钢筋结构课程设计实例.docx

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钢筋结构课程设计实例

.

钢结构设计原理课程设计

――钢屋架

土木工程专业本科

师学院工程学院建筑工程系

钢结构设计原理教学组

一由设计任务书可知：

厂房总长为96m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间设有两台中级工作制

吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。

暂不考虑地震设防。

屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:

15。

卷材防水层面（上铺120mm

泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。

屋面活荷载标准值为0.35KN/㎡，雪荷载标准值为

0.3KN/㎡，风标准值为0.45KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。

屋架采用梯形钢屋架，钢屋架铰支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C25.

二选材：

...

.

根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。

其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43

型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。

屋架的计算跨度L。

=24000-2×150=23700，端部高度：

h=2000mm（轴线处），h=2150（计算跨度处）。

三结构形式与布置：

屋架形式及几何尺寸见图一所示：

屋架支撑布置见图二所示：

...

.

四荷载与力计算：

1，荷载计算：

活荷载于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（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡

找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40KN/㎡

保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12×6=0.72KN/㎡

预应力混凝土大型屋面板1.4KN/㎡

钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384KN/㎡

...

.

管道自重0.1KN/㎡

总计：

3.354KN/㎡

可变荷载标准值：

雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.35KN/㎡

积灰荷载0.5KN/㎡

风荷载：

查表可知迎风坡面体形系数为-0.6，背风坡面为-0.5，即当屋面夹角（3.8°）小

于15°时，风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。

总计：

0.85KN/㎡

永久荷载设计值1.2×3.354KN/㎡=4.0248KN/㎡

可变荷载设计值1.4×0.85KN/㎡=1.19KN/㎡

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

屋架上弦荷载

P=（4.0248KN/㎡+1.19KN/㎡）×1.5×6=46.9332KN

组合二

全跨永久荷载

+半跨可变荷载

屋架上弦荷载

P=4.0248KN/㎡×1.5×6=36.22KN

1

P=1.19KN/㎡×1.5×6=10.71KN

2

组合三

全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载

屋架上弦荷载

3

P=0.384KN/㎡×1.2×1.5×6=4.15KN

P4=（1.4×1.2+0.35×1.4）×1.5×6=19.53KN

3,力计算：

首先求出杆件力系数，即单位荷载作用下的杆件力，荷载布置如图3所示。

经计算得表一，表一列出了各个杆件的力系数和杆件力值，由表中的三种组合可见：

组

合

一，对杆件计算起主要控制作用；

组合三可能引起中间几根斜腹杆发生力变号，

在施工过程

中，在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免力变号。

表一

屋架杆件力组合表

杆件

全跨1

左半跨2

右半跨3

P*1

P1*1+P2*2

P1*1+P2*3

P3*1+P4*2

P3*1+P4*3

计算力（KN）

名称

上

AB

0

0

0

0

0

0

0

0

0.

弦

BCD

-9.82

-7.06

-2.76

-460.884

-431.293

-385.24

-178.6348

-94.6558

-460.88

...

.

DE

-15.89

-10.78

-5.11

-745.769

-690.9896

-630.2639

-276.4769

-165.7418

-745.77

EFG

-16.49

-11.37

-5.12

-773.928

-719.0405

-652.103

-290.4896

-168.4271

-773.93

GHIJ

-17.58

-9.68

-7.91

-825.086

-740.4204

-721.4637

-262.0074

-227.4393

-825.09

ab

5.43

3.99

1.44

254.8473

239.4075

212.

100.4592

50.6577

254.85

下

bc

13.25

9.28

3.98

621.8649

579.3038

522.5408

236.2259

132.7169

621.87

弦

cd

18.81

11.76

7.05

882.8135

807.2478

756.8037

307.7343

215.748

882.81

de

19.29

9.6

9.6

905.3414

801.4998

801.4998

267.5415

267.5415

905.34

Aa

-0.5

-0.5

0

-23.4666

-23.465

-18.11

-11.84

-2.

-23.47

Ba

-10.08

-7.4

-2.67

-473.

-444.3516

-393.6933

-.354

-93.9771

-473.09

Bb

8.14

5.71

2.44

382.0362

355.9849

320.9632

145.2973

81.4342

382.04

Cb

-1

-1

0

-46.9332

-46.93

-36.22

-23.68

-4.15

-46.-93

Db

-6.79

-4.38

-2.42

-318.676

-292.8436

-271.852

-113.7199

-75.4411

-318.68

Dc

5.1

2.91

2.22

239.3593

215.8881

208.4982

77.9973

64.5216

239.36

Ec

-1.57

-1.57

0

-73.6851

-73.6801

-56.8654

-37.1776

-6.5155

-73.69

E1

0.69

0.69

0

32.38391

32.3817

24.9918

16.3392

2.8635

32.38

腹

c1

-4.1

-4.1

-2.68

-192.426

-192.413

-177.2048

-97.088

-69.3554

-192.43

杆

F1

-1

-1

0

-46.9332

-46.93

-36.22

-23.68

-4.15

-46.93

G1

-3.36

-3.36

-2.69

-157.696

-157.6848

-150.5091

-79.5648

-66.4797

-157.70

-137.05

Gd

-2.92

-2.92

1.8

-137.

