钢结构课程设计梯形桁架跨度24米.doc
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一、基本资料
1.课程设计题目
某车间梯形钢屋架结构设计
2.设计资料
1、车间柱网布置图（L×240m），柱距6m。
2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。
3、屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。
3.设计要求
1）屋架自重＝（120+11L）N/m2；
2）屋面基本荷载表：
荷载类型
序号
荷载名称
重量
永久
荷载
1
预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）
1.50kN/m2
2
防水层
0.38kN/m2
3
找平层20mm厚
0.40kN/m2
5
支撑重量
0.80kN/m2
可变
荷载
1
活载
0.70kN/m2
2
积灰荷载
0.80kN/m2
2.依檐口高度：
III：
H0=2.0m
3.屋架坡度i：
1/11
4.厂房跨度L=24m
二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置
本题为无檩屋盖方案，i=1/11，采用梯形屋架。
屋架计算跨度为L0=L-300=23700mm，端部高度取H0=2000mm，中部高度取H=3100mm,屋架杆件几何长度见附图1（跨中起拱按L/500考虑）。
根据计算温度和荷载性质，钢材选用Q235-B。
焊条采用E43型，手工焊。
根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下、弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆。
屋架支撑布置如图：
符号说明：
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
三、荷载和内力计算
1、荷载计算：
恒荷载
预应力混凝土大型屋面板（含灌缝）1.4KN/m2
防水层0.35KN/m2
找平层（20mm厚）0.4KN/m2
支撑重量0.38KN/m2
管道自重 0.1KN/m2
保温层（8cm厚）0.5KN/m2
恒载总和3.13KN/m2
活荷载
活荷载0.5KN/m2
积灰荷载0.6KN/m2
荷载总和1.1KN/m2
2、荷载组合：
永久荷载荷载分项系数：
=1.2:
；屋面荷载荷载分项系数=1.4；组合系数：
=0.7；积灰荷载分项系数：
=1.4，=0.9
1）节点荷载设计值
=（3.13×1.2+1.4×0.5+1.4×0.9×0.6）×1.5×6=46.9KN
2）考虑以下三种荷载组合
（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）
全跨节点荷载设计值：
=（3.13×1.2+1.10×1.4）×1.5×6=47.66KN
（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载
=3.13×1.5×6×1.2=33.80KN
半跨可变荷载：
=1.10×1.5×6×1.4=13.86KN
（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
全跨节点屋架自重设计值：
=0.38×1.2×1.5×6==4.10KN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
=（1.4×1.35+0.5×1.4）×1.5×6=23.31KN
四、内力计算
荷载组合
（1）计算简图如图3.1，荷载组合
（2）计算简图如图3.2，荷载组合（3）计算简图如图3.3.
图3.1荷载组合
（1）
图3.2荷载组合
（2）
图3.3荷载组合4.3
由结构力学求解器先解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右半跨）。
然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1
18/18
F=47.66F1=33.80F2=13.86F3=4.1F4=23.31
杆件名称
内力系数（F=1）
第一种组合
第二种组合
第二种组合
杆件计算内力
全跨
左半跨
右半跨
F×①
F1×①+F2×②
F1×①+F2×③
F3×①+F4×②
F3×①+F4×③
（kN）
①
②
③
上弦杆
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0
BC
-9.662
-7.135
-2.528
-460.49
-425.47
-361.61
-205.93
-98.54
-460.49
CD
-9.712
-7.184
-2.528
-462.87
-427.84
-363.30
-207.28
-98.75
-462.87
DE
-15.35
-10.72
-4.621
-731.58
-667.41
-582.88
-312.82
-170.65
-731.58
EF
-7.69
-5.38
-2.31
-366.51
-334.49
-291.94
-156.94
-85.38
-366.51
FG
-17.753
-11.452
-6.3
-846.11
-758.78
-687.37
-339.73
-219.64
-846.11
GH
-17.779
-11.479
-6.3
-847.35
-760.03
-688.25
-340.47
-219.75
-847.35
HI
-16.796
-9.118
-7.678
-800.50
-694.08
-674.12
-281.40
-247.84
-800.50
下弦杆
ab
5.63
4.245
3.684
268.33
249.13
241.35
122.03
108.96
268.33
bc
13.124
9.44
5.512
625.49
574.43
519.99
273.85
182.29
625.49
cd
16.879
11.368
7
804.45
728.07
667.53
334.19
232.37
804.45
de
17.437
10.438
8.75
831.05
734.04
710.65
314.80
275.45
831.05
斜腹杆
aB
-9.885
-7.452
-2.433
-471.12
-437.40
-367.83
-214.23
-97.24
-471.12
Bb
7.4
5.303
2.097
352.68
323.62
279.18
153.95
79.22
352.68
bD
-6.265
-4.148
-2.117
-298.59
-269.25
-241.10
-122.38
-75.03
-298.59
Dc
4.29
2.469
1.821
204.46
179.22
170.24
75.14
60.04
204.46
cF
-3.124
-1.306
-1.818
-148.89
-123.69
-130.79
-43.25
-55.19
-148.89
Fd
1.685
0.075
1.609
80.31
57.99
79.25
8.66
44.41
80.31
dH
0.582
2.176
-1.593
27.74
49.83
-2.41
53.11
-34.75
-34.75
He
-1.596
-3.038
1.442
-76.07
-96.05
-33.96
-77.36
27.07
-96.05
竖杆
Aa
-0.5
-0.5
0
-23.83
-23.83
-16.90
-13.71
-2.05
-23.83
Cb
-1.006
-1.006
0
-47.95
-47.95
-34.00
-27.57
-4.12
-47.95
Ec
-1.003
-1.003
0
-47.80
-47.80
-33.90
-27.49
-4.11
-47.80
Gd
-2.003
-2.003
0
-95.46
-95.46
-67.70
-54.90
-8.21
-95.46
Ie
2.105
1.185
0.919
100.32
87.57
83.89
36.25
30.05
100.32
五、截面选择
腹杆最大轴力为471.12KN，查表7.4，选用中间节点板厚t=10mm，支座节点板厚t=12mm。
1.上弦
整个上弦不改变截面，按最大内力计算。
Nmax=-847.35KN，lox=150.6cm，loy=300.0cm（l1取两块屋面板宽度）。
选用2L140×10，A=54.7cm2，=4.34cm，=6.05cm
双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比
由于
所以
由查b类截面的
填板每节间放一块（满足范围内不少于两块）
2.下弦
整个下弦也不改变截面，按最大内力计算。
Nmax=831.05KN，，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm（de节间），可不考虑螺栓孔的削弱。
选用2L180×110×10，因，故用不等肢角钢，短肢相并，A=56.8cm2，=3.13cm，=8.56cm
填板每节间放一块
3.腹杆
①杆件a-B：
NaB=-471.12KN，lox=loy=2528mm；NBb=348.69KN，lox=loy=2528mm
选2L140×90×10,（长支相接）A=44.6cm2，=4.47cm，=3.73m
由于
所以
由查b类截面的
填板放两块
②杆件B-b：
N=352.68KN，lox=0.8l=0.8×2601=2081,
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