钢结构课程设计
－、设计资料
1、题号4的已知条件：梯形钢屋架跨度30m，长度72m，柱距6m。该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m。冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.3 kN/m2，积灰荷载标准值为0.35 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，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：
Lo=30－2×0.15=29.7m， 3、跨中及端部高度： 端部高度：h`=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。 屋架的中间高度h=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取60mm。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸见图1所示，支撑布置见图2所示。
图1 屋架形式及几何尺寸
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，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值
三毡四油放水层 0.40kN/㎡
找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.02×20=0.40kN/㎡ 保温层（80mm厚泡沫混凝土） 0.08×6=0.48kN/㎡ 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 3.23kN/㎡`
可变荷载标准值
屋面活荷载 0.70 kN/㎡ 积灰荷载 0.60kN/㎡
总计 1.3kN/㎡
永久荷载设计值 1.35×3.23=4.36kN/㎡ 可变荷载设计值 1.4×1.3=1.82kN/㎡ 2.荷载组合
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杆件名称 设计屋架时，应考虑以下三种组合： ① 全跨永久荷载+全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载： F=(4.36+1.82) ×1.5×6=55.62kN ② 全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载： F1=4.36×1.5×6=39.24 kN 半跨节点可变荷载： F2=1.82×1.5×6=16.38 kN ③ 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重： F3 =0.45×1.35×1.5×6=5.47kN
半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN 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1。 内力系数（F=1） 第二种组合 第三种组合 第一种组计算杆件左半跨右半跨合 F*F1*①F1*① F3*① F3*① 内力（KN) 全跨① ① ② ① +F2*② +F2*③ +F4*② +F4*③ 0 -8.49 -0.01 -3.45 0.00 0.00 -0.16 0.00 -0.26 -0.26 上弦 下弦 斜腹杆 AB 0 BC -11.35 CD DE -18.19 EF FG -21.53 GH HJ -22.36 IJ -22.73 JK ab 6.33 bc 15.36 cd 20.21 de 22.12 ef 21.23 aB -11.34 Bb 8.81 bD -7.55 Dc 5.39 cF -4.23 Fd 2.62 dH -1.51 He eg gK 0.29 1.53 2.16 -631.39 -584.54 -501.99 -281.38 -151.20 -631.39 -13.08 -6.25 -1011.89 -928.19 -816.31 -437.36 -260.94 -1011.89 -14.62 -8.46 -1197.69 -1084.51 -983.61 -495.40 -336.29 -1197.69 -13.98 -10.25 -1243.86 -1106.60 -1045.50 -483.41 -387.07 -1243.86 -14.39 4.94 11.3 14.14 14.44 11.68 -8.66 6.47 -5.23 3.39 -2.25 0.88 0.22 -1.25 3.4 4.07 10.2 -1264.45 -1127.84 -725.05 -496.03 139.13 -1264.45 1.83 4.98 7.43 9.39 11.68 -3.27 2.87 -2.84 2.44 -2.43 2.13 -2.12 1.89 -2.28 -2.32 352.13 329.36 854.46 787.96 1124.26 1024.84 1230.51 1104.72 1181.00 1024.57 -630.83 -586.93 490.09 451.76 -420.00 -382.00 299.84 267.08 -235.31 -202.88 145.75 117.25 -84.00 -55.66 16.13 -9.09 85.11 115.74 120.16 151.44 278.42 684.44 914.93 1022.00 1024.57 -498.65 392.79 -342.85 251.52 -205.83 137.72 -93.99 42.34 22.70 46.78 162.23 375.90 475.78 493.98 417.82 -285.72 215.31 -176.39 117.05 -81.26 37.06 -2.58 352.63 854.46 1124.26 1230.51 1181.00 -630.83 490.09 -420.00 299.84 -235.31 145.75 -93.99 50.41 -30.70 50.41 -27.55 115.74 96.19 -50.25 -50.52 151.44 116.94 -48.11 -48.11 81.89 212.65 302.47 363.54 417.82 -146.49 122.32 -114.66 92.51 -85.91 69.35 -63.02 2 / 12
gI Aa Cb Ec Gd Jg Ie Kf 0.49 0.54 -0.06 0 0 0 0 0 0 27.26 28.08 -30.60 -30.43 -55.63 -55.47 -54.52 -47.28 -78.99 1.11 -54.52 -48.10 -79.16 0.78 18.25 -21.59 -39.25 -38.46 -33.36 -55.73 0.78 16.63 -16.96 -31.04 -30.67 -27.90 -44.70 0.11 1.13 -3.01 -5.47 -5.36 -4.65 -7.77 0.11 28.08 -30.60 -55.63 -54.52 -48.10 -79.16 1.12 -0.55 -0.54 -1 -0.99 竖杆 -0.98 -0.98 -0.85 -0.9 -1.42 -1.43 0.02 0 四、杆件截面设计
腹杆最大内力，N=-630.83KN，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=-1264.45KN 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度=1507mm
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：=4521mm
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图3
图 3 上弦截面 设=60，查轴心受力稳定系数表，?=0.807
需要截面积 ===7287.7
需要回转半径= = 根据需要的、、 查角钢型钢表，初选 2 L 180?110?14，
A=7793， =308mm ， =88mm。
按所选角钢进行验算：
1507?48.96＜[λ]=150 ==3084524?51.41＜[λ]=150 ==88由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，＝0.847 MPa<215MPa 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=1230.51KN 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=3000mm
屋架平面外根据支撑布置取=29700/2=14850mm
计算需要净截面面积==5723.30，选用 2 L180?110?12，因为 > ,故用不等肢角钢，短肢相并，见图4。
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