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1、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，其设计强度f=215kN/,焊条采用E43型，手工焊
2、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=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。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
3、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=(4.064
4、4+1.75) 1.56=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 =4.06441.56=36.59 kN =1.751.56=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 =0.4171.21.56=4.5 kN =(1.41.2+0.751.4) 1.56=24.57 kN3.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
5、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=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：=3000cm因为2，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 =6440需要回转半径=2
6、.51 cm=5.00 cm根据需要的、 查角钢型钢表，初选 2 L 16010014，A=6940， =2.80cm ， =7.86m。按所选角钢进行验算=52.9=150=38=150由于则：=150 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.8384 =192N/215 N/ 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=4500mm 屋架平面外根据支撑布置取=13350mm计算需要净截面面积=5439.6选用 2 L1409014（短肢相并），见图A-5。图 A-5 下弦截面A=6940， =2.51cm
7、，=6.93cm。按所选角钢进行截面验算，取（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） =191.7 N/215 N/ =179.3 =250 =192.6=350 所选截面满足要求。3. 端斜杆Ba已知N-619.16kN，253.9cm因为，故采用等肢角钢，使选用角钢2 L 10012,见图A-6图 A-6 端斜杆BaA4560，3.03cm，4.64cm截面刚度和稳定验算= =83.8 =150= =54.7 =150由于=14.730.6624205N/215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=84.6 cm40=403.03=121.2 cm4. 斜杆B
8、b已知N=497.1kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8l=0.82622=2097.6mm 屋架平面外根据支撑布置取=2622mm选用 2 L1006，见图A-7。图 A-7 斜杆BbA=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =208.34 N/215 N/ =67.7 =350 =59.1=350 所选截面满足要求。填板放两块，=87.4cm80=803.10=248cm5.再分腹杆c1G=-252.991kN， =-208.6kN，=4174 mm计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8l=0.82087=1669.6mm 屋架平面外根据支撑布置取=（0.75+0
9、.25）=4174（0.75+0.25）=4396mm选用 2 L1006，见图A-8。 图 A-8 再分腹杆c1G 图 A-9 中竖杆Je A=2386， =3.10cm，=4.44cm。 =53.9 =350 =99=350 由于=25.50.5182204.6N/215 N/所选截面满足要求填板放两块，=109.9cm40=403.10=124cm6.中竖杆Je已知N0，0.9 335301.5cm中间竖杆选用2 L756的角钢，并采用十字形截面，见图A-9A=17.6, cm,=103.6 =150 所选截面满足要求填板放五块，=60.3cm40=402.45=98cm其余各杆件截面选
10、择过程不一一列出，计算结果见表A-2 / 杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（）回转半径（cm）计算应力（N/）填板(块)上弦杆-1117.37150.8300短肢相并2L160*100*1469.42.807.8653.91500.8384-1922（3）下弦杆1169.54501335短肢相并2L140*90*14612.516.93179.3350/191.71（2）Aa-27.74201.5201.5T型截面2L50*517.61.532.53131.71500.3795-41.52Ba-619.16253.9253.9 T型截面2L100*1245.63.0
11、34.6483.81500.6624-2052Bb497.1209.76262.2T型截面2L100*623.863.104.4467.7350/208.32Cb-55.48184230T型截面2L50*59.61.532.53120.31500.6624-136.12Db-412.77229.84287.3T型截面2L100*1245.63.034.4675.91500.7146-125.72Dc304.03229.84287.3T型截面2L75*617.62.313.5399.5350/172.72Ec-83.22208260T型截面2L75*617.62.313.5397.71500.5701-82.92E140.50151.2189T型截面2L50*59.61.532.5398.8350/42.211F1-55.48104130T型截面2L50*59.61.532.53681500.763-75.71c1-252.99166.96439.6T型截面2L100*623.863.104.44105.81500.5182-204.62G1-208.6Gd2.3
