钢结构T型屋架课程设计.docx

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钢结构T型屋架课程设计

一、设计资料

1、题号25的已知条件：

梯形钢屋架跨度21m，长度60m，柱距6m。

冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g。

采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i＝1/16。

屋面活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载标准值为0.1kN/m2，基本风压0.25kN/m2,积灰荷载标准值为0.6kN/m2。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土标号为C20。

钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：

l0=21m-2×0.15m=20.7m。

3、跨中及端部高度：

设计为无檩体系方案，由于成都市的年降水量很少，采用缓坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度h0'=1.944m，屋架中间高度h=2.600m（取为l0/8），则屋架在20.7m处，两端的高度为h0=1.953m。

屋架跨中起拱按l0/500考虑，取50mm。

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸如图1所示。

图1

根据厂房长度（60m≤60m）、跨度及荷载情况，设置两道上下弦横向水平支撑。

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。

在上弦平面设置刚性系杆与柔性系杆，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。

由于l=21m<30m，故在

跨度中央设置一道垂直支撑。

梯形钢屋架支撑布置图如图2所示。

图2（a）

图2（b）

图2（c）

图2梯形钢屋架支撑布置

（a）桁架上弦支撑布置图；（b）桁架下弦支撑图；（c）垂直支撑1—1

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

3、荷载计算

考虑到屋面活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。

因此，取屋面雪荷载0.75kN/m2。

屋架沿水平投影积分的重分布的自重（包括支撑）按经验公式gk=（0.12+0.011L）kN/m2计算.跨度单位为米（m）.荷载计算见表1。

表1荷载计算

荷载名称

标准值（kN/m2）

设计值（kN/m2）

永

久

荷

载

预应力混凝土大型屋面板

1.4

1.4×1.35=1.89

三盏四油防水层

0.4

0.4×1.35=0.54

找平屋（厚20mm）

0.02×20=0.4

0.4×1.35=0.54

80mm厚泡沫混凝土保温层

0.08×6=0.48

0.48×1.35=0.648

屋架各支撑自重

0.12+0.011×30=0.45

0.45×1.35=0.608

管道荷载

0.1

0.1×1.35=0.135

永久荷载总和

3.23

4.361

可变荷载

屋面活荷载

0.75

0.75×1.4=1.05

积灰荷载

0.6

0.6×1.4=0.84

可变荷载总和

1.35

1.89

设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合，在组合时，偏于安全不考虑屋面活荷载和积灰荷载的组合值系数。

（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为

F=（4.361+1.89）×1.5×6=56.259kN

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载。

全跨节点永久荷载：

F1=4.361×1.5×6=39.249kN

半跨可变荷载:

F2=1.89×1.5×6=17.01kN

（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:

F3=0.608×1.5×6=5.47kN

半跨节点屋面板自重及活荷载:

F4=（1.89+0.75）×1.5×6=23.76kN

上述计算中，

（1）,

（2）为使用节点活荷载情况,（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3所示。

（a）

（b）

（c）

图3

由图解法或数解法（本设计采用结构力学求解器）F=1的屋架的内力系数（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，计算结果如表2。

