梯形钢屋架课程设计实例

梯形钢屋架课程设计实例该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000m。冬季最低温度为-20C,地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。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＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7kPa，雪荷载标准值为0.5kN/2m，积灰荷载标准值为0.6kN/2m。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。要求设计钢屋架并绘制施工图。1、设计任务题号5的已知条件是：梯形钢屋架跨度为21m，长度102m，柱距6m。该车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000m。冬季最低温度为-20C,地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。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＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7kPa，雪荷载标准值为0.3kN/2m，积灰荷载标准值为0.6kN/2m。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。设计钢屋架并绘制施工图如下：2、屋架计算跨度：l0=21m–2×0.15m=20.7m3、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，取屋架在21m轴线处的端部高度01.990hm，屋架的中间高度：h=2.435m（为l0/8.5），则屋架在20.7m处，两端的高度为02.005hm。屋架跨中起拱按/500L考虑，取60mm。2.3.1结构型式与布置屋架型式及几何尺寸如图2.12所示。图2.12梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度（102m60m）、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支撑的规格有所不同。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2.13所示。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2-2SC－上弦支撑；XC－下弦支撑；CC－垂直支撑；GG－刚性系杆；LG－柔性系杆图2.13梯形钢屋架支撑布置2.3.2荷载计算屋面和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。故取屋面活荷载0.7kN/2m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（wP0.120.011m＝跨度）计算，跨度单位为m。表2.2荷载计算表荷载名称标准值（kN/2m）设计值（kN/2m）预应力混凝土大型屋面板1.41.4×1.35＝1.89三毡四油防水层0.40.4×1.35＝0.54找平层（厚20mm）0.02×20＝0.40.4×1.35＝0.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.08×6＝0.480.48×1.35＝0.648屋架和支撑自重0.120.01130＝0.450.45×1.35＝0.608管道荷载0.10.1×1.35＝0.135永久荷载总和3.234.361屋面活荷载0.70.7×1.4＝0.98积灰荷载0.60.6×1.4＝0.84可变荷载总和1.31.82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：(4.3611.82)1.5655.629kNF＝（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：14.3611.5639.249kNF＝半跨节点可变荷载：21.821.5616.38kNF＝（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：30.6081.565.47kNF＝半跨节点屋面板自重及活荷载：41.890.71.5623.31kNF（）＝（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。2.3.3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2.14所示。(a)(b)(c)图2.14屋架计算简图由图解法或数解法解得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，计算结果见表2.2。表2.3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第二种组合第三种组合计算杆件内力/kN全跨①左半跨②右半跨③1F×①+2F×②1F×①+2F×③3F×①+4F×②3F×①+4F×③上弦ABBC、CDDE、EFFG、GHHIIJ、JK0-11.35-18.19-21.53-22.36-22.730-8.49-13.08-14.62-13.98-14.39-0.01-3.45-6.25-8.46-10.25-10.200-631.39-1011.89-1197.69-1243.86-1264.450-584.54-928.19-1084.51-1106.6-1127.84-0.16-501.99-816.31-983.61-1045.50-1059.210-259.99-404.39-458.56-448.18-459.76-0.23-142.50-245.19-314.97-361.24-362.10-0.23-631.39-1011.89-1197.69-1243.86-1264.45下弦abbccddeef6.3315.3620.2122.1221.234.8411.3014.1414.4411.681.834.987.439.3911.68352.13854.461124.261230.511181.00327.73787.731024.841104.721024.58278.42684.44914.931022.001024.57147.45347.42440.15457.59388.3977.28200.10283.74339.88388.39352.13854.461124.261230.511181.00斜腹杆aBBbbDDccFFddHHeeggKgI-11.348.81-7.555.39-4.232.62-1.510.291.532.160.49-8.666.47-5.233.39-2.250.880.22-1.253.404.070.54-3.272.87-2.842.44-2.432.13-2.121.89-2.28-2.32-0.06-630.83490.09-420.00299.84-235.31145.75-84.0016.1385.11120.1627.26-586.93451.76-382.00267.08-202.88117.25-55.66-9.09115.74151.4428.08-498.65392.79-342.85251.52-205.83137.72-93.9942.3422.7046.7818.25-263.89199.01-163.21108.50-75.5934.84-3.13-27.5587.62106.6915.27-138.25115.09-107.5086.36-79.7863.98-57.6845.64-44.78-42.261.28-630.83490.09-420.00299.84-235.31145.75-93.9945.64-27.55115.74-44.78151.44-42.2628.08竖杆AaCb、EcGdJgIeKf-0.55-1.00-0.98-0.85-1.420.02-0.54-0.99-0.98-0.90-1.430000000-30.60-55.63-54.52-47.28-78.991.12-30.43-55.47-54.52-48.10-79.160.78-21.59-39.25-38.46-33.36-55.730.78-15.60-28.55-28.20-25.63-41.100.11-3.01-5.47-5.36-4.65-7.770.11-30.60-55.63-54.52-48.10-79.161.122.3.4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。N＝-1264.45kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度001.508xllm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，根据支持布置和内力变化情况，取0yl为支撑点间的距离，031.5084.524ylm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2.15。腹杆最大内力N＝-630.83kN，查表2.5，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设60，查Q235钢的稳定系数表，可得0.807（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类），则需要的截面积：321264.45107287.70.807215NAmmf需要的回转半径：01.50825.160xxlimmm，04.52475.460yylimmm根据需要A、xyii、查角钢规格表，选用2L180×110×14，肢背间距a＝12mm，则A＝77932mm，30.8ximm，88.0yimm按所选角钢进行验算：0150848.9630.8xxxli0452451.4188.0yyyli满足长细比≤＝150的要求。由于yx，只需求y。查表y＝0.847，则31264.6510191.592150.8477793yNMpaMpaMpaA所选截面合适。图2.15上弦截面（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。1230.511230510NkNN03000xlmm，029700214850ylmm（因跨中有通长系杆），所需截面积为2212305105723.3057.23215NAmmcmf选用2L180×110×12，因00yxll，故用不等肢角钢，短肢相并，如图2.16。A＝67.422cm57.232cm,3.10xicm,8.74yicm图2.16下弦截面030096.773503.10xxxli01485169.913508.74yyyli(3)端斜杆aB。杆件轴力：N630.83630830kNN计算长度：002534xyllmm因为00xyll，故采用不等肢角钢，长肢相并，使xyii。选用2L140×90×10。则A＝44.5222cm,4.47xicm,3.74yicm0253.456.714.47xxxli0253.467.783.74yyyli因yx，只需求y，查表得0.764y，则3630.8310185.462150.7644452.2yNMpaMpaA所选截面合适。（4）腹杆eg－gK。此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力：151.44gKNkN,115.74egNkN最大压力：44.78egNkN,42.26gKNkN再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距02301xlmm，在桁架平面外的计算长度：201142.26(0.750.25)460.2(0.750.25)453.7344.78yNllcmN选用2L63×5，查角钢规格表得A＝12.2862cm,1.94xicm,3.04yicm0230.1118.61501.94xxxli0453.73149.251503.04yyyli因yx，只需求y，查表得0.310y，则344.7810117.542150.3101228.6yNM