梯形钢屋架课程设计度.docx

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梯形钢屋架课程设计度

理工大学继续教育学院

梯形钢屋架课程设计

年级：

专业：

姓名：

学号：

指导老师：

时间：

2017年月日

理工大学继续教育学院

课程设计任务书

专业

土木工程

层次

专升本

指导老师

课程设计名称

梯形钢屋架课程设计

课程代码

课程设计题目

梯形钢屋架课程设计

课程设计依据和设计要求：

1、确定屋架型式与尺寸；选择钢材与焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；

2、进行屋盖支撑布置，按比例绘出屋架结构与支撑的布置图；

3、进行荷载汇集、杆件力计算、力组合，力图，选择各杆件截面；

4、设计下弦节点、上弦节点、支座节点、屋脊节点与下弦中央节点等。

（荷载组合选其一，1全跨永久+全跨不变，2全跨永久+半跨不变，3全架屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活载）

课程设计容：

参考文献：

[1]绍蕃主编.《钢结构》.第二版.:

，2002年7月

[2]绍蕃主编.《钢结构设计原理》.:

科学，2002

[3]根田、德发.《钢结构》.:

机械工业，2005

[4]耀春.《钢结构设计原理》.:

高等教育，2005

[5]《钢结构设计规》（GB50017—2003）

[6]《建筑结构荷载规》（GB50017-2002）

一、设计资料：

1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m，柱距6m。

2、采用1.5m×6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。

檩条采用冷弯薄壁斜卷边C形钢C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。

3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。

上柱截面为450mm×450mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值＝14.3N/mm2。

抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板铰连接。

4、钢材用Q235，焊条用E43系列型。

5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1所示。

图1

二、屋架几何尺寸与檩条布置

1、屋架几何尺寸

屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架；

屋架上弦节点用大写字母A,B,C…连续编号，下弦节点以与再分式腹杆节点用小写字母a,b,c…连续编号。

由于梯形屋架跨度L=30m>24m，为避免影响使用和外观，制造时应起拱

f=L/500=60mm。

屋架计算跨度l0=L-2⨯0.15=30-2⨯0.15=29.7m。

跨中高度H0=h0+i⨯l0/2=3585mm。

为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图2所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。

图2

运输单元的最大尺寸为长度15m，高度4m。

此屋架跨度30m，高度3.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为15m，高为3.3m。

两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。

2、檩条布置

采用长尺复合屋面板，单坡不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为1.5m。

檩条跨度l=6，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。

由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。

檩条、拉条和撑杆的设置如图3所示。

三、支撑布置

1、上弦横向水平支撑

上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，且间距不宜超过60m。

本车间长度为96m,因此需要布置四道横向水平支撑，如图4所示。

图4

2、下弦横向和纵向水平支撑

屋架跨度L=30m>16m，故应设置下弦横向和纵向水平支撑。

下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图5所示

图5

3、垂直支撑

垂直支撑必须设置。

对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。

垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图6所示。

图6

4、系杆

没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。

上弦平面，屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。

本屋盖结构中，檩条长细比λ=194.6<200，故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。

下弦平面设置两道柔性系杆（图5），

可采用∠45⨯5的单角钢。

四、荷载与力计算

1、荷载计算

1）永久荷载

（1）永久荷载

预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m2

檩条自重0.07kN/m2

屋架与支撑自重0.45kN/m2

永久荷载总和：

1,92kN/m2

（2）可变荷载

（a）活荷载：

屋面活荷载0.5kN/m2活荷载计算信息:

考虑活荷载不利布置

风荷载计算信息:

