设计某车间的三角形钢屋架

钢结构课程设计1设计某车间的三角形钢屋架1、题目：设计某车间的三角形钢屋架2、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。车间柱网布置见图1。该车间无悬挂起重机，无天窗、无振动。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）屋面采用形式具体见小组分表，槽钢檩条。4）采用三角形钢屋架，荷载分类情况见附录1，屋架几何尺寸和内力系数情况见附录2。5）采用三角形钢屋架十二节间芬克式，A坡度1:2.5、B坡度1:3两种形式。3、设计要求1）设计屋架荷载；2）设计屋架杆件内力（用图解法）；3）选择杆件截面；4）设计节点；5）绘制屋架施工图。4、内力计算考虑下面三种情况1)满载（全跨静荷载加全跨活荷载）2)半跨屋面板荷载、半跨活荷载和全跨屋架自重。3)全跨静荷载和半跨活荷载。钢结构课程设计2荷载类型序号荷载名称重力N/m2（标准值）荷载分项系数永久荷载1波形石棉瓦2001.22木丝板保温层2403油毡、木望板1804檩条、屋架及支撑2405压型钢板135可变荷载a活荷载3001.4b雪荷载450c风荷载4001、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。车间柱网布置见图1。该车间无悬挂起重机，无天窗、无振动。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）屋面采用形式具体见小组分表，槽钢檩条,檩条斜距为0.778m。4）采用三角形钢屋架，荷载分类情况见附录1，屋架几何尺寸和内力系数情况见附录2。5）采用三角形钢屋架十二节间芬克式，坡度1:2.52、屋架形式、几何尺寸及支撑步骤1)、屋架尺寸：屋架计算跨度：0l=l－300=24000－300=23700mm屋面倾角：'1arctan2148,sin0.3714,cos0.92852.5屋架跨中的高度为：23700474022.5hmm上弦长度：0127622cosllmm节间长度：'1276221276amm节间水平投影长度：a='acos=2127×0.9285=1975mm钢结构课程设计3屋架几何尺寸（单位：mm）2）、檩条和支撑布置根据厂房总长度90m，跨度为24m，该车间无悬挂起重机、无天窗、无振动等因素，屋架形式、几何尺寸及支撑布置如图所示，上弦节间长度为两个檩距，有节间荷载。上弦横向水平支撑设置在房间两端及伸缩缝处的第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一道通长的水平系杆。上弦横向水平支撑在交叉点与檩条相连。为此，上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的1/2。钢结构课程设计4屋架支撑布置（单位;mm）（a）上弦横向水平支撑；（b）下弦横向水平支撑；（c）垂直支撑3、檩条的设计波形石棉瓦长1820mm,要求搭接长度≥150mm，且每张石棉瓦需要有不少于三个支撑点，因此最大檩条间距：apmax=1820−1503−1=835mm半跨屋面所需檩条数：np=6×2127835+1=16.3根；考虑到上弦平面横向支撑节点处必需设置檩条，则实际中取半跨屋面的檩条数np=17根；檩条间距ap=6×212717−1=798mmapmax=835mm。选用[16a槽钢截面，由型钢表查得，自重17.23kg／m≈0.17kNm，xW=108.33cm，yW=16.33cm，xI=8664cm。1）、荷载计算（对轻屋面，可只考虑可变荷载效应控制的组合）永久荷载：（坡面）沿屋面分布的永久荷载应乘以1/cos=1/0.9285=1.077波形石棉瓦：0.2×2.127×1.077=0.46kNm檩条和拉条：0.24×2.127×1.077=0.55kNm油毡、木望板：0.18×2.127×1.077=0.41kNmkg=1.42kNm可变荷载：（由于屋面活荷载为0.32kNm小于雪荷载0.452kNm，故可不考虑屋面活荷载，只考虑雪荷载。）雪荷载：0.45×2.127×1.077=1.03kNmkq=0.45×2.127cos=0.45×2.127×0.9285=0.89kNm檩条均布荷载设计值：q=Gkg+Qkq=1.2×1.42+1.4×0.89=2.95kNmxq=qcos=2.95×0.9285=2.73kNmyq=qsin=2.95×0.3714=1.10kNm2)、强度验算弯矩设计值（见图）：钢结构课程设计5xM=218xql=18×2.73×26=12.29kNmyM=21()82ylq=18×1.10×26()2=-1.24kNm（因为在檩条的跨中设置了一道拉条）檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。MXγxWnx+MyγyWny=12.29×1061.05×108.3×103+1.24×1061.2×16.3×103=171N/mm2𝑓=215𝑁/mm23）、刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值：kg+kq=1.42+0.89=2.31kNm（qk+gk）cosα=2.31×0.9285=2.15KN/mvl=5385×((gk+qk)cosα)³EIx=5385×2.15×60003206×103×866×104=12961150因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用[16a槽钢檩条能满足要求。4、屋架节点荷载计算1）、永久荷载（水平投影面）波形石棉瓦0.2／0.9285=0.222kNm油毡、木望板0.18／0.9285=0.192kNm檩条、屋架及支撑0.242kNmkg=0.652kNm2）、屋面活荷载屋面活荷载和雪荷载中取最大值为0.452kNm。