21米屋架钢结构设计

单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计1黄山学院21米跨工业厂房梯形屋架设计一、设计资料1.某单层单跨工业厂房总长度90米，跨度L(取21m)。厂房纵向柱距6m。2.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。3.屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。根据设计要求，屋架采用的钢材、焊条为：Q235钢，焊条为E43型。4.荷载标准值（水平投影面计）(1)永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.45KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.45KN/m2屋架及支撑自重：按经验公式Lq011.012.0=0.351KN/m2(2)可变荷载：屋面活荷载标准值：0.7KN/m2雪荷载标准值：0.35KN/m2积灰荷载标准值：1.2KN/m2注：实际取屋面活荷载标准值与雪荷载标准值的较大值，保温层及积灰单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计2荷载取值参照学号。屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度见附图1。5.钢屋架的制造、运输荷安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，工地有足够的起重安装条件。屋架几何尺寸及屋架全跨上弦节点单位荷载作用下构件内力系数见附图。6.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）、在吊装过程中可能出现的半跨屋面板荷载和半跨活荷载（活荷载400N/m2）和全跨屋架自重。（3）、在使用过程中全跨静荷载和半跨活荷载。7.设计附图：19901350229025902890304026132864312425302864312433901507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5150AaceghBCDFGH15007=10500×Aa+4.1000.000-7.472-11.262-12.18-12.18-7.684-4.409-1.572+0.713+5.808+5.808+2.792+0.328-1.0-1.0-1.0-0.5+9.744+11.962+11.768ceghBCDEFGH0.51.01.01.01.01.01.01.021米跨屋架几何尺寸21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值Aacegg'e'c'a'+3.0100.000-5.310-7.339-6.861-5.319-3.923-2.1620.00-5.641-2.633-0.047+1.913+1.367+1.570+1.848+3.960+1.222-1.039-1.200-1.525-1.776-2.043-1.0-1.0-1.00.000.000.00-0.5+6.663+7.326+5.884+4.636+3.081+1.090BCDEFGHG'F'E'D'C'B'A'0.51.01.01.01.01.01.01.021米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值二、屋盖结构形式和支撑布置布置屋盖支撑时应根据支撑布置原则，结合本设计具体情况，即厂房长度90m60m；跨度L＝21m；有桥式吊车且吊车平台较高等，考虑上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、垂直支撑应设几道和其位置；下弦纵向水平支撑是否需要设置；系杆如何设置，设刚性系杆还是柔性系杆布置屋架支撑，并进行编号，钢屋架代号GWJ单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计3支撑代号：屋架上弦横向水平支撑sc屋架下弦横向水平支撑xc屋架下弦纵向水平支撑zc垂直支撑cc刚性系杆LG1柔性杆件LG2600060060060006000×15屋架上弦支撑布置图6000×1560006006006000屋架下弦支撑布置图单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计4三、荷载内力计算1.荷载计算按屋面做法，已知各荷载标准值算出永久荷载设计值；按屋面活载及雪荷载两者中取大值的原则，算出可变荷载的设计值。计算可列表1进行。表1荷载标准值及设计值计算序号荷载名称标准值(KN/m2设计值KN/m2备注1三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.40.481.22水泥砂浆找平层0.40.483保温层0.450.724一毡二油隔气层0.050.065水泥砂浆找平层0.30.366预应力混凝土屋面板1.451.747屋架及支撑自重0.3510.4212永久荷载总重3.4514.26128屋面施工活荷载标准值0.70.981.49雪荷载标准值0.350.4910积灰荷载标准值1.21.68可变荷载总重1.92.66取8、9项中之大值垂直支撑1-1柱顶处屋架垂直支撑单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计52.荷载组合按三种情况进行组合：(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载；P=（4.2612+2.66）×6×1.5=62.2908KN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载；P1=4.2612×6×1.5=38.3508KNP2=2.66×6×1.5=23.94KN(3)全跨屋架支撑自重+半跨屋面板重+半跨可变荷载重。P3=1.2×0.351×6×1.5=3.7908KNP4=(1.2×1.45+2.38)×6×1.5=37.08KN3.杆件内力杆件轴心力＝节点荷载×杆件内力系数。