梯形钢屋架课程设计例题

梯型钢屋架课程设计第1页共18页1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/m2，基本风压：0.45kN/m2。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/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2。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：l0=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mh005.20。屋架跨中起拱按500/0l考虑，取60mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如下图：梯型钢屋架课程设计第2页共18页2根据厂房长度（10260）、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：梯型钢屋架课程设计第3页共18页3三、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/m2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2/)11.012.0(mkNlgk计算，跨度单位为米（m）。荷载计算表如下：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1.41.4×1.35=1.89三毡四油防水层0.40.4×1.35=0.54找平层(厚20mm)0.2×20=0.40.4×1.35=0.5480厚泡沫混凝土保护层0.08×6=0.480.48×1.35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.011×030=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0.31.82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：kNF629.5565.1)82.1361.4(（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kNF249.3965.1361.41半跨节点可变荷载：kNF38.1665.182.12（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：kNF47.565.1608.03半跨接点屋面板自重及活荷载：kNF31.2365.1)7.089.1(4（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:梯型钢屋架课程设计第4页共18页4梯型钢屋架课程设计第5页共18页5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③F1×①+F2×②F1×①＋F2×③F3×①＋F4×②F3×①＋F4×③上弦AB000000000BC、CD-11.29-8.46-3.46-628.05141-581.69601-499.79601-258.9589-142.4089-628.15141DE、EF-18.19-13.05-6.28-1011.8915-927.69831-816.80571-403.6948-245.8861-628.05141FG、GH-21.58-14.61-8.52-1200.4738-1086.30522-986.55102-458.6017-316.6438-1011.8915HI-22.43-13.98-10.33-1247.7585-1109.34747-1049.5605-448.5659-363.4844-1200.4738IJ、JK-22.9-14.45-10.33-1273.9041-1135.4931-1068.0075-462.0925-366.0553-1247.7585下弦ab6.024.61.75334.88658311.62698264.94398140.155473.7219334.88658bc15.1811.154.93844.44822778.43682676.55322342.9411197.9529844.44822cd20.1414.077.421120.368061020.94146912.01446438.1375283.1261120.36806de22.1514.459.421232.182351106.056351023.66495457.99340.74071232.18235ef21.311.6611.771184.89771026.99451028.7963388.3056390.86971184.8977斜腹杆aB-11.32-8.63-3.28-629.72028-585.65808-498.02508-263.0857-138.3772-629.72028Bb9.056.642.95503.44245463.96665403.52445204.2819118.268503.44245bD-7.56-5.23-2.85-420.55524-382.38984-343.40544-163.2645-107.7867-420.55524Dc5.553.52.51308.74095275.16195258.94575111.943588.8666308.74095cF-4.27-2.27-2.45-237.53583-204.77583-207.72423-76.2706-80.4664-237.53583Fd2.740.952.18152.42346123.10326143.2506637.132365.8036152.42346dH-1.570.19-2.14-87.33753-58.50873-96.67413-4.159-58.4713-96.67413梯型钢屋架课程设计第6页共18页6He0.36-1.231.9420.02644-6.0177645.90684-26.702147.190647.1906-26.7021eg1.563.44-2.386.78124117.5756423.5544488.7196-45.0798117.57564-45.0798gK2.284.16-2.3126.83412157.6285251.81372109.4412-41.1414157.62852-41.1414gI0.650.65036.1588536.1588525.5118518.7073.555536.15885竖杆Aa-0.5-0.50-27.8145-27.8145-19.6245-14.39-2.735-27.8145Cb、Ec-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Gd-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Jg-1-10-55.629-55.629-39.249-28.78-5.47-55.629Ie-1.5-1.50-83.4435-83.4435-58.8735-43.17-8.205-83.4435Kf0.170.090.099.456938.146538.146533.02783.02789.45693五、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mllox508.10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yl0为支撑点间的距离，即yl0=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：梯型钢屋架课程设计第7页共18页7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807.0（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:2349.7191215807.01076.1247mmfNA需要的回转半径：mmmlioxx1.2560508.1mmlioyy4.7560524.4根据需要A、xi、yi查角钢表，选用2∟180×110×14，肢背间距a=12mm，则：A=78002mm，xi=30.8mm，yi=88.0mm验算：41.510.88452496.488.301508yoyyxoxxilil由于[]=150，所以满足细长比要求。因为xy，只需求y，查表得y=0.847，则MPaMPaMPaANy21587.1887800847.01076.12473梯型钢屋架课程设计第8页共18页8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=1232.18kNmlox3000,14850229700oyl(因跨中有通长系杆),所需截面为:2231.5707.57312151232180cmmmfNA选用2∟180×110×12,因oxoyll,故用不等肢角钢,短肢相并,如下图cmicmicmcmAyx75.8,10.3,31.5740.67223507.16975.8148535077.9610.330000yyyxxxilil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:mmlloyox2535因为oyoxll,故采用不等肢角钢,长肢相并,使oyoxll.选用2∟140×90×10,则A=44.6cm2，cmix47.4，cmiy73.371.5647.45.253xoxxil96.6773.35.253yoyyil梯型钢屋架课程设计第9页共18页9因为yx，只需要求y，查表得0.764，则MPaMPaANy21581.1844460764.01072.6293所以所选截面符合要求。（4）腹杆eKeg此杆可在g点处不断开，采用通杆。最大拉力：kNNkNNeggK5756.117,628.157最大压力：kNNkNNgKeg14.44,0798.45在桁架平面内的计算长度取节点中心间距mmlx23060，在桁架平面外的计算长度：cmNNlly95.449)08.4514.4125.075.0(460)25.075.0(1210选用2∟63×5，查表有：1500.14804.395.44915087.11894.16.23004.3,94.1,26.12002yyyxxxyxililcmicmicmA因yx，只需求y，查表得y=0.31，则MPaMPaANMPaMPaANy21536.128122810628.1572154.118122831.01008.4533拉应力：符合要求（5）竖杆IecmlcmllkNNyx319,2.2553198.08.04435.8300由于杆件内力较小，按150][选择，则需要的回转半径为梯型钢屋架课程设计第10页共18页10cmlicmliyyxx13.2150319][70.115