钢结构课程设计63）、风荷载风荷载高度变化系数为1.21，屋面迎风面的体型系数为－0.341，背风面为－0.5，所以负风压的设计值为（垂直于屋面）迎风面：W1=－1.4×1.21×0.341×0.4×2.127×6=-2.9kN/m背风面:W2=－1.4×1.21×0.5×0.4×2.127×6=-4.34KN/mW1和W2均小于永久荷载（荷载分项系数取1.0）垂直与屋面的分量0.65×0.9285=0.602kNm，所以永久荷载与风荷载联合作用下不会使杆件的内力变号，故风荷载产生的内力的影响不予考虑。4）、屋架上弦在檩条处的集中荷载及节点荷载屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为F=（1.2×0.65+1.4×0.45）×6×1.975=16.1kN钢结构课程设计7上弦节间荷载及节点荷载荷载形式荷载分类集中荷载（设计值）F’/KN节点荷载（设计值）F=2F’/KN备注恒载3.176.34F’=1.2×0.65KN/m²×0.778m×0.9285×6m=3.17kN活荷载2.735.46F’=1.4×0.45kN/m²×0.778m×0.9285×6m=2.73KN恒载+活荷载5.911.8F’=3.17kN+2.73kN=5.9kN5、屋架杆件内力计算屋架杆件内力计算可用图解法或数解法进行。本设计屋架为标准屋架，直接由建筑结构设计手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。结果如图所示。杆的内力图（单位：kN）钢结构课程设计8屋架构件内力组合表杆件名称、编号恒载及活荷载半跨活荷载风荷载内力组合/kN内力系数恒载内力/kN活荷载内力/kN内力系数半跨活载内力/kN内力系数风荷载内力/kN恒载+活荷载恒载+半跨活荷载恒载+风荷载12345672+32+52+7上弦杆1-14.28-90.54-77.97-10.78-58.8613.7659.72-168.51-149.40-30.822-13.65-84.54-74.53-9.62-52.5312.9356.12-159.07-137.07-28.423-14.05-89.08-76.71-10.02-54.7113.7659.72-165.79-143.78-29.364-13.68-86.73-74.69-9.65-52.6913.7659.72-161.42-139.42-27.015-12.53-79.44-68.41-8.50-46.4112.9356.12-147.85-125.84-23.326-12.94-82.04-70.65-8.91-48.6513.7659.72-152.69-130.69-22.32下弦杆713.7587.1875.0810.0054.6-14.82-64.32162.62141.7822.86811.2571.3361.437.5040.95-12.13-52.64132.76112.2818.6997.5047.5540.953.7520.48-8.09-35.1188.5068.0312.44腹杆10-1.21-7.67-6.61-1.21-6.611.305.642-14.28-14.28-2.0311-2.78-17.63-15.18-2.78-15.18313.02-32.81-32.81-4.61122.515.8513.652.5013.65-2.70-11.7229.5029.504.13133.7523.7820.483.7520.48-4.04-17.5344.2644.266.25146.2539.6334.136.2534.13-6.74-29.2573.7673.7610.38150.000.000.000.000.000.000.000.000.000.006、杆件截面选择1)、上弦杆弯矩计算：端节间跨中正弯矩为M1=0.8M0=0.8×P′4l=0.8×(14×5.9kN×0.9285×2.127)=2.33kN∙m2)、中间节间跨中正弯矩和中间节点负弯矩为M2=0.6M0=0.6×P′4l=0.6×(14×5.9kN×0.9285×2.127)=1.75kN∙m弦杆端节间最大内力为－168.51kN，由焊接屋架节点板厚度选用表，可选用屋架中间钢结构课程设计9节点板厚度为8mm，支座节点板厚度为10mm。（1）、上弦杆（见图）整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。上弦截面maxN=－168.51kN，oxl=212.7cm，oyl=2oxl=2×212.7=425.4cm。选用2∟90×7，节点板厚为8mm，查型钢表得A=2×12.3=24.62cm，2.78xicm，4yicm,Wxmax=76.56cm3,Wxmin=29.08cm3212.7771502.78oxxxli=425.4106.41504.0oyyyli=根据max106.4y查表得0.515，则NφA=168.51×1030.515×24.6×102=133.7N/mm2𝑓=215𝑁/𝑚m21）、强度检验条件：2215kN/mmfWγMANnxxxn；=1.05；=1.2；[λ]=150取杆1上弦杆（最大内应力杆）验算：轴心压力N=168.51kN最大正弯矩Mx=M1=2.33kN·m，最大负弯矩Mx=M2=1.75kN·m正弯矩截面：223623max121548.971056.7605.11033.2106.241051.168kN/mmfkN/mmWγMANnxxn；负弯矩界面：223623min22155.1171008.292.11075.1106.241079.165kN/mmfkN/mmWγMANnxxn；上弦杆强度满足要求。2)、弯矩作用平面内稳定性计算应按下列规定计算：对角钢水平肢1：1x2x`21215/(10.8)mxxxxxExMNfNmmNAWN钢结构课程设计10对角钢水平肢2：因杆段相当于两端支撑的构件，杆上同时作用有端弯矩和横向荷载并使构件产生反向曲率，故按规范取等效弯矩:长细比：][5.7678.27.212x对于b类截面，