钢结构课程设计参考示例

参考实例：

钢结构课程设计例题

－、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。

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、荷载与力计算

1.荷载计算

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0.10 kN/㎡

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=4.0644 kN/㎡（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=52.3296 kN

组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载

屋架上弦节点荷载

P=4.0644×1.5×6=36.59 kN

P=1.75×1.5×6=15.75 kN

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

P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN

P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN

3.力计算

本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的力系数，见表1。由表三种组合可见：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，则可避免力变号而不用组合三。

注：表负责表示压力；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，按最大力计算，N=-1117.37KN

计算长度：屋架平面取节间轴线长度Ox l=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：Oy l=3000cm

因为2Ox l≈Oy l，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λ=60，查轴心受力稳定系数表，?=0.807

需要截面积*A =f

N .?=2158070103711173

??..=64402mm

需要回转半径*x i =60

1508=λox l =2.51 cm *

i =60

3000=λox l =5.00 cm 根据需要的*

A 、*x i 、*y

i 查角钢型钢表，初选 2 L 160?100?14，A=69402mm ，

x i =2.80cm ，y i =7.86m 。

按所选角钢进行验算

x λ=x ox i l =828150..=52.9＜[λ]=150

y λ=

oy i l =

7300

.=38＜[λ]=150

由于51016030005605604111416011./.b /l .＞./t /b oy =?===

则：444167524130014116737521734

242

21.)..(..)b .t l (t b .oy yz =??+?=+=λ＜[λ]=150

由于 y yz x λλλ>>，只需求出x min ??=，查轴心受力稳定系数表，x ?＝0.8384

6940

83840103711173

??=..A N x ?=192N/2mm <215 N/2mm 所选截面合适。