27钢结构课程设计例题

1一、课程设计名称梯形钢屋架设计二、课程设计资料北京地区某金工车间，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为27m，柱距6m，厂房高度为15.7m，长度为156m。车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，计算温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载为0.4kN/㎡，屋面活荷载为0.4kN/㎡，雪荷载为0.4kN/㎡，风荷载为0.45kN/㎡。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400mm×400mm，混凝土标号为C20。设计荷载标准值见表1（单位：kN/㎡）。表1防水层找平层保温层找平层混凝土屋面板0.40.40.10.51.4三、钢材和焊条的选用根据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用Q235沸腾钢，要求保证屈服强度fy、抗拉强度fu、伸长率δ和冷弯实验四项机械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分的合格含量。焊条采用E43型，手工焊。2四、屋架形式和几何尺寸屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，平坡梯形钢屋架。屋面坡度。10/1i屋架计算跨度。mmll2670015022700015020屋架端部高度取：mmH20000。跨中高度：mmilH335033351.02/2670020002H00。屋架高跨比：0.812670033500lH。屋架跨中起拱,54500/mmlf取50mm。为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为3.0m的人字形式，上弦节间水平尺寸为1.5m，屋架几何尺寸如图1所示。图1：27米跨屋架几何尺寸五、屋盖支撑布置根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端5.5m开间内布置上下弦横3向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采用C级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。4符号说明：GWJ-（钢屋架）；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）六、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。故取屋面活荷载0.4kN/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2L)kN/m0.011(0.12g计算，跨度L单位为m,荷载计算结果见表1。表1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1.41.4×1.2＝1.68三毡四油上铺小石子防水层0.40.4×1.2＝0.48水泥砂浆找平层0.40.4×1.2＝0.48厚泡沫混凝土保温层0.10.1×1.2＝0.12找平层0.50.5×1.2＝0.6屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.4170.417×1.2＝0.50永久荷载总和3.2173.86屋面活荷载0.40.4×1.4＝0.56积灰荷载0.40.4×1.4＝0.56可变荷载总和0.81.12设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：6.1.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：5kNF82.4465.1)12.186.3(6.2.全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kNF74.3465.286.31半跨节点可变荷载：kNF08.1065.112.126.3.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：kNF5.465.150.03半跨节点屋面板自重及活荷载：kNF5.1065.156.068.146.1、6.2为使用节点荷载情况，6.3为施工阶段荷载情况。七、内力计算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。表2屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力(kN)全跨①左半跨②右半跨③第一种组合F×①第二种组合第三种组合F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③上弦AB000000000.0BC-9.97-7.19-2.79-446.9-418.8-374.5-120.4-74.2-446.9CD-9.97-7.19-2.79-446.9-418.8-374.5-120.4-74.2-446.9DE-15.8-10.75-5.06-708.2-657.3-599.9-184.0-124.2-708.2EF-16.38-11.33-5.06-734.2-683.2-620.0-192.7-126.8-734.2FG-16.38-11.33-5.06-734.2-683.2-620.0-192.7-126.8-734.26GH-18.67-11.05-7.62-836.8-760.0-725.4-200.0-164.0-836.8HI-19.17-11.05-7.62-859.2-777.3-742.8-202.3-166.3-859.2IJ-19.17-11.54-7.62-859.2-782.3-742.8-207.4-166