梯形钢屋架课程设计.docx
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梯形钢屋架课程设计
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/m
,基本风压:
0.45kN/m
。
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/m
,积灰荷载标准值为0.6kN/m
。
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:
=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
。
屋架跨中起拱按
考虑,取60mm。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如下图:
根据厂房长度(102>60)、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:
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/m
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
计算,跨度单位为米(m)。
荷载计算表如下:
荷载名称
标准值(kN/m
)
设计值(kN/m
)
预应力混凝土大型屋面板
1.4
1.4×1.35=1.89
三毡四油防水层
0.4
0.4×1.35=0.54
找平层(厚20mm)
0.2×20=0.4
0.4×1.35=0.54
80厚泡沫混凝土保护层
0.08×6=0.48
0.48×1.35=0.648
屋架和支撑自重
0.12+0.011×030=0.45
0.45×1.35=0.608
管道荷载
0.1
0.1×1.35=0.135
永久荷载总和
3.23
4.361
屋面活荷载
0.7
0.7×1.4=0.98
积灰荷载
0.6
0.6×1.4=0.84
可变荷载总和
0.3
1.82
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:
(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载:
半跨节点可变荷载:
(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:
半跨接点屋面板自重及活荷载:
(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:
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③
F1×①+F2×②
F1×①+F2×③
F3×①+F4×②
F3×①+F4×③
上弦
AB
0
0
0
0
0
0
0
0
0
BC、CD
-11.29
-8.46
-3.46
-628.05141
-581.69601
-499.79601
-258.9589
-142.4089
-628.15141
DE、EF
-18.19
-13.05
-6.28
-1011.8915
-927.69831
-816.80571
-403.6948
-245.8861
-628.05141
FG、GH
-21.58
-14.61
-8.52
-1200.4738
-1086.30522
-986.55102
-458.6017
-316.6438
-1011.8915
HI
-22.43
-13.98
-10.33
-1247.7585
-1109.34747
-1049.5605
-448.5659
-363.4844
-1200.4738
IJ、JK
-22.9
-14.45
-10.33
-1273.9041
-1135.4931
-1068.0075
-462.0925
-366.0553
-1247.7585
下弦
ab
6.02
4.6
1.75
334.88658
311.62698
264.94398
140.1554
73.7219
334.88658
bc
15.18
11.15
4.93
844.44822
778.43682
676.55322
342.9411
197.9529
844.44822
cd
20.14
14.07
7.42
1120.36806
1020.94146
912.01446
438.1375
283.126
1120.36806
de
22.15
14.45
9.42
1232.18235
1106.05635
1023.66495
457.99
340.7407
1232.18235
ef
21.3
11.66
11.77
1184.8977
1026.9945
1028.7963
388.3056
390.8697
1184.8977
斜腹杆
aB
-11.32
-8.63
-3.28
-629.72028
-585.65808
-498.02508
-263.0857
-138.3772
-629.72028
Bb
9.05
6.64
2.95
503.44245
463.96665
403.52445
204.2819
118.268
503.44245
bD
-7.56
-5.23
-2.85
-420.55524
-382.38984
-343.40544
-163.2645
-107.7867
-420.55524
Dc
5.55
3.5
2.51
308.74095
275.16195
258.94575
111.9435
88.8666
308.74095
cF
-4.27
-2.27
-2.45
-237.53583
-204.77583
-207.72423
-76.2706
-80.4664
-237.53583
Fd
2.74
0.95
2.18
152.42346
123.10326
143.25066
37.1323
65.8036
152.42346
dH
-1.57
0.19
-2.14
-87.33753
-58.50873
-96.67413
-4.159
-58.4713
-96.67413
He
0.36
-1.23
1.94
20.02644
-6.01776
45.90684
-26.7021
47.1906
47.1906
-26.7021
eg
1.56
3.44
-2.3
86.78124
117.57564
23.55444
88.7196
-45.0798
117.57564
-45.0798
gK
2.28
4.16
-2.3
126.83412
157.62852
51.81372
109.4412
-41.1414
157.62852
-41.1414
gI
0.65
0.65
0
36.15885
36.15885
25.51185
18.707
3.5555
36.15885
竖杆
Aa
-0.5
-0.5
0
-27.8145
-27.8145
-19.6245
-14.39
-2.735
-27.8145
Cb、Ec
-1
-1
0
-55.629
-55.629
-39.249
-28.78
-5.47
-55.629
Gd
-1
-1
0
-55.629
-55.629
-39.249
-28.78
-5.47
-55.629
Jg
-1
-1
0
-55.629
-55.629
-39.249
-28.78
-5.47
-55.629
Ie
-1.5
-1.5
0
-83.4435
-83.4435
-58.8735
-43.17
-8.205
-83.4435
Kf
0.17
0.09
0.09
9.45693
8.14653
8.14653
3.0278
3.0278
9.45693
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
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
为支撑点间的距离,即
=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:
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
(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:
需要的回转半径:
根据需要A、
、
查角钢表,选用2∟180×110×14,肢背间距a=12mm,则:
A=7800
,
=30.8mm,
=88.0mm
验算:
由于[
]=150,所以满足细长比要求。
因为
,只需求
,查表得
=0.847,则
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=1232.18kN
(因跨中有通长系杆),所需截面为:
选用2∟180×110×12,因
故用不等肢角钢,短肢相并,如下图
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:
因为
故采用不等肢角钢,长肢相并,使
.选用2∟140×90×10,则
A=44.6cm
,
,
因为
,只需要求
,查表得0.764,则
所以所选截面符合要求。
(4)腹杆
此杆可在g点处不断开,采用通杆。
最大拉力:
最大压力:
在桁架平面内的计算长度取节点中心间距
,在桁架平面外的计算长度:
选用2∟63×5,查表有:
因
>
,只需求
,查表得
=0.31,则
符合要求
(5)竖杆
由于杆件内力较小,按
选择,则需要的回转半径为
查型钢表,选截面的
和
较上述计算的
和
略大。
选用2∟63×5,其几何特征为
因
>
,只需求
,查表得
=0.38,则
符合要求。
其余各杆见下表:
杆件编号
内力(kN)
计算长度
截面规格
截面面积
回转半径(cm)
长细比
容许长细比
稳定系数
计算应力
IJ、JK
-1247.75
150.8
452.4
2∟18
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