钢结构梯形屋架课程设计计算书

钢结构梯形屋架课程设计计算书

淮阴工学院课程设计计算说明书

课程名称：钢结构设计原理

设计题目：某梯形钢屋架设计

专业层次：土木工程（本科）

班级：土木1081

姓名：薛倩倩

学号：1081401137

指导老师：孙文彬

2 0 1 0 年1 2 月

1、设计资料

1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。

2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。

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）。

4）该车间所属地区辽宁省阜新市。

5）采用梯形钢屋架。

考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）②二毡三油防水层③20mm厚水泥砂浆找④60mm泡沫混凝土保温层⑤支撑重量；

考虑活载：①活载

6）地震设防烈度为7

7）钢材选用Q235钢，焊条为E43型。

2、屋架形式和几何尺寸

屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。

屋面坡度i=1/10；

屋架计算跨度L0＝24000－300＝23700mm；

端部高度取H=1990mm，中部高度取H=3190mm（为L0/7.4）。

屋架几何尺寸如图1所示：

拱50

图1：24米跨屋架几何尺寸

三、支撑布置

由于房屋长度有60米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。（如图2所示）

上弦平面支撑布置

屋架和下弦平面支撑布置

垂直支撑布置

4、设计屋架荷载

屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影

响。沿屋面分布的永久荷载乘以1c o s11.004

=换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式

（

P=0.12+0.011?跨度）计算，跨度单位为m。

w

标准永久荷载：

二毡三油防水层 1.004x0.35=0.351kN/m2

20mm厚水泥砂浆找平层 1.004x 0.4=0.402kN/m2

60mm厚泡沫混凝土保温层 1.004x 0.06x 6=0.36kN/m2

预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.004x 1.4=1.406kN/m2

屋架和支撑自重为0.120+0.011x24=0.384kN/m2

_____________________________

共 2.90kN/m2

标准可变荷载：

屋面活荷载0.7kN/m2

积灰荷载0.75kN/m2

雪荷载0.5kN/m2

_____________________________

共 1.95kN/m2

考虑以下三种荷载组合

①全跨永久荷载+全跨可变荷载

②全跨永久荷载+半跨可变荷载

③全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

（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：

F=(1.35x 2.90kN/m2+1.4x 0.7x 0.7kN/m2+1.4x 0.9x 0.75kN/m2 )x 1.5mx

6m=49.91kN

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨永久荷载设计值： 对结构不利时：

KN m m m KN F 235.3565.1/90.235.122,1==（按永久荷载效应控制的组合）

KN m m m KN F 32.3165.1/90.22.122,1==（按可变荷载效应控制的组合） 对结构有利时：KN m m m KN F 1.2665.1/90.20.123,1== 半跨可变荷载设计值：

()

(组合按永久荷载效应控制的68.1465.1/75.09.0/7.07.04.1221,2=+??=

KN m m m KN m KN F

()22,2

F 1.40.70.90.75k N m 1.5m 6m =17.33k N =?+（按可变荷载效应控制的组合）

（3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效

应控制的组合）

全跨节点桁架自重设计值：

对结构不利时：2

3,1F 1.20.384k N m 1.5m 6m =4.15k N = 对结构有利时：23,2

F 1.00.384k N m 1.5m 6m =3.46k N = 半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：

()22

4

F 1.21.4k N m 1.40.7k N m 1.5m 6m =23.94k N =?+

5、屋架杆件内力计算

用图解法先求出全垮和半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数，然后乘以

实际的节点荷载，屋架在上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆，内力均达到最大，在第二种和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号。因此，在全垮荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算靠近跨中的斜腹杆内力。

如图：

计算结果列于下表：

6、杆件截面选择

⑴上弦杆

整个上弦杆采用等截面，按FH杆件的最大内力计算，即N FH=959.027kN，

上弦杆计算长度：

在屋架平面内：为节间轴线长度，即l0x=l0=1.085m，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l0y 为支撑点间的距离，即l0y =3×1.085=3.255m

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。如图所示。腹杆最大内力N= 509.577KN，查表，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设λ＝60，查Q235钢的稳定系数表，可得ψ＝0.807，则需要的截面积为A=N/ψf=959.027×1000/0.807×215=3817.2mm2

