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1、、设计题目： 焊接梯形钢屋架设计 二、目的：通过课程设计掌握屋盖系统结构布置方法。运用有关力学和本课程 所学的知识，对钢屋架进行内力分析、杆件截面设计和节点设计。培养学生解 决实际问题的能力。三、设计资料：1. 某单层单跨工业厂房，跨度 L(18 m , 21 m , 24 m)，长度102 m。2. 厂房柱距6 m，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级C20，上柱截面尺寸400 400，钢屋架支承在柱顶。3. 吊车一台150 T, 台30 T,吊车平台标高+12.000 m。4. 荷载标准值(水平投影面计)5. 屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度见附图 1。6. 钢材3号钢、角钢、钢板各种规格齐全；有
2、各种类型的焊条荷C级螺栓可供选用。7. 钢屋架的制造、运输荷安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16 m,运输高度3.85 m,工地有足够的起重安装条件。结构形式与布置屋架几何尺寸及屋架全跨上弦节点单位荷载作用下构件内力系数见图 156GCce150图1(a)18米跨屋架几何尺寸15075 ；507.5 Wg 盼.1.01.0G0.5FDB4+ 3 .47+7 .9 6 2+9 .2 7 918米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值且图1(b)1.01. 0 1,0EA0TU0-9.102051.0A1.0 10.1.0 1.0 1.0 10.D6FcGF，02.5375.
3、325+ 53 12a 图1(c) c 18米跨屋架e跨单位荷载作gl下各杆件的内e值 屋盖支撑布置根据支撑布置原则，有桥式吊车且吊车平台较高时应布置上弦横向水平支 撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑以及垂直支撑。具体支撑位置如下 页图2所示。1LG1 2cc3sc12 LG11WLG2 WLG1sc2W LG2WLG2T C 1、LG1.sc2cc2_.LG2T C 1ALG1LG2sc2 TG1LG1TG2L_TG2J丄”sc2 G1TG2IG1cl sc TG1屋架上弦支撑布置图TG1zc1cc3xc1LG1zc1-.zc!LG1TG2LG1xC2LG1於2LG1TG2-.,cc2
4、.Pxc2LG1xc2 G、LG1 ”zc1LG1 ?x LG1tGfs7:jTLG1LG1支撑代号：屋架上弦横向水平支撑sc屋架下弦横向水平支撑xc屋架下弦纵向水平支撑zc垂直支撑cc刚性系杆LG1柔性系杆LG2四、荷载和内力计算1、荷载计算按屋面做法，以知各荷载标准值算出永久荷载设计值：对于永久性荷载，按公式 设计值=1.2X荷载标准值；对于可变荷载，按公式设计值=1.4X荷载标准值。同时按屋面活载及雪荷载两者中取大值的原则， 算出可变荷载的设计 值。计算可列表 1 进行。序 号荷载名称标准值(KN/ mJ设计值（kn/ m）备注1防水层（三毡四油，上铺 绿豆沙）0.50.62找平层（2
5、cm厚水泥砂浆）0.80.963预应力钢筋砼大型屋面板（1.5X6.0 m ）1.31.564屋架自重（包括支撑重）0.3180.3816q=0.12+0.011L(L=21m)5保温层0.40.486一毡二油隔气层0.050.06永久何载总重g3.4184.10167屋面活载0.70.988雪荷载0.350.499积灰何载1.31.82口变荷载总重p2.352.80取7、8中大值+9值表1 荷载汇集表2、荷载组合设计屋架时应考虑三种组合：(1) 全跨永久荷载+全跨可变荷载；P=(4.1016+2.8) X 1.5 X 6=62.29KN(2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载；P =4.1016X
6、1.5X6=36.9144KN1P =2.8X1.5X6=25.2KN2(3) 全跨屋架支撑自重 +半跨屋面板重+半跨可变荷载重；P =0.3816X1.5X6=3.4344KN3P =(1.56+2.8)X1.5X6=39.24KN43、内力计算本实际采用程序计算杆件在单位节点作用下各杆件的内力系数，见表 2由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用； 组合二和组合三可能引起跨中几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中， 在屋架两侧对称均与铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。编 号内力系数(F=l)第一种组合PX(3)第二种组合A* 第P X(31P X (1)2左半跨(1)右半
7、跨(2)全跨(3)P X (3) +P1 2 X(2)P X (3) + P1 2 X(1)AB0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.00(BD4.371-1.850-6.221-386.414DF-5.636-3.357-8.993-558.595FG-6.861-5.319-12.180-758.692ac2.5370.9333.470215.537ce5.3252.6377.962495.555eg5.3123.9679.279576.360aB-4.757-1.748-6.502-403.868Be3.1581.5814.739294.360cD-1.862-
8、1.520-3.382-210.071De0.5401.3441.884117.02483.155103.416eF0.615-1.305-0.690-42.859-9.973-32.88621.76Fg-1.6321.170-0.462-28.697-58.18112.430-65.62Aa-0.5000.000-0.500-31.057Ce-1.0000.000-1.000-62.114Ee-1.0000.000-1.000-62.114Gg0.4060.4060.81250.437杆件名称 上弦杆下弦杆 斜腹杆 竖杆表 2 屋架杆件内力组合表五、杆件截面设计节点板厚：支座斜杆的最大内力设
9、计值，N=-403.868KN,由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板厚 t=12mm;中间节点板厚t=10mm.1、上弦杆整个上弦杆采用相同截面，按最大内力计算。杆FG内力最大：N=-565.365KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度1 =150.75 cm屋架平面外根据支撑，考虑到大型ox屋面能起到一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度1 =301.5m 。由于21 =1 ，oy ox oy 故选用两个不等肢角钢，且短肢并联。设九=80,查轴心受力稳定系数表，申=0.688需要截面面积a=暮=06|去二3822imm 2二3822icm 2需要回转半径ix斗二罟=1舷吋=3.77cm
10、l 30i.5oy九80根据需要的 A、i 、xi查角型钢表，初选2Z100X80X7 （短肢相并），见图3y图 3 上弦杆截面i = 4.79 cm yA=49.204 m 2 i = 2.39cmx按所选角钢进行验算l 150.75九=卄二一一二 63.08 九二 150x i 2.39x九=Loy = I01：5 = 62.94 0.561 /b =0.56X3015/140=12.061oy 1则：九二 3.7工(1 +y ztl2 t 2oy)52.7b 413.7 x 141.0(1 +301.52 x 1252.7 x 144)二 54.1 九 X，只需求出p =*，查轴心受力稳
11、定系数表，p =0.791x y z ymin xx=145.26N /mm2 f = 215N /mm2p A 0.791 x 492.04X 所选截面合适 2、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算杆eg内力最大，N=576.360 KN计算长度：屋架平面内取节间轴线长度1 =300 cm ox屋架平面外根据支撑布置取1 =885moy计算需要净截面面积 A576360215=2681mm 2=26.81cm 2选用2Z100X80X7（短肢相并），见上图3A=49.024m 2 i = 2.39cmxi = 4.79 cm y按所选角钢进行截面验算，取A =An（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）=117.14N /mm2 215N / mm2A 4920.4nl 300X = -ox = 125.52 X = 250x i 2.39xl 885X 弹184.76 X 250 y i 4.79y所选截面满足要求。3、端斜杆aB已知 N=-403.868KN计算长度1二1 =253cmox oy由于1 =1 ，故选用两个不等肢角钢，且长肢并联 ox oy设九=8
