdl
-0.97
0
-0.97
-27.76
-10.39
0.00
-3.67
-20.17
0.00
-38.15
4+5+6
He
-0.06
-0.06
-0.12
-3.43
-0.64
-0.64
-0.45
-1.25
-1.25
-4.72
4+5+6
六、杆件截面选择
1、上弦FGGH
整个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。
N=-479.04kN,lox=1508mmloy=l1=3016m（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取li为两块屋面板宽）。
根据腹杆最大设计杆力2b=-300.87kN，取中间节点板厚度t=10mm支座节点板厚t=12mm
先由非对称轴选择截面，假设入=60,由附表4-2查得=0.807（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），需要的截面面积：
3
AN479.04102"宀2
=2761mm=27.61cm
f0.807215
一般角钢厚度w15mm属第一组，故取f=215N/mni需要的回转半径为
ys
l0y
301.6
60
5.03cm
上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T形截面。
根据需要的As、ixs、iys查附表7-5，
选用2L140X90X10（短边相连）：
A=42.4cm,ix=2.56cm，iy=6.77cm（节点板厚10mm，
［入］=150o
验算xsl0x150.858.9<［入］,x=0.810
ix2.56
22
139N/mmWf=215N/mm。
验算对称轴y的稳定承载力:
22
135N/mmWf=215N/mm。
满足要求。
垫板每节间放置一块（满足l1范围内不少于两块），ld=150.8/2=75.4cmv40i=40x4.47=178.8cm（i为4.47cm）。
2、下弦cd
下弦也不改变截面，采用最大设计杆力计算，N=470.78kN,10x=3000mmloy=20700/2=10350mm需要的净截面面积为
选用2L140X90x10（短边相连）：
A=42.4cm2,ix=2.56cm
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