钢结构T型屋架课程设计

西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计一、设计资料1、题号25的已知条件：梯形钢屋架跨度21m，长度60m，柱距6m。冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g。采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i＝1/16。屋面活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载标准值为0.1kN/m2，基本风压0.25kN/m2,积灰荷载标准值为0.6kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度：l0=21m-2×0.15m=20.7m。3、跨中及端部高度：设计为无檩体系方案，由于成都市的年降水量很少，采用缓坡梯形屋架，取屋架在21m轴线处的端部高度h0'=1.944m，屋架中间高度h=2.600m（取为l0/8），则屋架在20.7m处，两端的高度为h0=1.953m。屋架跨中起拱按l0/500考虑，取50mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图1所示。图1根据厂房长度（60m≤60m）、跨度及荷载情况，设置两道上下弦横向水平支撑。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。在上弦平面设置刚性系杆与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间。由于l=21m30m，故在跨度中央设置一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置图如图2所示。图2(a)图2(b)图2(c)图2梯形钢屋架支撑布置（a）桁架上弦支撑布置图；（b）桁架下弦支撑图；（c）垂直支撑1—1SC—上弦支撑；XC—下弦支撑；CC—垂直支撑；GG—刚性系杆；LG—柔性系杆西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计三、荷载计算考虑到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。因此，取屋面雪荷载0.75kN/m2。屋架沿水平投影积分的重分布的自重(包括支撑)按经验公式gk=(0.12+0.011L)kN/m2计算.跨度单位为米(m).荷载计算见表1。表1荷载计算荷载名称标准值(kN/m2)设计值(kN/m2)永久荷载预应力混凝土大型屋面板1.41.4×1.35=1.89三盏四油防水层0.40.4×1.35=0.54找平屋(厚20mm)0.02×20=0.40.4×1.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.08×6=0.480.48×1.35=0.648屋架各支撑自重0.12+0.011×30=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可变荷载屋面活荷载0.750.75×1.4=1.05积灰荷载0.60.6×1.4=0.84可变荷载总和1.351.89设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合，在组合时，偏于安全不考虑屋面活荷载和积灰荷载的组合值系数。（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为F=(4.361+1.89)×1.5×6=56.259kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载。全跨节点永久荷载：F1=4.361×1.5×6=39.249kN半跨可变荷载:F2=1.89×1.5×6=17.01kN（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:F3=0.608×1.5×6=5.47kN半跨节点屋面板自重及活荷载:F4=(1.89+0.75)×1.5×6=23.76kN上述计算中，（1）,（2）为使用节点活荷载情况,（3）为施工阶段荷载情况.西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计四、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3所示。(a)(b)(c)图3由图解法或数解法（本设计采用结构力学求解器）F=1的屋架的内力系数（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，计算结果如表2。西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计表2屋架杆件内力组合五、杆件设计（1）上弦杆。整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大内力设计，即N=-809.79KN。上弦杆计算长度如下。在屋架平面内：为节间轴线长度，即lox=l0=1.503m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，根据支撑布置和内力变化情况，取loy为支撑点间的距离，即杆件名称内力系数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AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC,CD-8.44-6.35-2.82-474.60-439.07-379.09-196.95-113.17-474.60DE,EF-12.96-9.07-5.19-729.23-663.08-596.94-286.48-194.10-729.23FG,GH-14.39-9.00-7.20-809.79-717.97-687.37-292.48-249.74-809.79下弦ab4.793.681.47269.20250.42212.85113.6361.15269.20bc11.128.094.05625.83574.22505.41253.07156.96625.83cd13.999