不计算风荷载

2、荷载组合

设计屋架时，应考虑以下四种组合：

（1）组合一：

全跨永久荷载＋全跨活荷载

永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为

q=1.2⨯1.92+1.4⨯0.5=3.0kN/m2

屋架上弦节点荷载为

P=qA=3.0⨯1.5⨯6=27kN

（2）组合二：

全跨永久荷载＋半跨活荷载

全跨永久荷载：

q1=1.2⨯1.92=2.304kN/m2

P=q1A=2.304⨯1.5⨯6=20.74kN

半跨活荷载：

q2=1.4⨯0.5=0.7kN/m2

P2=q2A=0.7⨯1.5⨯6=6.3kN

（3）组合三：

全跨屋架与支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨施工荷载

全跨屋架与支撑自重：

q3=1.0⨯0.45=0.45kN/m2

P3=q3A=0.45⨯1.5⨯6=4.05kN

半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载：

q4=1.2⨯（0.30+0.07）+1.4⨯0.5=1.144kN/m2

P4=q4A=1.1444⨯1.5⨯6=10.30kN

上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。

3、力计算

本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨），力计算结果如表1所示

杆件

力系数（P=1）

组合一

组合二

组合三

计算力

名称

全跨

左半跨

右半跨

P×①

P1×①+

P1×①+

P3×①+

P3×①+

（kN）

①

②

③

P2×②

P2×③

P4×②

P4×③

AB

0

0

0

0

0

0

0

0

0

BC

-10.7

-7.7

-3

-288.9

-270.428

-240.8

-122.6

-74.2

-288.9

CD

-10.7

-7.7

-3

-288.9

-270.428

-240.8

-122.6

-74.2

-288.9

DE

-17.3

-11.9

-5.4

-467.1

-433.78

-392.8

-192.6

-125.7

-467.1

上

EF

-17.3

-11.9

-5.4

-467.1

-433.78

-392.8

-192.6

-125.7

-467.1

弦

FG

-20.6

-13.3

-7.3

-556.2

-511.0.

-473.2

-220.4

-158.6

-556.2

杆

GH

-20.6

-13.3

-7.3

-556.2

-511.0

-473.2

-220.4

-158.6

-556.2

HI

-21.5

-12.5

-8.9

-580.5

-524.66

-502

-215.8

-178.7

-580.5

IJ

-21.9

-13

-8.9

-591.3

-536.1

-510.3

-222.6

-180.4

-591.3

JK

-21.9

-13

-8.9

-591.3

-536.1

-510.31

-222.6

-180.4

-591.3

ac

5.7

4.2

1.5

153.9

144.68

127.67

66.3

38.5

153.9

下

ce

14.4

10.2

4.2

388.8

362.9

325.1

163.4

101.6

388.8

弦

eg

19.2

12.8

6.4

518.4

478.8

438.5

209.6

143.7

518.4

杆

gi

21.2

13.1

8.1

572.4

522.22

490.7

220.8

169.3

572.4

ik

20.4

10.2

10.2

550.8

487.36

487.36

187.7

187.7

550.8

aB

-11.1

-8.2

-2.9

-299.7

-281.9

-248.5

-129.4

-74.8

-299.7

Bc

8.9

6.3

2.6

240.3

224.3

201

100.9

62.8

240.3

cD

-7.5

-4.9

-2.5

-202.5

-186.42

-171.3

-80.8

-56.1

-202.5

斜

De

5.5

3.3

2.3

148.5

134.86

128.56

56.3

46.0

148.5

腹

eF

-4.3

-2.1

-2.2

-116.1

-102.4

-103

-39.0

-40.1

-116.1

杆

Fg

2.8

0.8

2

75.6

63.1

70.76

19.6

31.9

75.6

gH

-1.6

0.3

-1.9

-43.2

-31.3

-45.2

-3.4

-26.0

-43.2

Hi

0.4

-0.4

1.8

10.8

5.8

19.64

-2.5

20.2

10.8/-2.5

ij

1.5

3.5

-2.1

-40.5

53.2

17.88

42.1

-15.6

42.1/-40.5

jk

2.2

4.3

-2.1

-59.4

72.7

32.4

53.2

-12.7

72.7/-59.4

Ij

0.6

0.6

0

16.2

16.2

16.2

8.6

2.4

16.2

Aa

-1

-0.5

0

-27

-23.89

-20.74

-9.2

-4.05

-27

Cc

-1

-1

0

-27

-27.04

-20.74

-14.35

-4.05

-27

竖

Ee

-1

-1

0

-27

-27.04

-20.74

-14.35

-4.05

-27

杆

Gg

-1

-1

0

-27

-27.04

-20.74

-14.35

-4.05

-27

Ii

-1.5

-1.5

0

-40.5

-50.01

-31.1

-2