.3-859.2下弦ab5.363.961.41240.2226.1200.465.738.9240.2bc13.319.343.97596.6556.5502.4158.0101.6596.6cd18.2411.426.82817.5748.8702.4202.0153.7817.5de17.818.98.9798.2708.4708.4173.6173.6798.2斜腹杆aB-10.05-7.42-2.63-450.4-423.9-375.6-123.1-72.8-450.4Bb7.955.572.38356.3332.3300.294.360.8356.3bD-6.47-4.18-2.29-290.0-266.9-247.9-73.0-53.2-290Dc4.612.592.02206.6186.3180.547.942.0206.6cf-3.5-1.01-2.49-156.9-131.8-146.7-26.4-41.9-156.9fG-2.69-0.21-2.49-120.6-95.6-118.5-14.3-38.3-120.6Ef0.730.73032.732.725.411.03.332.7Gd0.72-0.931.6632.315.641.7-6.520.7-6.541.7dg1.153.13-1.9751.571.520.138.0-15.5-15.571.5gJ1.893.87-1.9784.7104.745.849.1-12.2-12.2104.7Hg0.670.67030.030.023.310.13.030竖杆Aa-0.5-0.50-22.4-22.4-17.4-7.5-2.3-22.4Cb-1-10-44.8-44.8-34.7-15.0-4.5-44.8Ec-1.5-1.50-67.2-67.2-52.1-22.5-6.8-67.2Ff-1-10-44.8-44.8-34.7-15.0-4.5-44.8Hd-1.5-1.50-67.2-67.2-52.1-22.5-6.8-67.2Ig-1-10-44.8-44.8-34.7-15.0-4.5-44.8Je000000000八、杆件设计8.1上弦杆整个上弦采用等截面，按HI、IJ杆件的最大设计内力设计。N＝-859.2kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度mmllox15080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7支撑布置和内力变化情况，取oyl为支撑点间的距离，即mmloy4522150821507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。腹杆最大内力N＝-450.4kN，查表得，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：230.4952215807.0102.859mmfNA需要的回转半径：mmlimmlioyyoxx4.75604522,1.25601508根据需要A、yxii、查角钢规格表，选用2L160×100×10，肢背间距a＝12mm，则A＝50.62cm，cm.852ix，cm78.7iy按所选角钢进行验算：9.2528.51508iloxxx，1.588.774522iloyyy满足长细比150的要求。由于xy，只需求y，查表y＝0.818，则aaaMP215MP6.207MP5060818.0102.859AN3y所选截面合适，上弦截面如图所示：图7：上弦截面88.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd杆计算。N=817.5kNmmlox4500，mmlloy133502/267000所需截面积为（因跨中有通长系杆）:22302.38mm3.3802215105.817NAcmf选用2L160×100×10，因,0xoyll故用不等肢角钢，短肢相并。A＝50.62cm，cm.852ix，cm78.7iy3509.15785.2450iloxxx，3506.17178.71335iloyyyaaMP215MP6.1615060817500AN，所以满足要求。下弦截面如图：图8.下弦截面8.3斜杆按端斜杆aB最大设计内力设计。杆件轴力：kNN4.450计算长度：mmlloyox2530因为oyoxll，故采用等肢角钢，使yiix。选用2L100×10。则:A＝38.522cm，m3.05cix，mc60.4iy90.8330.53052iloxxx，0.550.462530iloyyy由于xy，只需求x。查表x＝0.668，则:aaMP215175.0MP3852686.0450400ANx，故所选截面合适。端斜杆截面如图：图9.端斜杆截面8.4腹杆腹杆cf-fG在f节点处不断开，采用通长杆件。kNNcf9.156,kNNfG6.120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mmlox2087，在桁架平面外的计算长度：mmNNlly6.3932)9.1566.12025.075.0(4174)25.075.0(1210选用2L110×10，查角钢规格表得A＝45.522cm，cm38.3ix，cm00.5iy150115.919.420iloxxx，15065.870.506.3932iloyyy由于xy，只需求x。查表x＝0.458，则:aaMP215MP3.725524584.0156900ANy再分腹杆截面如图：10图9：再分腹杆截面8.5竖杆HdkN2.76N，2440mm30500.80.8llox，mmoy3050l由于杆件内力较小，按150][选择，需要的回转半径为mmlioxx3.161502440][，mmlioyy3.201503050][查型钢表，选截面的xi和yi较上述计算的xi和yi略大些。选用2L63×5，其几何特性为：A＝12.292cm，4cm9.1ix，3.04cmiy1508.25119.42440iloxxx，150100.34.303050iloyyy由于xy，只需求x。