.336.22787.06707.73654.86298.11224.26787.06de14.148.088.08795.22692.17692.17269.23269.23795.22斜腹杆aB-8.07-6.21-2.48-454.07-422.39-359.03-191.67-103.17-454.07Bb6.184.482.27347.46318.56280.95140.1687.62347.46bD-4.79-3.14-2.20-269.42-241.36-225.37-100.78-78.44-269.42Dc3.241.732.02182.45156.68161.6658.8065.76182.45cF-1.99-0.51-1.98-112.18-86.99-111.86-23.10-57.83-112.18Fd0.71-0.661.8340.0616.7459.04-11.7647.3359.04dH0.461.80-1.7925.9948.82-12.3045.39-39.9848.82-39.98竖杆Aa-0.50-0.500.00-28.13-28.13-19.62-14.62-2.74-28.13Cb-1.00-1.000.00-56.43-56.41-39.38-29.29-5.51-56.43Ec-1.00-1.000.00-56.03-56.05-39.06-29.14-5.40-56.03Gd-1.01-1.000.00-56.54-56.51-39.48-29.33-5.54-56.54He0.000.000.000.000.000.000.000.000.00西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计loy=l1=1.503×4=6.012m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角肢钢，短肢相并。腹杆最大内力为N=-454.07kN，查周俐俐主编《钢结构》表8-4，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设60，钢材选用Q235，查稳定系数表，可得807.0（b类截面），则需要的截面积为：2324.4667215807.01079.809mmfNA需要的回转半径为mmlioxx05.25601503mmlioyy100.2606012图4上弦杆截面根据需要的A、xi、yi、查角钢规格表，选用2L180×110×10，肢背间距a=10mm,如图4，则A=6742mm2,xi=31.05cm，yi=8.71cm按所选角钢进行验算：15002.691.876012yoyyil满足长细比要求。由于xy，只需求y即可，故所选截面合适。（2）下弦杆。整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的de杆计算，则N=795.22kNmmlox3000，mmmmloy10350220700，所需截面为2299.3676.3666215100022.795cmmmfNA选用2L125×80×10，因为oxoyll，故用不等肢角钢，短肢相并。见图5，查周俐俐主编《钢结构》附录14、15可得A=39.422cm36.992cm,xi=2.26cm,yi=6.11cm。图5下弦杆截面西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计按所选角钢进行验算：35074.1326.223000xoxxil；35040.1691.6110350yoyyil因此，所选截面合适。（3）端斜杆aB。杆件的轴力为N=-454.07kN，计算长度为oxlmmloy2530。因为lox=loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy。选用2L1258010，见图6，则查周俐俐主编《钢结构》附录14、15可得A=39.422cm,xi=3.98cm,yi=3.31cm按所选的角钢进行验算：15057.638.392530xoxxil15044.761.332530yoyyil因xy，只需求y，查表y=0.710，则MPaMPaANy21524.1623942710.0454070因此，所选截面合适。（4）腹杆dH。此杆采用通长杆件。最大拉力：N=48.82kN最大压力：N=39.98kNdH在桁架平面内的计算长度取为mmlox401.2，mmloy3002故采用等边角钢，选用2L63×5，见图7，肢背间距取10mm，查查表得A=13.762cm，xi=1.94cmyi=3.04cm。按所选角钢进行验算：15077.12394.12401xoxxil图6端杆aB截面图7腹杆dH截面西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计15075.9804.33002yoyyil因yx，只需求x，查周俐俐主编《钢结构》附表12-2得x=0.349，则MPaMPaANx21589.771228418.039980拉应力为MPaMPaAN21576.39122848820因此所选截面合适。（5）竖杆CbN=-56.43kN，mmllox17058.0。mmlloy2131。由于杆件内力较小，取100，需要的回转半径为mmlioxx05.171001705mmlioyy31.211002131查周俐俐主编《钢结构》附录13，选截面的xi，yi教上述计算的xi，yi略大些。选用2L63×5，见图8，其几何特性为A=12.282cm，xi=1.94cm,yi=3.04cm,则15089.874.191705mmilxox15010.704.302131mmilyoy因yx，只需求x，由x查表得x=0.634，则图8竖杆Cb截面西南科技大学土建学院土木工程专业钢结构课程设计MPaMPaANx21548.721228634.056430因此所选截面合适。剩下各杆件的截面选择计算结果见表3。表3屋架杆件截面选择注：表格中凡未加特别说明的不等边角钢组合截面形式均为短边相并名称杆件编号内力（kN）计算长度(cm)截面规格截面面积（cm2)回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数计算应力/NA(N/mm2oxloylxiyixyxy上弦FG、GH-809.79150.3601.22L180×110×1067.4231.058.