中南大学钢结构设计21米梯形屋架设计

钢结构课程设计任务书

一、设计资料：

1. 某单层单跨工业厂房，跨度21 m ，长度102 m 。

2. 厂房柱距6 m ，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级C20，上柱截面尺寸

400⨯400，钢屋架支承在柱顶。

3. 吊车一台150 T ，一台30 T ，吊车平台标高+12.000 m 。

4. 荷载标准值 (1)永久荷载：

屋面材料自重： 0.50kN/m2

屋架及支撑自重： 按经验公式 L q 011.012.0+= kN/m 2 (2)可变荷载：

屋面活荷载标准值： 0.5kN/m2 雪荷载标准值： 0.60kN/m2 积灰荷载标准值： 0.55kN/m2

（3）风荷载： B 类地区， 1.0z β=, 基本风压：3.0 kN/m 2

注：请将自己的设计方案号、屋架跨度、屋架自重及荷载取值填入课程设计任务书中。 风荷载标准值（垂直于风表面）：风振系数 1.0z β=；风压高度变化系数056

.1=z μ（线性内插法求得）；封闭式双坡屋面，屋面倾角

00308.5150

105001990

3040arctan

<=--=∂时迎风面的屋面体型系数6.0-=s μ，

背风面5.0-=s μ。

风荷载标准值为：0ωμμβωz s z k =

迎风面：2

/9008.10.3056.1)6.0(0.1m Km k -=⨯⨯-⨯=ω 背风面：2

/584.10.3056.1)5.0(0.1m Km k -=⨯⨯-⨯=ω

5. 屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度见附图1。

6. 钢材Q235号钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C 级螺

栓可供选用。

7.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，

最大运输长度16 m，运输高度3.85 m，工地有足够的起重安装条件。屋架全跨与半跨上弦点单位载荷作用下构件内力系数见附图2.3.

8．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102m>60m，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。

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

柔性系杆 LG2

2．设计该厂房的钢屋架，并用1号图纸绘制屋架运送单元施工图。施工图材料表为一品屋架的材料用量。

钢结构屋架设计计算书

1．荷载计算

按屋面法，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。

2．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=（1.0212+1.16）⨯6⨯（21-0.3）/14=23.343KN

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载

P=1.0212⨯6⨯（21-.03）/14=9.060KN

1

P=1.61⨯6⨯（21-.03）/14=14.283KN

2

（3）全跨屋架支撑自重+半跨屋面板重+半跨可变荷载重

P=1.2⨯0.351⨯6⨯21-.03）/14=3.737KN

3

P=（1.2⨯0.5+1.61）⨯6⨯21-.03）/14=19.606KN

4

3.杆件内力

杆件轴心力=节点荷载⨯杆件内力系数

对于上下弦靠近支座的腹杆，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。列表如下：

1．按腹杆最大内力N=-179.368KN查表选用中间节点板厚度t=8mm，荷载支座节点板厚度t=8mm。

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克制，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

()()

2

122202

0222

22

1421⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+++=z y z

y

z y yz i e λλλ

λ

λλλ 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。 计算内力值：N=-284.318KN

计算长度：屋架平面内节点中心间轴线长度5.1507==l l ox mm

屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化取值30152==l l oy mm 截面选择：由于ox oy l l 2=，选用不等边角钢，短边相连。设λ=100，查表知为b 类截面，查附表得ϕ=0.555

需要的截面特征：A=N/ϕf=284318/0.555⨯215=2382.7mm2

λ

ox

x l i =

=1507.5/100=15.075mm λ

ox

y l i =

=3015/100=30.15

根据需要的A ，x i ，y i 查型钢表选用Z ∠100⨯80⨯8不等边角钢，短边相连 截面特性：A=2788.8mm2 x i =23.7mm y i =46.6mm 截面验算x

ox

x i l =

λ=1507.5/23.7=63.6<[]λ=150

y

oy y i l =

λ=3015/46.6=64.7<[]λ=150

由b1/t=100/8=12.5<0.56oy l /b1=0.56⨯3015/100=16.884 则可近似取yz λ=y λ=64.7>x λ=63.6 满足长细比要求

yz λ=y λ=64.7，查附表ϕ=0.7818

σ=N/ϕA=284318/(0.7818⨯2788.8)=130.40N/mm2

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，按轴心受压构件设计截面。

计算内力设计值：N=279.229KN 计算长度： ox l =1500⨯2=3000mm