02-27m钢屋架设计例题

1钢屋架设计例题－、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。图1屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。2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）图2屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算3荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10kN/㎡总计3.387kN/㎡可变荷载标准值雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡总计1.25kN/㎡永久荷载设计值1.2×3.387=4.0644kN/㎡（由可变荷载控制）可变荷载设计值1.4×1.25=1.75kN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75)×1.5×6=52.3296kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=4.0644×1.5×6=36.59kNP2=1.75×1.5×6=15.75kN组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载3.内力计算P3=0.417×1.2×1.5×6=4.5kNP4=(1.4×1.2+0.75×1.4)×1.5×6=24.57kN本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。4屋架杆件内力组合表表1杆件名称全跨⑴左半跨⑵右半跨⑶P×⑴P1×⑴＋P2×⑵P1×⑴＋P2×⑶P3×⑴＋P4×⑵P3×⑴＋P4×⑶计算内力(KN)AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD-11.11-8.01-3.74-616.38-557.79-477.09-246.80-141.89-616.38DE-17.89-12.26-6.79-992.54-886.13-782.75-381.73-247.34-992.54EFG-18.47-12.84-6.79-1024.72-918.31-803.96-398.59-249.95-1024.72GHIJ-20.14-12.19-9.44-1117.37-967.11-915.14-390.14-322.57-1117.37a-b5.934.371.89329.00299.51252.64134.0673.12329.00b-c14.9410.525.33828.87745.33647.24325.71198.19828.87c-d21.0813.489.161169.521025.88944.23426.06319.921169.52d-e18.259.809.801012.51852.81852.81322.91322.911012.51Aa-0.50-0.500.00-27.74-27.74-18.29-14.54-2.25-27.74Ba-11.16-8.22-3.54-619.16-563.59-475.14-252.19-137.20-619.16Bb8.966.293.21497.10446.64388.43194.87119.19497.10Cb-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48Db-7.44-4.88-3.08-412.77-364.39-330.37-153.38-109.16-412.77Dc5.483.212.73304.03261.13252.06103.5391.74304.03Ec-1.50-1.500.00-83.22-83.22-54.87-43.61-6.75-83.22E10.730.730.0040.5040.5026.7021.223.2940.50c1-4.56-1.78-3.35-252.99-200.45-230.12-64.25-102.83-252.99F1-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48G1-3.76-0.98-3.35-208.60-156.06-200.86-41.00-99.23-208.60Gd-2.26-2.930.51-125.38-138.05-73.03-82.162.362.36-138.05Hd0.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.000.000.00-156.06I20.000.000.000.000.000.000.000.000.00J2d2.693.50-0.61149.24164.5586.8798.10-2.88164.55-2.88Je0.000.000.000.000.000.000.000.000.00注：表内负责表示压力；正值表示拉力图3屋架接点图四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-619.16KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1117.37KN53*xlt计算长度：屋架平面内取节间轴线长度lOx=150.8cm屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度：lOy=3000cm因为lOx≈lOy，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4图4上弦截面设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807需要截面积A*=N.f=1117.3710=6440mm20.807215需要回转半径ix=lox1508=2.51cmi*ly=ox603000=5.00cm60*i*根据需要的A*、ix、y查角钢型钢表，初选2L16010014，A=6940mm2，i=2.80cm，iy=7.86m。按所选角钢进行验算x=lox=150.8=52.9＜[λ]=150ix2.8y=loy=300=38＜[λ]=150iy7.86由于b1/t160/1411.4＞0.56loy/b10.563000/16010.5则：223.7b1(1oy)3.716(13001.42)44.4＜[λ]=150yzt52.7b41.452.7164由于xyzy，只需求出minx，查轴心受力稳定系数表，x＝0.8384NxA1117.371030.83846940=192N/mm2215N/mm2所选截面合适。2.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lOx=4500mm屋架平面外根据支撑布置取lOy=13350mm26计算需要净截面面积A*=N1169.5210=5439.6mm2f215选用2L1409014（短肢相并），见图5。A=6940mm2，图5下弦截面ix=2.51cm，iy=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取AnA（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则可不计截面削弱影响）N1169.52103An6100=191.7N/mm2215N/mm2x=loxix450=179.3[]=2502.51y=loy1335192.6[]=350所选截面满足要求。iy3.端斜杆Ba6.93已知N＝-619.16kN，lOx＝lOy＝253.9cm因为lOx＝lOy，故采用等肢角钢，使ix＝iy选用角钢2L10012,见图6A＝4560mm2图6端斜杆Ba，ix＝3.03cm，iy＝4.64cm截面刚度和稳定验算x=lox253.9=83.8[]=150ix3.03y=loy253.9=54.7[]=150iy4.6437lt由于b/t10/1.283.30.58loy/b0.58253.9/10=14.730.475b4(1)54.7(10.475104)57.5yzy22oy253.921.22minx0.66243NxA619.16100.66244560205N/mm2215N/mm2所选截面满足要求。填板放两块，a=84.6cm＜40ix=40×3.03=121.2cm4.斜杆Bb已知N=497.1kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lOx=0.8×l=0.8×2622=2097.6mm屋架平面外根据支撑布置取lOy=2622mm选用2L1006，见图7。图7斜杆BbA=2386mm2，ix=3.10cm，iy=4.44cm。N497.1103A2368=208.34N/mm2215N/mm2x=loxix209.76=67.7[]=3503.10y=loy262.259.1[]=350所选截面满足要求。iy4.44填板放两块，a=87.4cm＜80ix=80×3.10=248cm5.再分腹杆c1GN1Nc1=-252.991kN，N2NG1=-208.6kN，1=4174mm计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度lOx=0.8×l=0.8×2087=1669.6mm屋架平面外根据支撑布置取lOy=1（0.75+0.25N1）=4174（0.75+0.25252.99）=4396mmN2选用2L1006，见图8。208.68ltx0腹杆c1G图9中竖杆Je图8再分A=2386mm2，ix=3.10cm，iy=4.44cm。x=loxix166.96=53.9[]=3503.10y=loy439.699[]=350iy4.44由于b/t10/0.616.70.58loy/b0.58439.6/10=25.50.475b4(1)99(10.475104)105.8yzy22oy439.620.62minyz0.51823NyzA252.99100.51282386204.6N/mm2215N/mm2所选截面满足要求填板放两块，a=109.9cm＜40ix=40×3.10=124cm6.中竖杆Je已知N＝0，l00.9l＝0.9335＝301.5cm中间竖杆选用2L756的角钢，并采用十字形截面，见图9A=17.6cm2,i2.45cm,oxloix0301.52.91=103.6[]=150所选截面满足要求填板放五块，