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1、18米跨度钢结构课程设计-示例 钢结构课程设计示例 附录A 梯形钢屋架设计示例 、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为18m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为20。 屋面采用1.5m6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/，雪荷载标准值为0.5kN/，积灰荷载标准值为0.75kN/。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235B，其设计强
2、度f=215kN/,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=18000-2150=17700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2022mm（计算跨度处）,中部高度2900mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图A-1所示。 图A-1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图B-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） 图A-2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取
3、两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/ 找平层（20mm厚水泥砂浆）0.0220=0.40kN/ 保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.126=0.70kN/ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/ 钢屋架和支撑自重0.12+0.01118=0.318kN/ 管道设备自重0.10 kN/ 总计 3.068kN/ 可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/ 积灰荷载0.50kN/ 总计 1.25kN/ 永久荷载设计值 1.23.387=4.0644 kN/（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.41.25=1.75kN/ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三
4、种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) 1.56=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 P=4.06441.56=36.59 kN 屋架上弦节点荷载 1 P=1.751.56=15.75 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.4171.21.56=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.41.2+0.751.4) 1.56=24.57 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表A-1。 由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作
5、用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 注：表内负责表示压力；正值表示拉力 图A-3 屋架简图 四、杆件截面设计 腹杆最大内力，N=-619.16KN ，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm ；其余节点板与垫板厚度取12mm 。 1.上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1117.37KN 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度x l 0=150.8cm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间 y l 0=3000cm 长度： 因为2x l
6、 0y l 0，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图A-4 图 A-4 上弦截面 设=60，查轴心受力稳定系数表， ?=0.807 需要截面积*A =f N .?=215 8070103711173?.=64402 mm 需要回转半径*x i =60 1508=ox l =2.51 cm * y i =60 3000=ox l =5.00 cm 根据需要的* A 、* x i 、* y i 查角钢型钢表，初选 2 L 160 ? 100?14，A=69402 mm ， x i =2.80cm ，y i =7.86m 。 按所选角钢进行验算 x =x ox i l =8 28150.=5
7、2.9=150 y = y oy i l = 86 7300 .=38=150 由于51016030005605604111416011./.b /l ./t /b oy =?= 则：444167524130014116737521734 2 242 21.).(.)b .t l (t b .oy yz =?+?=+=150 由于 y yz x ，只需求出x min ?=，查轴心受力稳定系数表，x ?0.8384 6940 83840103711173 ?=.A N x ?=192N/2mm 215 N/2mm 所选截面合适。 2 .下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169
8、.52kN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Ox l =4500mm 屋架平面外根据支撑布置取 Oy l =13350mm 计算需要净截面面积*A =215 10 5211693 ?=.f N =5439.62mm 选用 2 L140?90?14（短肢相并），见图A-5。 图 A-5 下弦截面 A=69402 mm ， x i =2.51cm ，y i =6.93cm 。 按所选角钢进行截面验算，取A A =n （若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm ，则可不计截面削弱影响） 6100 105211693 ?=.A N n =191.7 N/2mm 215 N/2mm x =x ox
9、 i l 51 2450 .= =179.3 =250 y = 93 61335 .i l y oy 192.6=350 所选截面满足要求。 3. 端斜杆B a 已知N -619.16kN ，Ox l Oy l 253.9cm 因为 Ox l Oy l ，故采用等肢角钢，使x i y i 选用角钢2 L 100?12,见图A-6 图 A-6 端斜杆Ba A 45602 mm ，x i 3.03cm ， y i 4.64cm 截面刚度和稳定验算 x = =03 39253.i l x ox =83.8 =150 y = 64 49 253.i l y oy = =54.7 =150 由于1092
10、535805803832110/.b /l ./t /b oy ?=14.73 5572192531047501754475012 24 224 .).(.)t l b .(oy y yz =?+=+ = =x min ?0.6624 =?=4560 6624010166193 .A N x ?205N/2mm 215 N/2mm 所选截面满足要求。 填板放两块， a =84.6 cm 40x i =403.03=121.2 cm 4. 斜杆Bb 已知N=497.1kN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度Ox l =0.8l=0.82622=2097.6mm 屋架平面外根据支撑布置取Oy l
11、 =2622mm 选用 2 L100?6，见图A-7。 图 A-7 斜杆Bb A=23862 mm ， x i =3.10cm ，y i =4.44cm 。 2368 1014973 ?=.A N =208.34 N/2mm 215 N/2mm x =x ox i l 10 376 209.= =67.7 =350 y = = 44 42 262.i l y oy 59.1=350 所选截面满足要求。 填板放两块， a =87.4cm 80x i =803.10=248cm 5.再分腹杆c1G =1N 1c N =-252.991kN ， =2N 1G N =-208.6kN ， 1=4174
12、 mm 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 Ox l =0.8l=0.82087=1669.6mm 屋架平面外根据支撑布置取 Oy l =1 （0.75+0.25 21N N ）=4174（0.75+0.256 20899252.）=4396mm 选用 2 L100?6，见图A-8。 图 A-8 再分腹杆c1G 图 A-9 中竖杆Je A=23862 mm ， x i =3.10cm ，y i =4.44cm 。 x = x ox i l 10 396 166.= =53.9 =350 y = = 44 46 439.i l y oy 99=350 由于1064395805807166010
13、/.b /l ./t /b oy ?=25.5 81056 06439104750199475012 24 224 .).()t l b .(oy y yz =?+=+ = =yz min ?0.5182 =?=2386 5128010992523 .A N yz ?204.6N/2mm 215 N/2mm 所选截面满足要求 填板放两块，a =109.9cm 40x i =403.10=124cm 6.中竖杆Je 已知N 0，l l 9.00=0.9 ?335301.5cm 中间竖杆选用2 L75?6的角钢，并采用十字形截面，见图A-9 A=17.62 cm ,4520.i x = cm, 9
14、1 25 3010.i l x o ox = = =103.6 =150 所选截面满足要求 填板放五块， a =60.3cm 400 x i =402.45=98cm 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表A-2 上海理工大学 10 五、节点设计 用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 2/160mm N f w f = 各杆件内力由表2查得，最小焊缝长度不应小于f h 8 1. 下弦节点b 见图A-10 图 A-10 下弦节点b （1） 斜杆Bb 与节点的连接焊缝计算： N=497.1kN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm 和5mm 。所需焊缝长度为： 肢背：16067
15、0210149732 3 ?=.l w +12=285.6mm ，取w l 270mm 肢尖：160 570210149731 3 ?= .l w +10=158mm ，取w l 170mm （2） 斜杆Db 与节点的连接焊缝计算： N=412.77kN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm 和5mm 。所需焊缝长度为 肢背：160 6702107742132 3 ?=.l w +12=216.7，取w l 250mm 肢尖：160 5702107741231 3 ?=.l w +10=132.8，取 w l 150mm （3）竖杆Cb 与节点板连接焊缝计算：N = 55.48kN 因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸f h =5mm 焊缝长度w l 40mm ，取w l =60mm