钢结构T型屋架课程设计
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一、设计资料
1、题号25的已知条件:梯形钢屋架跨度21m,长度60m,柱距6m。冬季最低温度为-20℃,地震设计烈度为8度,设计基本地震加速度为0.2g。采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板,80mm厚泡沫混凝土保温层,卷材屋面,屋面坡度i=1/16。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2,雪荷载标准值为0.75 kN/m2,基本风压0.6kN/m2,积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上,上柱截面为400 mm×400 mm,混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级,焊条采用E43型。
2、屋架计算跨度:l
=21m-2×0.15m=20.7m。
3、跨中及端部高度:设计为无檩体系方案,由于乌鲁木齐市的年降水量很少,采
'=1.944m,屋架中间高度h=2.600m 用缓坡梯形屋架,取屋架在21m轴线处的端部高度h
(取为l0/8),则屋架在20.7m处,两端的高度为h
=1.953m。屋架跨中起拱按l0/500
考虑,取50mm。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图1所示。
图 1
根据厂房长度(60m≤60m)、跨度及荷载情况,设置两道上下弦横向水平支撑。柱网采用封闭结合,厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间。在上弦平面设置刚性系杆与柔性系杆,以保证安装时上弦杆的稳定,在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性
系杆,以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间。由于l=21m<30m,故在跨度中央设置一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置图如图2所示。
图2 ( a)
图 2 (b)
图 2 (c)
图2 梯形钢屋架支撑布置
(a)桁架上弦支撑布置图;(b)桁架下弦支撑图;(c)垂直支撑1—1
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
三、荷载计算
考虑到屋面活荷载与雪荷载不会同时出现,计算时取较大的荷载标准值进行计算。因此,取屋面雪荷载0.75kN/m2。屋架沿水平投影积分的重分布的自重(包括支撑)按经验公式g k=(0.12+0.011L)kN/m2计算.跨度单位为米(m).荷载计算见表1。
表1 荷载计算
设计屋架时,应考虑以下三种荷载组合,在组合时,偏于安全不考虑屋面活荷载和积灰荷载的组合值系数。
(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载。全跨节点永久荷载及可变荷载为
F=(4.361+1.89)×1.5×6=56.259kN
(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载。
全跨节点永久荷载:
F1=4.361×1.5×6=39.249kN
半跨可变荷载:
F2=1.89×1.5×6=17.01kN
(3)全跨屋架(包括支撑)自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载。
全跨节点屋架自重:
F3=0.608×1.5×6=5.47kN
半跨节点屋面板自重及活荷载:
F4=(1.89+0.75) ×1.5×6=23.76kN
上述计算中,(1),(2)为使用节点活荷载情况,(3)为施工阶段荷载情况.
四、内力计算
屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3所示。
(a)
(b)
(c)
图3
由图解法或数解法(本设计采用结构力学求解器)F=1的屋架的内力系数(F=1作用于全跨、左半跨和右半跨),然后求出各种荷载情况下的内力进行组合,计算结果如表2。
表2 屋架杆件内力组合
五、杆件设计
(1)上弦杆。整个上弦采用等截面,按FG、GH杆件的最大内力设计,即N=-809.79KN。上弦杆计算长度如下。
在屋架平面内:为节间轴线长度,即
l ox=l0=1.503 m
在屋架平面外:本屋架为无檩体系,并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用,根据支撑布置和内力变化情况,取l oy为支撑点间的距离,即
l oy =l 1 =1.503×4=6.012 m
根据屋架平面外上弦杆的计算长度,上弦截面选用两个不等角肢钢,短肢相并。 腹杆最大内力为N=-454.07kN ,查周俐俐主编《钢结构》表8-4,中间节点板厚度选用10mm ,支座节点板厚度选用12mm 。
设60=λ,钢材选用Q235,查稳定系数表,可得807.0=ϕ(b 类截面),则需要的截面积为:
2324.4667215
807.01079.809mm f N A =⨯⨯==ϕ
需要的回转半径为
mm l i ox x 05.2560
1503===λ
mm l i oy
y 100.260
6012
==
=
λ
图 4 上弦杆截面 根据需要的A 、x i 、y i 、查角钢规格表,选用2L180×110×10,肢背间距a=10mm,如图4,则A=6742mm 2 ,x i =31.05cm , y i =8.71cm
按所选角钢进行验算: 15002.691
.876012
<==
=y
oy y i l λ 满足长细比要求。
由于x y λλ=,只需求y ϕ即可,故所选截面合适。
(2) 下弦杆。整个下弦杆采用同一截面,按最大内力所在的de 杆计算,则
N=795.22 kN
mm l ox 3000=,mm mm l oy 103502
20700
==,所需截面为
2299.3676.3666215
100022.795cm mm f N A ==⨯==
选用2L125×80×10,因为
ox oy l l >>,故用不等肢角钢,短肢相并。见图5,查周俐俐主编《钢结构》附录14、
15可得A=39.422
cm >36.99
2cm ,x i =2.26cm,y i =6.11cm 。