钢结构工业厂房课程设计

－、设计资料

1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度30m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为 1.20 kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高分别为1.90m，屋面坡度分别为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度：

L o=30m－2×0.15m=29.7m，

3、跨中及端部高度：

端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。

/500考虑，取60mm。

屋架中间高度h=3150mm；屋架跨中起拱按L

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸如图1所示:

桁架支撑布置如图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）

三、荷载与内力计算

1、荷载计算

荷载与雪荷载不同时考虑，故计算时取两者较大的荷载标准值计算。由资料可知屋面活荷载等于于雪荷载，所以取0.5 kN/㎡计算。

标准永久荷载:

防水层、找平层、保温层 1.20kN/㎡

预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡

钢屋架和支撑自重0.12+0.011×30=0.45kN/㎡

管道设备自重0.10 kN/㎡

总计: 3.15kN/㎡`

标准可变荷载:

屋面活荷载0.50 kN/㎡

积灰荷载0.60kN/㎡

总计: 1.1kN/㎡

2、荷载组合

设计桁架时，应考虑以下三种组合：

①全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合) ：

全跨节点荷载设计值：

F=(4.253+0.7×0.7+0.9×0.84) ×1.5×6=49.49kN

②全跨永久荷载+半跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）：

全跨节点永久荷载设计值：

F1=4.253×1.5×6=38.277 kN

半跨节点可变荷载：

F2= (0.7×0.7+0.9×0.84)×1.5×6=11.214kN

③全跨屋架（包括支撑）自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载(按可变荷

载为主控制的组合)：

全跨节点屋架及支撑自重：F3 =1.2×0.45×1.5×6=4.86kN

半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.4×1.2+1.0×0.7) ×1.5×6= 21.42kN

其中①②为使用阶段荷载情况，③施工阶段荷载情况。

3、内力计算

本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。

四、杆件截面设计

1、上弦杆：

整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得：N= -1233.81KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1505mm,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即：

oy l =3ox l =4515mm

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图3所示：

图3上弦杆

腹杆做大内力N=-564.69KN ，查表可知，中间节点板厚度取12mm ，支座节点板厚度取14mm 。设λ=60，根据《规范》由双边角钢组成的T 行和十字形截面均属于b 类，查Q235钢轴心受力稳定系数表，ϕ=0.807，

则需要截面积：A=f

N .ϕ=31233.8110/0.807215（）⨯⨯=7111.12

mm

需要回转半径x i =1505

25.0860

λ==ox l mm y i =451575.2560λ=

=oy l mm 根据A 、x i 、y i 查角钢规格表，初选用2 L 160⨯100⨯16，肢背间距a=12mm ， 该截面特性如下：

A=78602

mm ， x i =27.7mm ，y i =79.0mm 。

按所选角钢进行验算：

x λ=x ox i l =150554.3327.7

=＜[λ]=150

因为此截面为单轴对称构件，该对称轴应取计及扭转效应的换算长细比代替y λ， 令b 1/t=160/16=10<0.56oy l /b 1=0.56⨯4515/160=28.22，故近似取λλ=yz y 。所以有：

λλ

=

yz y

=

y

oy

i

l

=

4515

57.2

79.0

=＜[λ]=150，满足要求。

由于λλ

>

yz x

，只需求出ϕyz，查轴心受压杆稳定系数表，ϕ

y z

＝0.822,则有:

3

1233.8110

191

0.8227860

ϕ

⨯

==

⨯

yz

N

A

N/2

mm<=

f215N/2

mm故满足要求。

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，根据表得

N=1191.25KN。计算长度又有:

ox

l=3000mm,

y o

l=29700/2=14850mm(因为跨中有通长细杆)。

需要截面面积A=

3

1191.2510

215

⨯

=

N

f

=5540.702

mm，选用 2 L160⨯100⨯12，采用短肢相并，如图4所示：

图4下弦杆

该截面特性如下：A= 6020 2

mm>5540.702

mm，

x

i=28.2mm，y i=78.2mm。

长细比计算：

x

λ=

x

ox

i

l3000

106.38

28.2

==<[λ]=350

y

λ=14850189.90

78.2

oy

y

l

i

==<[λ]=350

b1/t=160/12=13.33<0.56oy l/b1=0.56⨯14850/160=51.98

所以：

yz

λ=

y

λ=189.90

=

oy

y

l

i

<[λ]=350，满足要求。

由于是拉杆，截面选择时已满足强度要求，故不必再验算强度。

3、端斜杆aB：

已知杆件轴力N＝-564.69kN，

ox

l＝

oy

l＝2436mm。因为

ox

l＝

oy

l，故采用不等

肢角钢，长肢相并，使

x

i≈y i，选用角钢2 L 125⨯80⨯10 ，则其截面特性如下：A＝39402

mm，

x

i＝39.8mm，y i＝33.9mm

对该截面验算如下：

x

λ=

2436

61.2

39.8

==

ox

x

l

i

<[λ]=150

y

λ= 71.86

33.9

2436

==

oy

y

l

i

<[λ]=150

又因为：b2/t=80/10=8<0.48oy l/b2=0.48⨯2436/80=14.62