钢结构梯形钢屋架设计.docx
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钢结构梯形钢屋架设计
燕山大学
课程设计说明书
题目：
钢结构梯形钢屋架设计
学院（系）：
建筑工程与力学学院
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
1、设计资料........................................................................................................3
2、结构形式与布置............................................................................................3
3、荷载计算........................................................................................................5
4、内力计算........................................................................................................6
5、杆件设计........................................................................................................8
6、节点设计.......................................................................................................15
梯形钢屋架课程设计计算书
一、设计资料
1、厂房的跨度分别取
、
、
，长度为
，柱距
。
车间内设有两台
中级工作制吊车。
梯形屋架，屋架端高分别为
、1.7
、1.8
、1.9
、2.0
，屋面坡度分别为i=1/9，1/10、1/11、1/12，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400
，混凝土标号为C25；计算温度最低－20℃。
采用1.5×6
预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。
屋面做法：
三毡四油绿豆砂防水层，20厚1：
3水泥砂浆找平层，80厚泡沫混凝土保温层。
屋面活荷载标准值0.5
，雪荷载标准值0.5
，积灰荷载标准值0.5
。
由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。
2、屋架计算跨度
3、跨中及端部高度：
本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，屋面坡度为i=1/10，屋架在18
轴线处的端部高度
，屋架的中间高度h=2.800m，则屋架在
处，两端的高度为
。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图1所示。
根据厂房长度
、跨度及荷载情况，设置了两道上、下弦横向水平支撑。
因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间。
在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，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，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。
梯形钢屋架支撑布置如图2所示。
图1梯形钢屋架形式和几何尺寸
桁架上弦支撑布置图
桁架下弦支撑布置图
垂直支撑1-1
垂直支撑2-2
图2梯形钢屋架支撑布置
SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆
三、荷载计算
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。
该厂房屋面活荷载与该地区的雪荷载均为
，故取
进行计算。
屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式
计算，跨度单位为米（
）。
表1荷载计算表
荷载名称
标准值（kN/m2）
设计值（kN/m2）
预应力混凝土大型屋面板
1.4
1.4×1.35=1.89
三毡四油防水层
0.4
0.4×1.35=0.54
20mm厚找平层
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
屋架和支撑自重
0.12+0.011×18=0.318
0.318×1.35=0.429
管道荷载
0.1
0.1×1.35=0.135
永久荷载总和
3.098
4.182
屋面活荷载
0.5
0.5×1.4=0.7
积灰荷载
0.5
0.5×1.4=0.7
可变荷载总和
1.0
1.4
设计屋架时，应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
全跨节点永久荷载：
半跨节点可变荷载：
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
半跨节点屋架自重：
半跨节点屋面板自重及活荷载：
四、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。
由图解法解得F=1的屋架各杆件的内力系数（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所示。
图3屋架计算简图
表2屋架杆件内力组合表
杆件
名称
内力系数（F=1）
第一种
组合
F×①
第二种组合
第二种组合
杆件计算内力
（kN）
全跨
左半跨
右半跨
F1×①+F2×②
F1×①+F2×③
F3×①+F4×②
F3×①+F4×③
①
②
③
上弦杆
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0
BC
-6.69
-4.70
-1.99
-336.09
-311.02
-276.87
-135.38
-72.21
-336.09
CD
-6.69
-4.70
-1.99
-336.09
-311.02
-276.87
-135.38
-72.21
-336.09
DE
-9.45
-5.92
-3.53
-474.75
-430.27
-400.16
-174.47
-118.76
-474.75
EF
-9.45
-5.92
-3.53
-474.75
-430.27
-400.16
-174.47
-118.76
-474.75
FG
-9.41
-4.70
-4.7
-472.74
-413.39
-413.39
-145.88
-145.88
-472.74
下弦杆
ab
3.78
2.76
1.02
189.90
177.05
155.12
78.93
38.37
189.90
bc
8.45
5.65
2.8
424.51
389.23
353.32
164.32
97.89
424.51
cd
9.66
5.53
4.13
485.30
433.26
415.62
166.19
133.56
485.30
斜腹杆
aB
-6.67
-4.88
-1.79
-335.09
-312.53
-273.60
-139.50
-67.47
-335.09
bB
4.73
3.15
1.58
237.63
217.72
197.94
91.68
55.09
237.63
Db
-3.3
-1.79
-1.5
-165.79
-146.76
-143.11
-54.46
-47.70
-165.79
cD
1.74
0.44
1.3
87.41
71.03
81.87
16.97
37.02
87.41
Fc
-0.52
0.73
-1.25
-26.12
-10.37
-35.32
15.01
-31.14
-35.32
dF
-0.62
-1.72
1.1
-31.15
-45.01
-9.48
-42.49
23.25
-45.01
竖杆
Aa
-0.5
-0.5
0
-25.12
-25.12
-18.82
-13.59
-1.93
-25.12
bC
-1
-1
0
-50.24
-50.24
-37.64
-27.17
-3.86
-50.24
Ec
-1
-1
0
-50.24
-50.24
-37.64
-27.17
-3.86
-50.24
dG
1.08
0.54
0.54
54.26
47.45
47.45
16.76
16.76
54.26
五、杆件设计
1、上弦杆
整个上弦杆采用等截面，按DE、EF杆件的最大设计内力设计设计，即
上弦杆计算长度：
在屋架平面内：
为节间轴线长度，即
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
为支撑节点间的距离，即
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肢角钢，短肢相并。
如图4所示。
腹杆最大内力
，查表，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。
设
，查Q235钢的稳定系数表，可得
（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于
类），则需要的截面积为
图4上弦截面
需要的回转半径：
，
根据需要的
、
、
查角钢规格表，选用2∟125×80×12，肢背间距
，则
，
，
按所选角钢进行验算：
，
满足长细比
的要求。
双角钢T型截面绕对称轴（
轴）应按弯扭屈曲计算长细比
，
，故应按下式计算
故由
，按
类查附表，得
填板每个节间放一块（满足桁架平面外计算长度范围内不少于两块），
。
2、下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。
，
，
所需截面积为：
选用2∟125×80×12，因
，故用不等肢角钢，短肢相并，如图5所示。
图5下弦截面
，
，
填板每个节间放一块，
。
3、斜端杆
杆件轴力：
计算长度：
因为
，故采用不等肢角钢，长肢相并，使
。
选用2∟140×90×14，如图6所示，则
图6端斜杆aB截面
，
，故按下式计算：
，故由
按
类查表得
填板放两块，
。
4、腹杆
，
，
由于杆件内力较小，可按
选择，需要的回转半径为：
查型钢表，选用2∟80×10，如图7所示，则
，
，
图7腹杆Fd截面
，只需求
，查表得
，则
填板放三块，
，于
5、竖杆
，
，
由于杆件内力较小，可按
选择，需要的回转半径为：
查型钢表，选用2∟56×4，如图8所示，则
，
，
图8竖杆Ec截面
，只需求
，查表得
，则
填板放三块，
，小于
6、跨中竖杆
查型钢表，选用2∟56×4，采用十字形截面，如图9所示，则
，十字形截面：
，
填板放2块，
<
图9跨中竖杆Gd截面
其余各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将表列于表3。
表3
屋架杆件选择表
计算应力
N/φA
N/mm2
132.3
103.7
54.
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