钢结构单层工业厂房课程设计

一、设计资料

1.结构形式

某厂房跨度为24m，总长120m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C20，屋面坡度为i=1：10。

2.屋架形式及选材

屋架跨度为24m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用钢材及焊条为：钢材选用Q345钢，焊条采用E50型。

3.荷载标准值（水平投影面计）

①永久荷载：

二毡三油防水层 0.4KN/m2 80mm泡沫混凝土保温层 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.4KN/m2

1.5*6m预应力混凝土大型屋面板 1.4KN/m2

屋架及支撑自重（按经验公式q=0.12+0.011L计算） 0.384KN/m2

悬挂物及管道 0.1KN/m2

②可变荷载

屋面活荷载标准值 0.5KN/m2

雪荷载标准值 0.7KN/m2

积灰荷载标准值 0.3KN/m2

4.屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，

端部高度：h=2005mm（轴线处），

h=2990mm（计算跨度处）。

起拱h=50mm

二、结构形式与布置图

屋架支撑布置图如下图所示

图一：24m跨屋架（几何尺寸）

图二：24m跨屋架全跨单位荷载作用下各杆的内力值

图三：24m跨屋架半跨单位荷载作用下各杆的内力值

三、荷载与内力计算

1.荷载计算

永久荷载标准值：

二毡三油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2

保温层 0.4KN/m2

预应力混凝土大型屋面板 1.4KN/m2

屋架及支撑自重（按经验公式q=0.12+0.011L计算） 0.384KN/m2悬挂管道 0.1KN/m2 _________________________________________________________________

总计：3.184KN/m2可变荷载标准值：

雪荷载0.7KN/m2大于屋面活荷载标准值0.5KN/m2，取0.7KN/m2

积灰荷载标准值 0.3KN/m2 _______________________________________________________________

总计1.0KN/m2永久荷载设计值：1.35×3.184＝4.30KN/m2

可变荷载设计值：1.4×1.25＝1.75KN/m2

2.荷载组合

设计屋架时，应考虑如下三种荷载组合：

（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架上弦节点荷载F=（4.30+1.75）×1.5×6=54.45KN

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载

屋架上弦节点荷载F

=4.30×1.5×6=38.71KN

1

=1.75×1.5×6=15.75KN

F

2

（3）全跨屋架和支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载

=0.384×1.35×1.5×6=4.667KN

屋架上弦节点荷载F

3

F

=（1.5×1.35+1.4×0.5）×1.5×6=24.53KN

4

3.内力计算

本设计采用图解法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数。

表一：屋架杆件内力组合表

AB 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000

上弦BCD -8.72 -6.25 -4.27 -474.80 -435.90 -404.72 -202.13 -150.93 -474.80 DEF -13.5 -9.04 -4.49 -736.71 -665.99 -594.33 -296.65 -179.03 736.71 FGH -15.2 -9.17 -6.09 -830.91 -743.99 -686.78 -308.08 -228.42 830.91 HI -14.7 -7.38 -7.38 -800.96 -685.13 -685.13 -259.28 -259.17 -800.96

下弦ac 4.73 3.84 1.25 257.55 202.74 202.74 121.262 54.3293 257.55 ce 11.53 8 3.53 627.81 501.81 501.81 260.451 144.91 627.81 eg 14.65 9.34 5.31 797.69 650.59 722.596 309.624 205.426 797.69 gi 15.17 8.44 6.73 826.01 693.08 693.08 288.804 244.528 826.01

斜腹杆aB -8.87 -6.53 -2.34 -482.97 -446.12 -380.12 -210.07 -101.78 -482.97 Bc 6.88 4.76 2.12 374.62 341.23 299.65 155.06 86.8204 374.62 cD -5.44 -3.14 -2.3 -296.21 -258.98 -246.75 -106.49 -84.759 -296.21 De 3.7 1.9 1.8 201.47 173.12 171.54 66.3449 63.736 201.47 eF -2.46 -0.71 -1.75 -133.95 -106.38 -122.76 -29.82 -56.666 -133.95

Fg 1.11 -0.45 1.56 60.44 35.87 67.53 -6.4431 45.4674

67.53

-6.44

gH 0.02 1.55 -1.53 1.09 25.19 -23.32 40.1298 -39.427 40.13

-39.426

Hi -1.08 -2.47 1.69 -58.81 -80.70 -15.18 -68.84 38.6199 -80.70

38.62

竖杆Aa -0.5 -0.5 0 -27.23 -27.23 -19.35 -15.249 -2.33 -27.23 Cc -1 -1 0 -54.45 -54.45 -38.70 -30.497 -4.66 -54.45 Ee -1 -1 0 -54.45 -54,45 -38.70 -30.497 -4.66 -54.45 Gg -1 -1 0 -54.45 -54.45 -38.70 -30.497 -4.66 -54.45 Ii 1.94 0.97 0.97 105.63 90.36 90.36 57.32 -48.45 105.63

四、杆件截面设计

腹杆最大内力-482.97kN,查表得，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。

1.上弦杆（FGH杆）

整个上弦不改变截面，按最大内力-820.91KN（受压）计算。

上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度l ox＝1508mm；在屋架平面外，根据支撑布置(上弦支撑点设在坚杆上端点)和内力变化情况取l oy＝2×1508＝3016mm，因为l oy＝2l ox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。

假定λ＝60，按Q345钢，轴心受压构件属于b类截面，查附表4.2得 ＝0.734