21米梯形钢屋架课程设计计算书.docx
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21米梯形钢屋架课程设计计算书
21米梯形钢屋架课程设计计算书
《钢结构设计》课程设计
姓名
学号
专业
指导老师
《钢结构》课程设计任务书
一、设计题目
长沙某工业厂房钢屋架设计
二、设计资料
长沙某工业厂房跨度为18(21,24)m,[我的学号是22号故应取21m]厂房总长度72m,柱距6m,采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。
屋架采用梯形钢桁架,两端铰支在钢筋混凝土柱上,上柱截面尺寸为400×400mm,混凝土强度等级为C30,屋面坡度:
1:
10,抗震设防烈度为6度,屋架下弦标高为18m。
钢材选用Q345B,焊条采用E50型,设计规范为《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。
三、设计内容
1、进行屋盖支撑布置,并画出屋架结构及支撑的布置图;
2、选择钢材及焊接材料,并明确提出对保证项目的要求;
3、进行荷载计算、内力计算及内力组合,设计各杆件截面;
4、对钢屋架的各个节点进行设计及验算(要在计算书内写出一般上下弦节点、下弦跨中节点,下弦支座节点及屋脊节点设计过程);
5、绘制钢屋架运送单元的施工图,包括桁架简图及材料表。
四、要求的设计成果
1.完成计算书一套,计算书应包含设计任务书,设计计算过程。
2.计算书统一采用A4白纸,字迹工整,符号书写正确,计算应有必要的数据及计算过程;采用专用绘图纸绘图,图纸布局合理,线条清晰,线型适当。
3.用铅笔绘制2#施工图,施工图应包括:
①屋架简图(比例1∶100),左半跨标明杆件长度,右半跨注明杆件最不利内力,以及起拱度;
②屋架正面图,上、下弦平面图;
③侧面图,节点详图;
④注明全部零件的编号,规格及尺寸(包括加工尺寸和定位尺寸)孔洞位置,孔洞及螺栓直径,焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求;
⑤材料表;
⑥设计说明。
4.计算书、图纸和任务书须装订为一整本,图纸由于尺寸较大须折叠,装订后图纸须能随意展开。
五、设计参考文献
[1]胡习兵,张再华.钢结构设计[M].北京:
北京大学出版社,2013
[2]钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].北京:
中国计划出版社,2003
[3]王燕等.钢结构设计[M].北京:
中国建筑工业出版社,2009
[4]房屋建筑制图统一标准(GB/T50001—2001)[S].北京:
中国计划出版社,2002
[5]建筑结构制图标准(GB/T50105-2001)[S].北京:
中国计划出版社,2002
[6]钢结构设计手册(上册)(第三版)[M].北京:
中国建筑工业出版社,2004
一、设计资料:
1、某工业厂房跨度为21m,厂房总长度72m,柱距6m。
2、采用1.5m×6.0m,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18.0m,柱上端设有钢筋混凝土连系梁。
上柱截面为400mm×400mm,所用混凝土强度等级为C30,轴心抗压强度设计值fc=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Q345-B,焊条用E50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、屋架几何尺寸及檩条布置
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,下弦节点以及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=21m,为避免影响使用和外观,制造时应起拱
f=L/500=42mm。
屋架计算跨度l0=L-2⨯0.15=21-2⨯0.15=20.7m。
跨中高度H0=h0+i⨯l0/2=2935mm。
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所示屋架。
图2
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72m,因此需要布置三道横向水平支撑,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
四、荷载与内力计算
1、荷载计算
1)永久荷载
(1)永久荷载
三毡四油(上铺绿豆砂)防水层(冷底子油)0.4kN/m2
水泥砂浆找平层0.4kN/m2
保温层(珍珠岩)0.45kN/m2
预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m2
屋架及支撑自重0.35kN/m2
悬挂管道0.15kN/m
永久荷载总和:
3.15kN/m2
(2)可变荷载
(a)活荷载:
屋面活荷载0.7kN/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⨯3.15+1.4⨯0.7=5.33kN/m2
屋架上弦节点荷载为
P=qA=5.33⨯1.5⨯6=47.97kN
(2)组合二:
全跨永久荷载+半跨活荷载
全跨永久荷载:
q1=1.2⨯3.15=3.78kN/m2
P=q1A=3.78⨯1.5⨯6=34.02kN
半跨活荷载:
q2=1.4⨯0.7=0.98kN/m2
P2=q2A=0.98⨯1.5⨯6=8.82kN
(3)组合三:
全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载
全跨屋架及支撑自重:
q3=1.0⨯0.35=0.35kN/m2
P3=q3A=0.35⨯1.5⨯6=3.15kN
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、内力计算
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内力系数(单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨),内力计算结果如表1所示
杆件
内力系数(P=1)
组合一
组合二
组合三
计算内力
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
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
gh
21.2
13.1
8.1
572.4
522.22
490.7
220.8
169.3
572.4
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
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
Hh
-1.5
-1.5
0
-40.5
-50.01
-31.1
-21.525
-6.075
-40.5
表1
三、杆件截面设计
1、杆件计算长度系数及截面形式
(1)上弦杆
面内计算长度系数=1.0。
根据上弦横向水平支撑的布置方案(图4),面外计算长度系数=4.0。
=4,根据等稳定原则,采用两不等边角钢短肢相并组成的T形截面。
(2)下弦杆
与上弦杆类似,面内计算长度系数=1.0,由图5可知,面外计算长度=6m。
下弦杆受拉,不需要考虑稳定性,因此下弦杆采用两等肢角钢组成的T形截面。
(3)支座腹杆(Aa、aB)
面内和面外计算长度系数都为1.0,采用两等肢角钢组成的T形截面。
(4)再分式腹杆(ij、jK)
面内计算长度系数=1.0,面外计算长
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