梯形钢屋架课程设计.docx

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梯形钢屋架课程设计

梯形钢屋架课程设计

一、设计资料

（1）题号72，屋面坡度1：

10，跨度30m，长度102m，，地点：

哈尔滨，基本雪压：

0.45kN/m

，基本风压：

0.45kN/m

。

该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.5m。

采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度i=1/10。

屋面活荷载标准值0.7kPa，血荷载标准值为0.1kN/m

，积灰荷载标准值为0.6kN/m

。

屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm。

混凝土采用C20，，钢筋采用Q235B级，焊条采用E43型。

（2）屋架计算跨度：

=30m-2×0.15m=29.7m。

（3）跨中及端部高度：

采用无檩无盖方案。

平坡梯形屋架，取屋架在30m轴线处的端部高度

。

屋架跨中起拱按

考虑，取60mm。

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸如下图：

根据厂房长度（102>60）、跨度及荷载情况，设置三道上、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，该水平支撑的规格与中间柱间的支撑规则有所不同。

梯形钢屋架支撑布置如下图：

三、荷载计算

1、荷载计算

屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载0.7kN/m

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（m）。

荷载计算表如下：

　荷载名称

　标准值（kN/m

）

设计值（kN/m

）　

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

找平层（厚20mm）

0.2×20=0.4

0.4×1.35=0.54

80厚泡沫混凝土保护层

0.08×6=0.48

0.48×1.35=0.648

屋架和支撑自重

0.12+0.011×030=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

屋面活荷载

0.7

0.7×1.4=0.98

积灰荷载

0.6

0.6×1.4=0.84

可变荷载总和

0.3

1.82

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：

全跨节点永久荷载及可变荷载：

（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

全跨节点屋架自重：

半跨接点屋面板自重及活荷载：

（1）、

（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

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下:

由数解法解得F=1时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）.然后进行组合,如下表:

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

AB

0

0

0

0

0

0

0

0

0

BC、CD

-11.29

-8.46

-3.46

-628.05141

-581.69601

-499.79601

-258.9589

-142.4089

-628.15141

DE、EF

-18.19

-13.05

-6.28

-1011.8915

-927.69831

-816.80571

-403.6948

-245.8861

-628.05141

FG、GH

-21.58

-14.61

-8.52

-1200.4738

-1086.30522

-986.55102

-458.6017

-316.6438

-1011.8915

HI

-22.43

-13.98

-10.33

-1247.7585

-1109.34747

-1049.5605

-448.5659

-363.4844

-1200.4738

IJ、JK

-22.9

-14.45

-10.33

-1273.9041

-1135.4931

-1068.0075

-462.0925

-366.0553

-1247.7585

下弦

ab

6.02

4.6

1.75

334.88658

311.62698

264.94398

140.1554

73.7219

334.88658

bc

15.18

11.15

4.93

844.44822

778.43682

676.55322

342.9411

197.9529

844.44822

cd

20.14

14.07

7.42

1120.36806

1020.94146

912.01446

438.1375

283.126

1120.36806

de

22.15

14.45

9.42

1232.18235

1106.05635

1023.66495

457.99

340.7407

1232.18235

ef

21.3

11.66

11.77

1184.8977

1026.9945

1028.7963

388.3056

390.8697

1184.8977

斜腹杆

aB

-11.32

-8.63

-3.28

-629.72028

-585.65808

-498.02508

-263.0857

-138.3772

-629.72028

Bb

9.05

6.64

2.95

503.44245

463.96665

403.52445

204.2819

118.268

503.44245

bD

-7.56

-5.23

-2.85

-420.55524

-382.38984

-343.40544

-163.2645

-107.7867

-420.55524

Dc

5.55

3.5

2.51

308.74095

275.16195

258.94575

111.9435

88.8666

308.74095

cF

-4.27

-2.27

-2.45

-237.53583

-204.77583

-207.72423

-76.2706

-80.4664

-237.53583

Fd

2.74

0.95

2.18

152.42346

123.10326

143.25066

37.1323

65.8036

152.42346

dH

-1.57

0.19

-2.14

-87.33753

-58.50873

-96.67413

-4.159

-58.4713

-96.67413

He

0.36

-1.23

1.94

20.02644

-6.01776

45.90684

-26.7021

47.1906

47.1906

-26.7021

eg

1.56

3.44

-2.3

86.78124

117.57564

23.55444

88.7196

-45.0798

117.57564

-45.0798

gK

2.28

4.16

-2.3

126.83412

157.62852

51.81372

109.4412

-41.1414

157.62852

-41.1414

gI

0.65

0.65

0

36.15885

36.15885

25.51185

18.707

3.5555

36.15885

竖杆

Aa

-0.5

-0.5

0

-27.8145

-27.8145

-19.6245

-14.39

-2.735

-27.8145

Cb、Ec

-1

-1

0

-55.629

-55.629

-39.249

-28.78

-5.47

-55.629

Gd

-1

-1

0

-55.629

-55.629

-39.249

-28.78

-5.47

-55.629

Jg

-1

-1

0

-55.629

-55.629

-39.249

-28.78

-5.47

-55.629

Ie

-1.5

-1.5

0

-83.4435

-83.4435

-58.8735

-43.17

-8.205

-83.4435

Kf

0.17

0.09

0.09

9.45693

8.14653

8.14653

3.0278

3.0278

9.45693

五、杆件设计

（1）上弦杆

整个上弦采用等截面，按IJ、JK杆件的最大设计内力设计，即

N=-1247.76kN

上弦杆计算长度：

屋架平面内：

为节间轴线长度，即

屋架平面外：

由于屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取

为支撑点间的距离，即

=3×1.508=4.524m

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：

腹杆最大内力N=-629.72kN，查表得中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。

设λ=60，查Q235钢的稳定系数表，得

（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），则需要的截面积为:

需要的回转半径：

根据需要A、

、

查角钢表，选用2∟180×110×14，肢背间距a=12mm，则：

A=7800

，

=30.8mm，

=88.0mm

验算：

由于[

]=150，所以满足细长比要求。

因为

，只需求

，查表得

=0.847，则

故所选截面符合要求。

（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.

N=1232.18kN

（因跨中有通长系杆）,所需截面为:

选用2∟180×110×12,因

故用不等肢角钢,短肢相并,如下图

故所选截面符合要求。

（3）端斜杆aB

杆件轴力:

N=-629.72kN

计算长度:

因为

故采用不等肢角钢,长肢相并,使

.选用2∟140×90×10,则

A=44.6cm

，

，

因为

，只需要求

，查表得0.764，则

所以所选截面符合要求。

（4）腹杆

此杆可在g点处不断开，采用通杆。

最大拉力：

最大压力：

在桁架平面内的计算长度取节点中心间距

，在桁架平面外的计算长度：

选用2∟63×5，查表有：

因

>

，只需求

，查表得

=0.31，则

符合要求

（5）竖杆

由于杆件内力较小，按

选择，则需要的回转半径为

查型钢表，选截面的

和

较上述计算的

和

略大。

选用2∟63×5，其几何特征为

因

>

，只需求

，查表得

=0.38，则

符合要求。

其余各杆见下表：

杆件编号

内力（kN）

计算长度

截面规格

截面面积

回转半径（cm）

长细比

容许长细比

稳定系数

计算应力

IJ、JK

-1247.75

150.8

452.4

2∟18