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1、钢结构课程设计例题一、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距12m,跨度为21m。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一20C。屋面采用1.5m X 12.0m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0.6kN/m2,雪荷 载标准值为0.5kN/m?，积灰荷载标准值为0.5kN/m?。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 X400mm，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 Q235AF，其设计强度 f=215kN/m：焊条采
2、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=21000 2X150=20700mm，端部高度：h=2000mm （轴线 处），h=2015mm （计算跨度处）。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。h lTw110508 I 1503_/2 -c13000b匚450 0d30 00e1无忙图1屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。LQ2TJG2CMi 2GG1GG2GG1GG1T-KLG2o sLG2xG2KGG2LG2xLG2GG1xGG1GG1-1LG2xGG2LG2GG1x600p-2ICD oCl INogyc-
3、jo卑ra 口 b：i 1寸.rGGTieiNI8U2LG;clGGCGIGG1/-GC1cGG2XXJLG2GG3畫MsG G2GG屋架下弦支撑布置图G1CC3 GlF/GG1GG2GC4G62XX2垂直支撑1TLG2LG2垂直支摧GGlLG5vGGlSCI9go寸0009 OOG寸E言OCIEGG1O0 OCdGG2CC2-XXLG 2LQC9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。永久荷载标准值放水层（
4、三毡四油上铺小石子）0.35kN/m?找平层（ 20mm 厚水泥砂浆）0.02 X 20=0.40kN/m?保温层（ 120mm 厚泡沫混凝土）0.04*6=0.24kN/m?预应力混凝土大型屋面板1.40kN/m?钢屋架和支撑自重0.12+0.011 X 21=0.351kN/m?管道设备自重0.10 kN/m?总计2.84kN/m?可变荷载标准值雪荷载0.6kN/m积灰荷载0.500kN/m总计1.10kN/m永久荷载设计值1.2X2.84=3.41 kN/m?（由可变荷载控制）可变荷载设计值1.4X1.10=1.54kN/m22.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
5、荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载 P=（3.41+1.54） X1.5X12=89.1 kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载 P=3.41X1.5X12=61.38 kN1P =1.54X1.5X12=27.72 kN2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 P =0.351X1.2X1.5X12=4.5 kN3P =（1.4X1.2+0.6X1.4） X1.5X12=45.36 kN43.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。 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
6、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。杆件名称全跨左半跨右半跨1 十 /I、杆 II 1Pv.1/力组I.L表JP1 乂亠P2 乂（P1 乂亠P2 乂（P3 乂亠P4 vV表1 1P3 v亠P4 v计算内力（KN）杆TI名称AB全跨0Z L | 儿 2)0右半跨00厂丄八丿丨厂上“丿0厂丄八丿丨厂上“丿0m八丿丨a丿0m八丿丨a丿0计算内力10丄耳丿0BCD-8 7-6 3-2 5-775 17-708 642-603 306-351 714-179 346-775 17DEF-13 69-41211 81087 02945 648
7、515 864284 528-1211 76FGH-14 1-8 5-6 8-1256 3-1101 078-1053 954-492 438-415 326-1256 31ab4 953 61 6441 045403 623348 183200 817110 097441 045bc11. 584 . 21024.65927 . 63822. 294450 05277.6821024 . 65cd14 79 56 41309 771165 6261079 694542 346401 731309 77de13 37 . 37 . 11185 031018 711013 166431 9424
8、22 871185 03Ba-9-6 6-2 8-801 9-735 372-630 036-367 596-195 228-801 9Bb6 74 72 5596 97541 53480 546263 978164 186596 97Db-5 5-3 5-2 45-490 05-434 61-405 504-200 45-152 822-490 05Dc3 761 92 2335 016283 4568291 7728114 6848128 2928335 016Fc-2 5-0 8-2 12-222 75-175 626-212 2164-55 238-115 1132-222 75Fd-
9、1 4-2 20 8-124 74-146 916-63 756-110 40425 676-146 916Hd1 62 3-0 7142 56161 96478 804116 456-19 624161 964Aa-0 5-0 50-44 55-44 55-30 69-26 47-3 79Cb-1-10-89 1-89 1-61 38-52 94-7 58Ec-1-10-89 1-89 1-61 38-52 94-7 58严f iGd-0 2-0 10-17 82-15 048-12 276-6 052-1 516He000000007 / 注：表内负责表示压力；正值表示拉力bccJe图3屋
10、架接点图四、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14m m；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Ox=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：oy =3000cm因为2lox丄，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图4图4上弦截面设九=60，查轴心受力稳定系数表，e =0.8070.807 x 215需要截面积 A* = e / =1117.37 幻03 =6440
11、mm21508需要回转半径i*=九60 =2.51 cml 3000iy =九 60 =5.00 cm根据需要的A*、I、查角钢型钢表，初选2 L 160x 100x 14, A=6940mm2,ix =2.80cm ， ly =7.86m。按所选角钢进行验算l鬥 150.8九x = lx =2T =52.9V入=150ld 300 y = ly = 7.86=38V入= 150由于 b1 /t = 160/14 = 11.4 0.56ly/b = 0.56 x 3000/160 = 10.5竺）=3（ 1 + 沁竺）=44.452.7b41.452.7 x164V 入=150由于Xx Xyz
12、 S，只需求出in二覧，查轴心受力稳定系数表，申x =0.8384N _ 1117.37 x 103 申xA 0.8384x6940=i92N/mm2v215 N/mm2 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=1169.52kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度1335ox =4500mm屋架平面外根据支撑布置取loy =13350mmN 1169.52 x103计算需要净截面面积A*= f215=5439.6 mm2选用2 L140x 90x 14 （短肢相并），见图5。图5 下弦截面A=6940 mm2， ix =2.51cm， ly=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取An二A（若
