18米跨度钢结构课程设计-示例

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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1.5m×6.0m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400mm×400mm，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=18000-2×150=17700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（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。

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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

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1.荷载计算

荷载与雪荷载不会同时出现，故取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） 0.02×20=0.40kN/㎡ 保温层（120mm厚泡沫混凝土） 0.12×6=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+0.011×18=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 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡

2.荷载组合

设计屋架时，应考虑以下三种组合：

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) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载

屋架上弦节点荷载 P1=4.0644×1.5×6=36.59 kN P2=1.75×1.5×6=15.75 kN 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 屋架上弦节点荷载 P3=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN

P4=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN 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。

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屋架杆件内力组合表 表A-1杆件名称 全跨⑴左半跨⑵右半跨⑶AB0.000.000.00BCD-11.11-8.01-3.74DE-17.89-12.26-6.79EFG-18.47-12.84-6.79GHIJa-bb-cc-dd-eAaBaBbCbDbDcEcE1c1F1G1GdHdH2I2J2dJe-20.145.9314.9421.0818.25-0.50-11.168.96-1.00-7.445.48-1.500.73-4.56-1.00-3.76-2.260.000.000.002.690.00-12.194.3710.5213.489.80-0.50-8.226.29-1.00-4.883.21-1.500.73-1.78-1.00-0.98-2.930.000.000.003.500.00-9.441.895.339.169.800.00-3.543.210.00-3.082.730.000.00-3.350.00-3.350.510.000.000.00-0.610.00P×⑴0.00-616.38-992.54-1024.72-1117.37329.00828.871169.521012.51-27.74-619.16497.10-55.48-412.77304.03-83.2240.50-252.99-55.48-208.60-125.380.000.000.00149.240.00P1×⑴＋P2×⑵P1×⑴＋P2×⑶P3×⑴＋P4×⑵P3×⑴＋P4×⑶0.00-557.79-886.13-918.31-967.11299.51745.331025.88852.81-27.74-563.59446.64-55.48-364.39261.13-83.2240.50-200.45-55.48-156.06-138.050.000.000.00164.550.000.00-477.09-782.75-803.96-915.14252.64647.24944.23852.81-18.29-475.14388.43-36.58-330.37252.06-54.8726.70-230.12-36.58-200.86-73.030.000.000.0086.870.000.00-246.80-381.73-398.59-390.14134.06325.71426.06322.91-14.54-252.19194.87-29.07-153.38103.53-43.6121.22-64.25-29.07-41.00-82.160.000.000.0098.100.000.00-141.89-247.34-249.95-322.5773.12198.19319.92322.91-2.25-137.20119.19-4.50-109.1691.74-6.753.29-102.83-4.50-99.232.360.000.000.00-2.880.00计算内力(KN)0.00-616.38-992.54-1024.72-1117.37329.00828.871169.521012.51-27.74-619.16497.10-55.48-412.77304.03-83.2240.50-252.99-55.48-208.602.36 -138.050.00-156.060.00164.55 -2.880.00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l0x=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

长度：

因为2l0x≈l0y，故且短肢相并，见图

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l0y=3000cm

截面宜选用两个不等肢角钢，A-4

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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* =N1117.37?1032?.f=0.807?215=6440mm

需要回转半径i*x=lox??150860=2.51 cm

i*y=lox??300060=5.00 cm 根据需要的A*

*、i*x、iy 查角钢型钢表，初选 2 L 160

?100?14，A=6940mm2，=7.86m。

按所选角钢进行验算

?x=loxi=150.88=52.9＜[λ]=150

x2.?y=

loy300i=

y7.86=38＜[λ]=150

由于b1/t?160/14?11.4＞0.56loy/b1?0.56?3000/160?10.5 则：?yz?3.7b1t(1?loy2t23.7?163002?1.4252.7b4)?1.4(1?52.7?164)?44.4＜[λ]=150

由于 ?x??yz??y，只需求出?min??x，查轴心受力稳定系数表，?x＝0.8384

N1117.37?22??103838?4694=192N/0mm<215 N/mm 所选截面合适。 xA0.2 .下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN

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ix=2.80cm ，iy

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1?151.9?103`3肢尖l`，按构造要求，取焊缝长度lw ?12?49.6mm：w?2?0.7?6?160?48mm，

取l`w =60mm

（4）节点板尺寸：方法同前，如图A-17所示

图 A-17 节点板e尺寸

5 .端部支座节点a

图A-18 支座节点a

（1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为14mm。 支座底板计算：支座反力

?/2?552.01kN R??52.3296?18.9?0.5?2?52.3296

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取加劲肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mm ?400mm，偏安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为 Ac?280?(2?80?12)?59920mm2

验算柱顶混凝土的抗压强度：

R552.01?103????9.2N/mm2?fc?9.6N/mm2 (满足)

An59920底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 M??2??2

式中?--------底板下的平均应力， ?=9.2N/mm2

?2--------两边支承对角线长， ?2=(140?14/2)2?1002?166.4mm

?--------系数，由b2/?2决定。b2为两边支承的焦点到对角线?2的垂直距离。由相似三角形的关系，得

b2?140?100=84.1mm

166.4b2/?2=0.46 ，查表得?＝0.0576

M=0.0576?9.2?166.4＝14672.9N?mm

2底板厚度6M/f?6?14672.9/215=20.2mm, 取t=25mm

（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力

552.01?103V??138?103N

4 M?Ve?138?103?45.7?6.555?106N.mm 设焊缝尺寸为6mm，焊缝长度210mm，

?f??N2he?138?103??63.72N/mm2 lw2?0.7?6?(210?16)M6?4.93?1062 ?f???93.57N/mm2WF2?0.7?6?(200?16)6?6.555?106138?1032222()?(?f)?()?()?128.3N/mm?160N/mm 1.222?0.7?6?1981.22?2?0.7?6?198222?f加劲肋高度不小于210mm即可

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（3）节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力R=552.01kN 节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度:

?lw?2?(300?16)?4?(100?16?20)?824mm

设焊缝尺寸8mm，验算焊缝应力 R?f?1.22?he?552.01?103??98.055N/mm2，满足要求 lw1.22?0.7?8?824（4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算：

①竖杆与节点板的连接焊缝计算： N=26.33KN，焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸hf?5mm，焊缝长度

lw?40mm。

① 斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，同上

`肢背：lw=170mm，肢尖：lw＝140mm

② 下弦杆与节点板连接焊缝计算：

N=244.3KN，设焊缝尺寸8mm，需要焊缝长度为

2?244.3?103肢背：lw?3?12?133.18mm，取lw=140mm

2?0.7?6?1601?101.81?103``肢尖：lw＝80mm ?3?12?37.25mm，lw2?0.7?6?160

六、施工图（见施工图纸）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0at2.html