需要的回转半径：i xreq=l0x /λ＝1.085 / 60m=17.9mm

i yreq=l0y /λ＝3.255 / 60m=.25mm

根据需要的A、i x 、i y 查角钢规格表，选用2 L 160×100×12，肢背间距a＝8mm，则

A = 60.11cm2，i x = 2.82cm，i y = 7.67cm

截面验算：

λx=l0x / i x=108.5 /2.82=38.48 ＜［λ］＝150 （满足）

λy=l0y/i y=325.5/7.67=58.75 ﹤[λ] ＝150 （满足）

上弦截面

××

x

x

由于λy > λx ，只需求ψy 。查表ψy =0.814，则

N /ψA=662.308×103 /( 0.814×50.×102）＝160.67 N/mm2﹤f=215 N/mm2（满足）

⑵下弦杆

整个下弦杆采用等截面，按最大内力所在的杆计算，N=946.485kN计算。l0x=230cm，l0y= 1135cm。

所需截面积A req=N / f =946.485×103 /215 =4402.3mm2

查角钢规格表，选用2 L160×100×10，因l0y 》l0x，故用不等肢角钢，短肢相并。

肢背间距a＝10mm，则

A = 50.63cm2，i x = 2.846cm，i y = 7.62cm

λx=l0x / i x=230 / 2.846=80.8 ＜λ ＝350 (满足)

λy=l0y / i y=1135 /7.62=186.67＜λ ＝350 (满足)

下弦截面

×

×

x x

⑶端斜杆

① aB 杆

杆件轴力：N= -384.972kN ，

计算长度：l 0x ＝l 0y ＝2535mm ，因为l 0x ＝l 0y ，故用不等肢角钢，长肢相并，使i x ≈i y 。 选用2 140×90×10，则A=44.52cm 2，i x =4.47cm ，i y =3.74cm λx =l 0x / i x =2535 /44.7 =56.7 < [λ] ＝150 (满足) λy =l 0y

/ i y =2535 /37.4 =67.8< [ λ] ＝150 (满足) 因为λy >λx ，只需求ψ

y ，查表得ψy

= 0.7。

N /ψA = 384972 /（0.7×44.52×102 ）＝113.2 N/mm 2﹤f=215 N/mm 2（满足）

××

10

Ba 杆截面

⑷斜腹杆Hi

最大拉力N1=28.798KN 最大压力N2= -63.611KN

计算长度：l0x =3370mm，l0y = l1 (0.75+0.25N2/N1)=4388mm

选用2 75×5，i x =2.33cm，i y =3.52cm，A=14.82 cm2

λx=l0x / i x=337 /2.33 =144.6 ＜[λ] ＝150 (满足)

λy=l0y / i y=438.8 /3.52=124.7 ＜[λ] ＝150 (满足)

因为λx>λy，只需求ψx ，查表得ψx =0.327。

则压应力N /ψA=63611/(0.327×1482)=131.26 N/mm2 <215 N/mm2拉应力N/A=28798/1482=19.4 N/mm2 <215 N/mm2

70×8 x

y x

8

Bc杆截面

(5)竖杆

①Gg杆

N Gg= -43.402kN，l0x＝0.8×2＝231.2cm，l0y＝2cm.

宜按压杆的容许长细比进行控制。

现选用2 ∟ 63×5，查附表，A＝2×6.14=12.28cm2，i x＝1.94cm，i y=2.cm λx=l0x / i x=231.2 /1.94=119.2 ＜[ λ] ＝150 (满足)

λy=l0y / i y=2 / 2.= 100 ＜[λ] ＝150 (满足)

ψx=0.441﹤ψy=0.555

N /ψA=43402/(0.441×12.28×102)=80.1 N/mm2<=\"\" n=\"\" p=\"\">

63×5x

y

y

x 8

设三块垫板，l d ＝231.2/4=57.8＜40i ＝40×2.＝115.6cm （i 为2.cm ） ②Aa 杆

N Aa = -21.701KN, l 0x ＝l 0y =199cm,

选用2 ∟ 63×5，查附表，A ＝2×6.14=12.28cm 2，i x ＝1.94cm ，i y =2.cm λx =l 0x / i x =199/1.94=102.6 ＜ [λ] ＝150 (满足) λy =l 0y / i y =199/2.=68.9 ＜ [λ] ＝150 (满足) ψx =0.﹤ψy =0.757

N /ψA=21701/(0.×12.28×102)=32.7 N/mm 2<=\"\" mm=\"\" n=\"\" p=\"\">

63×5x

y

y

x

8

设两块垫板，l d＝199/3=66.3＜40i＝40×2.＝115.6cm（i为2.cm）

其他杆截面见下表，选用时一般腹杆按2 ∟ 70×8，竖杆选2 ∟ 63×5

不等肢角钢长肢相并的T型截面，腹杆采用两个等肢角钢组成的T型截面。

屋架杆件截面选择表

精选文档

注：上弦杆和下弦杆采用的是不等肢角钢短肢相并的T型截面形式，支座斜杆杆采用的是

精选文档