钢结构课程设计30m跨度

一、 设计资料

（1）某车间跨度为30m，厂房总长度102m，柱距6m，车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车，地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450×450mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材及焊条为：钢材采用Q345钢，焊条为E50型。

（2）屋架计算跨度

L。=30000-2×150=29700

(3)跨中及端部高度：本设计为无檩屋盖体系，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m 轴线处的端部高度h’=2000mm，屋架的中部高度h=3500mm.

二、 结构形式与布置

屋架杆件的几何尺寸如图1所示

图1

屋架支撑布置见图2所示：

图2 三、荷载与内力计算

1、荷载计算 永久荷载： 改性沥青防水层

0.4kN/m2 0.4kN/m2 0.9kN/m2 1.4kN/m2

20厚1:2.5水泥砂浆找平层 150厚加气混凝土保温层

预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 悬挂管道

0.10N/m2

0.120+0.011x30=0.45kN/m2

屋架和支撑自重为

总和 3.65kN/m2

可变荷载

基本风压：

0.40 kN/m2

0.5kN/m2 0.7kN/m2 0.7kN/m2

基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 积灰荷载

不上人屋面活荷载

总和 1.4kN/m2

永久荷载设计值 1.2×3.65KN/㎡=4.38KN/㎡ 可变荷载设计值 1.4×1.4KN/㎡=1.96KN/㎡

屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。

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

屋架上弦荷载P=(4.38KN/㎡+1.96KN/㎡) ×1.5×6=57.06KN 组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=4.38KN/㎡×1.5×6=39.42KN

P2=1.96KN/㎡×1.5×6=17.64KN

组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载

屋架上弦荷载 P3=0.45KN/㎡×1.2×1.5×6=4.86KN

P4=(1.4×1.2+0.7×1.4)×1.5×6=23.94KN

四、 内力计算

用图解法或数解法皆可算出屋架杆件在全跨荷载作用下的内力，如表4.1 所示。

杆件名称 上弦 AB BC, CD DE, EF FG, GH HI IJ, JK 下弦 内力系数 （F=1） 杆件内力 杆件名称 斜腹杆 aB Bb bD Dc cF Fd dH He eg gK gI 竖杆 Jg Ie Kf 内力系数 （F=1） 杆件内力 0 -15.35 -18.19 -21.53 -22.36 -22.73 6.33 15.36 20.21 22.13 21.24 -0.56 -1.01 -0.97 0 -580.905 -9140975 -1082.96 -1124.71 -1143.32 318.333 772.608 1016.566 1112.635 1067.868 -27.665 -50.3 -49.294 -15.34 8.82 -7.55 5.36 -4.22 2.62 -1.51 0.29 1.53 2.17 0.51 -0.90 -1.43 0.03 -580.402 442.12 -379.755 271.112 -212.755 131.775 -75.963 14.588 76.99 108.654 24.645 -42.755 -71.426 1.002 ab bc cd de ef 竖杆 Aa Cb, Ec Gd

五、 杆件设计

腹杆最大内力为580.4kN，选用中间节点板厚度为=12mm，支座节点板厚度为14mm。

5.1 上弦杆

整个上弦不改变截面，按最大内力计算。上弦IJ、JK 杆件的内力最大,即N= -1160.8KN， 屋架平面内取节点轴线长度 lox=150.8cm， 上弦横向水平支撑的节点长度loy=300cm

根据屋架上弦杆平面内和平面外计算长度关系，采用等稳定性原则，上弦截面选用两个不等 边角钢，短肢相并。假定长细比λ=60，查附录表4.2，可得稳定系数γ=0.807（由双角钢组成的T 形和十字形截 面均属于b 类），则截面几何特性为

A*=

N2=1160.8*1000/(215*0.807)=6690.3mm ?.f

根据截面几何特性查角钢规格表，选用2∟160×100×14，肢背间距a=12mm，则

按所选角钢进行验算

满足长细比小于等于[λ]=150 的要求。

σ=N/φA=119.30MP<215MP

故所选截面合适。

填板在每个节间放一块，则填板间距

满足要求。

5.2 下弦杆

整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的杆de 计算，即N=1112.6kN.

de 杆平面内的计算长度 lox=300cm；

平面外的计算长度取纵向水平支撑点与系杆或系杆与系杆间的距离

的尖角（棱角）削除，且截去垂直肢的一部分长度（一般为 拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。

1） 拼接计算

设焊缝为10mm，则接头一侧的连接焊缝总长度为

拼接角钢的长度取700mm>2×275.2=550.4mm 2） 弦杆与节点板连接焊缝的计算

上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，由于节点荷载较小，验算可以省略。上 弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按照上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝=8mm，节点 板长度为500mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为

因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接， 左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连 接用工地焊缝。

腹板与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。 6.4 支座节点A

为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面至支座底板顶面的距离不宜小于下弦角钢水平 肢宽度和130mm。本设计中取160mm. 在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点 板的高度相等，厚度为14mm.

支座节点杆端焊缝采用相邻节点板上同一杆件的焊缝长度，按构造要求选择节点板尺

寸。

1） 支座底板的计算

锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板毛面积

支座底板的厚度按屋架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

两相邻边支撑而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 其中，底板实际应力

两相邻支撑之间的对角线长度为

两相邻支撑的相交点到对角线的垂直距离为

2） 加劲肋与节点板连接焊缝计算

偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，则焊缝内力为

加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同（即━495×140×12），取焊脚尺寸为为6mm，验算焊缝应力

则焊缝强度为

3） 节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算 采用8mm，实际焊缝总长度

焊缝设计应力

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