梯形钢屋架课程设计
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《钢结构》课程设计
题目:武汉某车间钢结构屋架设计
院(系):城市建设学院
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
2012年6月11日至2012年6月15日
《钢结构》课程设计任务书
目录
一、设计资料 (5)
二、屋架几何尺寸及檩条布置 (5)
1、屋架几何尺寸 (5)
2、檩条布置 (6)
三、支撑布置 (6)
1、上弦横向水平支撑 (6)
2、下弦横向和纵向水平支撑 (6)
3、垂直支.撑 (7)
4、系杆 (7)
四、荷载与内力计算 (7)
1、荷载计算 (7)
2、荷载组合 (7)
3、内力计算 (8)
一、设计资料:
1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m,柱距6m。
2、采用1.5m×6m,预应力钢筋混凝土大型屋面板,Ⅱ级防水,卷材屋面桁架,板厚100mm,檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢
C220×75×20×2.5,屋面坡度i=l/10。
3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上,柱顶标高18.000m,柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为450mm×450mm,所用混凝土强度等级为C30,轴心抗压f=14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m,上端与屋架上弦用板铰连接。强度设计值
c
4、钢材用Q235,焊条用E43 系列型。
5、屋架采用平坡梯形屋架,无天窗,外形尺寸(取一半)如图1 所示。
图1
二、屋架几何尺寸及檩条布置
1、屋架几何尺寸
屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面,采用梯形屋架;
屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号,下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。
由于梯形屋架跨度L = 30m > 24m ,为避免影响使用和外观,制造时应起拱
f = L / 500 = 60mm 。
屋架计算跨度l0= L - 2 ⨯ 0.15 = 30 - 2 ⨯ 0.15 = 29.7m 。
=h0+i⨯ l0/2=3585mm。
跨中高度H
为使屋架上弦节点受荷,腹杆采用人字式,下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示(其中虚线为原屋架,实线为起拱后屋架)。
图2
运输单元的最大尺寸为长度15m,高度4m。此屋架跨度30m,高度 3.3m,所以可将屋架从屋脊处断开,取一半屋架作为运输单元,长度为15m,高为3.3m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后,再运输至施工现场进行拼接。
2、檩条布置
采用长尺复合屋面板,单坡内不需要搭接,在屋架上弦节点设置檩条,水平
檩距为1.5m。檩条跨度l = 6 ,在跨中三分点处设置两道拉条,为檩条提供两个侧向支撑点。由于风荷载较大,故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆,以将拉条的拉力直接传递给屋架。
檩条、拉条和撑杆的设置如图 3 所示。
三、支撑布置
1、上弦横向水平支撑
上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间,且间距不宜超过60m。本车间长度为96m, 因此需要布置四道横向水平支撑,如图4所示。
图 4
2、下弦横向和纵向水平支撑
屋架跨度L = 30m > 16m ,故应设置下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间,如图5所示
图5
3、垂直支撑
垂直支撑必须设置。对于本屋架结构,在跨度中央设置一道中间垂直支撑,在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上,如图6 所示。
图6
4、系杆
没有设置横向水平支撑的屋架,其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内,屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆,其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中,檩条长细比λ= 194.6 < 200 ,故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。下弦平面设置两道柔性系杆(图5),
可采用∠45 ⨯ 5 的单角钢。
四、荷载与内力计算
1、荷载计算
1)永久荷载
(1)永久荷载
预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m2
檩条自重 0.07kN/m2
屋架及支撑自重 0.45kN/m2
永久荷载总和: 1,92kN/m2
(2)可变荷载
(a)活荷载:屋面活荷载0.5kN/m 2活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置
风荷载计算信息: 不计算风荷载
2、荷载组合
设计屋架时,应考虑以下四种组合:
(1)组合一:全跨永久荷载+全跨活荷载
永久荷载与活荷载大小接近,活荷载起控制作用,荷载设计值为
q = 1.2 ⨯1.92 + 1.4 ⨯ 0.5 = 3.0kN/m2
屋架上弦节点荷载为
P = qA = 3.0 ⨯1.5 ⨯ 6 =27kN
(2)组合二:全跨永久荷载+半跨活荷载
全跨永久荷载:
q1= 1.2 ⨯1.92 = 2.304kN/m2
P = q1A = 2.304 ⨯1.5 ⨯ 6 = 20.74kN
半跨活荷载:
q2= 1.4 ⨯ 0.5 = 0.7kN/m 2
P2= q2A = 0.7 ⨯1.5 ⨯ 6 = 6.3kN
(3)组合三:全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载全跨屋架及支撑自重:
q3= 1.0 ⨯ 0.45 = 0.45kN/m 2
P3= q3A = 0.45 ⨯1.5 ⨯ 6 = 4.05kN
半跨屋面板重+半跨屋面活荷载:
q4= 1.2 ⨯ ( 0.30 + 0.07 ) + 1.4 ⨯ 0.5 = 1.144kN/m2
P4= q4A = 1.1444 ⨯1.5 ⨯ 6 = 10.30kN
上述各组合中,端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。
3、内力计算
本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数(单位节点