表2屋架杆件内力组合

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③

F1*①+F2*②

F1*①+F2*③

F3*①+F4*②

F3*①+F4*③

上弦

0.00

BC,CD

-8.44

-6.35

-2.82

-474.60

-439.07

-379.09

-196.95

-113.17

-474.60

DE,EF

-12.96

-9.07

-5.19

-729.23

-663.08

-596.94

-286.48

-194.10

-729.23

FG,GH

-14.39

-9.00

-7.20

-809.79

-717.97

-687.37

-292.48

-249.74

-809.79

下弦

4.79

3.68

1.47

269.20

250.42

212.85

113.63

61.15

269.20

11.12

8.09

4.05

625.83

574.22

505.41

253.07

156.96

625.83

13.99

9.33

6.22

787.06

707.73

654.86

298.11

224.26

787.06

14.14

8.08

795.22

692.17

269.23

795.22

斜腹杆

-8.07

-6.21

-2.48

-454.07

-422.39

-359.03

-191.67

-103.17

-454.07

6.18

4.48

2.27

347.46

318.56

280.95

140.16

87.62

347.46

-4.79

-3.14

-2.20

-269.42

-241.36

-225.37

-100.78

-78.44

-269.42

3.24

1.73

2.02

182.45

156.68

161.66

58.80

65.76

182.45

-1.99

-0.51

-1.98

-112.18

-86.99

-111.86

-23.10

-57.83

-112.18

0.71

-0.66

1.83

40.06

16.74

59.04

-11.76

47.33

59.04

0.46

1.80

-1.79

25.99

48.82

-12.30

45.39

-39.98

48.82-39.98

竖杆

-0.50

0.00

-28.13

-19.62

-14.62

-2.74

-28.13

-1.00

0.00

-56.43

-56.41

-39.38

-29.29

-5.51

-56.43

-1.00

0.00

-56.03

-56.05

-39.06

-29.14

-5.40

-56.03

-1.01

-1.00

0.00

-56.54

-56.51

-39.48

-29.33

-5.54

-56.54

0.00

5、杆件设计

（1）上弦杆。

整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大内力设计，即N=-809.79KN。

上弦杆计算长度如下。

在屋架平面内：

为节间轴线长度，即

lox=l0=1.503m

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，根据支撑布置和内力变化情况，取loy为支撑点间的距离，即

loy=l1=1.503×4=6.012m

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等角肢钢，短肢相并。

腹杆最大内力为N=-454.07kN，查周俐俐主编《钢结构》表8-4，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。

设，钢材选用Q235，查稳定系数表，可得（b类截面），则需要的截面积为：

需要的回转半径为

图4上弦杆截面

根据需要的A、、、查角钢规格表，选用2L180×110×10，肢背间距a=10mm,如图4，则A=6742mm2,=31.05cm，=8.71cm

按所选角钢进行验算：

满足长细比要求。

由于，只需求即可，故所选截面合适。

（2）下弦杆。

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的de杆计算，则

N=795.22kN

，，所需截面为

选用2L125×80×10，因为，故用不等肢角钢，短肢相并。

见图5，查周俐俐主编《钢结构》附录14、15可得A=39.42>36.99,=2.26cm,=6.11cm。

图5下弦杆截面

按所选角钢进行验算：

；

因此，所选截面合适。

（3）端斜杆aB。

杆件的轴力为N=-454.07kN，计算长度为。

因为lox=loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。

选用2L1258010，见图6，则查周俐俐主编《钢结构》附录14、15可得A=39.42,=3.98cm,=3.31cm

按所选的角钢进行验算：

因，只需求，查表=0.710，则

图6端杆aB截面

因此，所选截面合适。

（4）腹杆dH。

此杆采用通长杆件。

最大拉力：

N=48.82kN

最大压力：

N=39.98kN

dH在桁架平面内的计算长度取为

，

故采用等边角钢，选用2L63×5，见图7，肢背间距取10mm，查查表得A=13.76，=1.94cm=3.04cm。

按所选角钢进行验算：

图7腹杆dH截面

因，只需求，查周俐俐主编《钢结构》附表12-2得=0.349，则

拉应力为

因此所选截面合适。

（5）竖杆Cb

N=-56.43kN，。

。

由于杆件内力较小，取，需要的回转半径为

图8竖杆Cb截面

查周俐俐主编《钢结构》附录13，选截面的，教上述计算的，略大些。

选用2L63×5，见图8，其几何特性为A=12.28，=1.94cm,=3.04cm,则

因，只需求，由查表得=0.634，则

因此所选截面合适。

剩下各杆件的截面选择计算结果见表3。

表3屋架杆件截面选择

名称

杆件编号

内力（kN）

计算长度（cm）

截面规格

截面面积（cm2）

回转半径（cm）

长细比

容许长细比

稳定系数

计算应力

（N/mm2

上弦

FG、GH

-809.79

150.3

601.2

2L180×110×10

67.42

31.05

8.71

47.71

69.02

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