18M跨钢屋架设计钢结构课程设计.doc
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钢结构设计课程设计
――18M跨钢屋架设计
土木工程（工程管理）专业本科（四年制）适用
成绩：
指导教师：
徐晓天
班级：
土木工程
学生姓名：
滕达
设计时间：
2014年9月25日
中国海洋大学工程学院土木工程系
土木工程教研室
一、设计资料
1、青岛地区某金属加工厂厂房总长度90m，跨度为18m.，柱距6m，采用梯形角钢屋架，钢材Q235B，焊条E43型。
无檩无天窗屋盖体系，1.5×6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10。
屋架下弦标高为18m；厂房内设A5级150/30t桥式吊车2台。
几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。
2.屋架荷载标准值（水平投影面计）
①屋架及支撑自重：
按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；
②可变荷载：
查《建筑结构荷载规范GB50009-2012》，活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者的较大值。
不考虑积灰荷载和风荷载的影响。
③屋面各构造层的荷载标准值：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2
水泥砂浆找平层0.4KN/m2
保温层：
0.4KN/m2
一毡二油隔气层0.05KN/m2
水泥砂浆找平层0.3KN/m2
预应力混凝土屋面板1.45KN/m2
左侧为屋架杆件几何尺寸右侧为屋架全跨单位荷载
作用下各杆件的内力值
二、设计成果
1、依据《钢结构设计手册》《建筑抗震设计规范GB50011-2010》《钢结构设计规范GB50017-2003》《建筑结构荷载规范GB50009-2012》完成屋架支撑布置，杆件及节点设计，形成计算说明书，封面自行设计，A4纸张打印；
2、绘制屋架施工详图，支撑布置图，A3纸打印，与计算说明书装订到一起。
三、设计过程要求
将学号最后两位除以10后加表中内力系数，即为新内力系数，继续完成后续计算设计。
每人一题，避免重复，计算书及图纸相同者均不通过
屋架杆件内组合表
注：
表内负值表示压力：
正值表示拉力。
表1
杆件
名称
内力系数（F=1）
第一种
组合
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力KN
全跨
左半
全跨
右半
全跨
上
弦
AB
0.00
0.00
0.00
BCD
-6.22
-4.37
-1.85
DEF
-8.99
-5.64
-3.36
FG
-9.10
-4.55
-4.55
下
弦
ab
3.47
2.54
0.93
bc
7.96
5.33
2.64
cd
9.28
5.31
3.97
斜腹杆
aB
-6.50
-4.75
-1.75
Bb
4.74
3.16
1.58
bD
-3.38
-1.86
-1.52
Dc
1.88
0.54
1.34
cF
-0.69
0.62
-1.31
Fd
-0.46
-1.63
1.17
竖杆
Aa
-0.50
-0.50
0.00
Cb
-1.00
-1.00
-1.00
Ec
-1.00
-1.00
-1.00
Gd
0.81
0.46
0.41
18m钢屋架课程设计（方案）
计算书
1.荷载计算
1.1永久荷载
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4×1.2=0.48KN/㎡
水泥砂浆找平层0.4×1.2=0.48KN/㎡
保温层0.4×1.2=0.48KN/㎡
一毡二油隔气层0.05×1.2=0.06KN/㎡
水泥砂浆找平层0.3×1.2=0.36KN/㎡
预应力混凝土屋面板1.45×1.2=1.74KN/㎡
屋架和支撑自重（0.12＋0.011L）×1.2=（0.12＋0.011×18）×1.2=0.382KN/㎡
恒荷载总和3.982KN/㎡
1.2可变荷载
不考虑积灰荷载和风荷载的影响
活荷载（或雪荷载）0.7×1.4=0.98KN/㎡
可变荷载总和0.98KN/㎡
注：
屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。
风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不予考虑。
1.3屋架跨度计算
L=Ɩ－300=（18000－300）mm=17700mm
屋架高跨比h/L=2890/17700=1/6.12，符合经济高度要求。
1.4支撑布置
根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。
考虑到柱网的布置情况，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。
在第一柱间的上弦设置刚性细杆保证安装时上弦的稳定，下弦设置刚性细杆以传递山墙风荷载。
在设有横向水平支撑柱间的屋架跨中及两端设三道竖向支撑。
1.5荷载组合
屋架设计时，应考虑一下三种荷载组合：
使用阶段：
①全跨永久荷载＋全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载：
F1=（3.982＋0.98）×1.5×6KN=44.658KN
②全跨永久荷载＋半跨可变荷载
F2=3.982×1.5×6KN=35.838KN
F2´=0.98×1.5×6KN=8.82KN
施工阶段：
③全跨屋架和支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷
F3=0.382×1.5×6KN=3.438KN
F3´=（1.74＋0.98）×1.5×6KN=24.48KN
1.6内力计算
根据学号（080142011069）最后两位除以10加表中内力系数为新内力系数，得出下表
屋架杆件内组合表
注：
表内负值表示压力：
正值表示拉力。
表1
杆件
名称
内力系数（F=1）
第一种
组合
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力KN
全跨
左半
全跨
右半
全跨
上
弦
AB
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
BCD
-13.12
-11.27
-8.75
-585.91
-569.60
-547.37
-321.00
-259.31
-585.91
DEF
-15.89
-12.55
-10.26
-709.62
-680.07
-659.96
-361.61
-305.79
-709.62
FG
-16.00
-11.45
-11.45
-714.53
-674.40
-674.40
-353.30
-353.30
-714.53
下
弦
ab
10.37
9.44
7.83
463.10
454.90
440.70
266.74
227.33
463.10
bc
14.86
12.23
7.54
663.62
640.42
616.70
350.48
284.63
663.62
cd
16.18
12.21
10.87
722.57
685.55
675.73
354.53
321.72
722.57
斜腹杆
aB
-13.4
-11.65
-8.65
-598.42
-582.98
-556.52
-331.26
-257.82
-598.42
Bb
11.64
10.06
8.48
519.82
505.88
491.95
286.29
247.61
519.82
bD
-10.28
-8.76
-8.42
-459.08
-445.68
-442.68
-249.79
-241.46
-459.08
Dc
8.78
7.44
8.24
392.10
380.28
387.33
212.32
231.90
392.10
cF
-7.59
-7.52
-8.21
-338.95
-205.68
-344.42
158.00
-227.08
-344.42
Fd
-7.36
-8.53
8.07
-328.68
-339.00
-192.59
-234.12
172.25
-339.00
竖杆
Aa
-7.4
-7.4
0.00
-330.47
-330.47
-265.20
-206.59
-25.44
-330.47
Cb
-7.9
-7.9
-7.9
-352.80
-352.80
-352.80
-220.55
-220.55
-352.80
Ec
-7.9
-7.9
-7.9
-352.80
-352.80
-352.80
-220.55
-220.55
-352.80
Gd
7.71
7.36
7.31
344.31
341.23
340.79
206.68
205.46
344.31
2.结构形式与布置图
屋架支撑布置图如下图所示。
3.杆件计算
截面选择：
按腹杆最大内力N=-598.42KN，根据《单壁式桁架节点板厚度选用表》，
选用中间节点板厚度取12mm，支座节点的节点板厚度取14mm。
3.1上弦杆
整个上弦杆采用等截面，最不利内力N=-714.53KN。
上弦杆计算长度：
在桁架平面内，为节间轴线长度：
l0x=150.8cm，
屋架平面外：
l0y=300cm（取两块屋面板
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