对于上、下弦荷靠近支座的腹杆，仅需按组合(1)算出相应的内力选定为内力设计值。而靠近跨度中间部分的腹杆则需分别按三种组合求出相应的内力。经比较，其最不利的数值选定为内力设计值。具体计算可列表进行。下表给出了半跨荷全跨上弦节点单位荷载作用下的杆件内力系数。单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计6表2屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第1种组合第2种组合第3种组合计算杆件内力（kN）全跨(1)左半跨(2)右半跨(3)1p2121PP3121PP2143PP3143PP上弦AB0000.000.0000.0000.0000.0000BC/CD-7.472-5.31-2.162-465.44-413.679-338.315-225.220-108.492-465.44DE、EF-11.262-7.339-3.923-701.52-607.602-525.823-314.822-188.157-701.52FG/GH-12.18-6.861-5.319-758.70-631.365-594.450-300.578-243.400-758.70下弦ac4.13.011.09255.39229.298183.333127.15355.959255.39ce9.7446.6633.081606.96533.202447.449284.002151.181606.96eg11.9627.3264.636745.12634.137569.738316.994217.248745.12gh11.7685.8845.884733.04592.175592.175262.789262.789733.04斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-478.64-429.733-343.597-238.297-104.883-478.64Bc5.8083.961.848361.78317.544266.983168.85490.541361.78cD-4.409-2.633-1.776-274.64-232.123-211.606-114.345-82.568-274.64De2.7921.2221.57173.92136.330144.66155.89668.800173.92eF-1.572-0.047-1.525-97.92-61.413-96.796-7.702-62.506-97.92Fg0.328-1.0391.36720.43-12.29545.305-37.28351.93251.93gH0.7131.913-1.244.4173.141-1.38473.637-41.79373.64竖直杆Aa-0.5-0.50-31.15-31.145-19.175-20.435-1.895-31.15Cc/Ee-1-10-62.29-62.291-38.351-40.871-3.791-62.29Gg-1-10-62.29-62.291-38.351-40.871-3.791-62.29表中的杆件名称与下图中的对应19901350229025902890304026132864312425302864312433901507.51507.51507.51507.51507.51507.51507.5150AaceghBCDFGH15007=10500×单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计7四、杆件截面选择1、按腹杆最大内力N=-478.64KN查表选用中间节点板厚度t=10mm,荷载支座节点板厚度t=12mm.2、上弦杆整个上弦杆不改变截面，按上弦杆FH的最大计算内力设计值，按轴心受压构件设计截面。根据钢结构基本原理可知，单轴对称截面的轴心受压构件在绕非对称主轴失稳时呈弯曲屈曲，但绕其对称轴失稳时通常呈弯扭屈曲。弯扭屈曲换算长细比yz12222222220201412yzyzyzyzeiGB50017规范给出了双角钢截面换算长细比的简化公式，将直接用于设计中。计算内力设计值：N=-758.70KN计算长度：屋架平面内取节点中心间轴线长度1507.5oxllmm屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化取值221507.53015oyllmm截面选择：由于2oyoxll，选用不等边角钢，短边相连。设80，查表知为b类截面，查附表（b类截面轴心受压构件的稳定系数）得0.688。需要的截面特性：212.5129215688.0758700mmfNA单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计81507.518.8480oxxlimm301537.6980oyylimm根据需要的A、xi、yi查型钢表选用2∠125×80×12不等边角钢，短边相连，截面特性：A=234024680mm2,xi=22.4mm,yi=61.5mm截面验算：1507.567.3015022.4oxxxli301549.015061.5oyyyli11125301510.40.560.5613.51212549.0oyyzylbtb由则可近似取满足长细比要求，因.xyyz，由x=67.30查附表0.7672x22/215/31.211234027672.0758700mmNfmmNAN满足要求。3.下弦杆整个下弦杆不改变截面，按下弦杆eg的最大计算内力设计值，按轴心受拉构件设计截面。计算内力设计值：N=745.12KN计算长度：150023000150046000oxoylmmlmm截面选择：267.3465215745120mmfNAyyxx125801212510单层21米跨工业厂房钢结构屋架设计9根据需要的A、xi、yi查型钢表选用2∠125×80×10不等边角钢，短边相连。截面特性：A=3940mm2,xi=22.6mm,yi=61.1mm截面验算：15027.136.2230000xxxil15020.981.6160000yyyil22/215/1.1893940745120mmNfmmNAN满足要求。4、斜腹杆（1）端斜杆aB计算内力设计值：N=-478.64KN计算长度：25302350oxoyllmmllmm截面选择：选用不等边角钢，，设80，b类