-137.0356

-86.4844

-69.1456

23.036

23.04

Hd

0

0

0

0

0

0

0

0

0

H2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

I2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

J2d

1.14

1.14

-2.3

53.50385

53.5002

16.6578

26.9952

-40.188

-40.1953.50

Je

0

0

0

0

0

0

0

0

0

注：

表负值表示压力，正值表示拉力。

五杆件截面设计：

腹杆最大力N=-473.09KN，由屋架节点板后参考可知：

支座节点板厚可取12mm，其余节点厚和垫板厚度均取10mm。

1，上弦杆

整个上弦杆采用同一截面，按最大力计算，N=-825.09KN。

计算长度：

屋架平面取节点轴线长度lox=133.7cm。

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点

...

.

长度l

oy=267cm。

因：

2l

ox=loy故截面宜选用两个不等肢的角钢，且短肢相并，见图

4：

设λ=60，查轴心受压稳定系数表

=0.807

需要截面积A*

=

N

=

825.09

103

=4775mm2

.f

0.807

215

需要回转半径ix=lox

1337

2.23

㎝

60

需要回转半径iy=

loy

12760

4.45㎝

60

根据需要的A*

i

x,

iy查角钢型钢表，初选

2L140×90×12，A=5280mm2

ix=2.54cm,

iy=6.81cm。

按所选角钢进行验算：

lox

133.7

[

]=150

x

52.6

ix

2.54

loy

267

[

]=150

y

39.2

iy

6.81

...

.

由于b1/t=140/12=11.7>0.56

×270/140=10.7

则yz

b1

（1

l02

yt2

14

2672

1.22

3.7

）=

3.7

（1

）=45.4＜「λ」=150

t

52.7b14

1.2

52.7

144

由于λx＞λyz＞λy，只需求出

min

x查轴心稳定系数表x=0.844

N

825.09

10

3

185N/mm2

215N/mm2

XA

0.844

5280

所选截面合适。

2,下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大力计算，N=905.34KN。

计算长度：

屋架平面取节点间轴线长度lox=3990mm。

屋架平面外根据支撑布置，取loy=11850mm。

计算需要净截面面积A*=N

=

905.34

103

=4211mm2

.f

0215

选用2L125×80×12（短肢相并），见图

5：

A=4680mm2,ix=2.24cm,iy=6.15cm。

按所选角钢进行验算：

取An=A

（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则不计截面削弱影响）

N

905.3410

3

193.5N/mm2

215N/mm2

An

4680

x

lox

399

178.1[]250

ix

2.24

...

.

loy

1185

y

iy

192.7[]350

6.15

3，端斜杆Ba

已知N=-473.09KNloxloy247.9cm

因为loxloy故采用等肢角钢，使ix=iy

选用2L100×10见图6

A=3860mm2,ix=3.05cm,iy=4.52cm。

截面刚度和稳定验算：

x

lox

247.9

81.3

[

]

150

ix

3.05

y

loy

247.9

54.8

[

]

150

iy

4.52

由于b/t=10/1.0=10

0.58

247.9/10

14.38

y（1

0.475b4

0.475

104

2）59.04

yz

2

2

）

554.8（1

2

1.0

loyt

247.9

min

x=0.6792

...

.

N

3

473.09

10

180.5N/mm2

215N/mm2

所选截面合适。

XA0.6792

3860

填板放两块，la

82.6cm40ix40

3.05cm122.0cm

4，斜杆Bb

已知：

N=382.04KN

计算长度：

屋架平面取节点间轴线长度lox=0.8l0.824791983.2mm

屋架平面外根据支撑布置，取loy=2479mm。

选用2L806见图7：

A=1880mm2

ix=2.47cm,iy=3.65cm。

N

382.0410

3

203.2N/mm2

215N/mm2

A

1880

x

lox

198.32

80.3

[

]

350

ix

2.47

y

loy

247.9

67.9

[]

350

iy

3.65

填板放两块，la

82.6cm

80ix

80

2.47cm197.6cm

5,

再分腹杆c1G

N1

Nc1

192.43,N2

NG1

157.7,l1

3680mm

计算长度：

屋架平面取节点间轴线长度

lox=0.8l

0.818401472mm

屋架平面外根据支撑布置取

...

.

loyl1（0.75

N1

）

3680（0.750.25

192.34

0.25

）3883mm。

N2

157.7

选用2L806

见图8：

A=1880mm2

ix=2.47cm,iy=3.65cm。

x

lox

147.2

59.6[

]

350

ix

2.47

y

loy

388.3

106.4

[]

350

iy

3.65

由于b/t=8/0.6=13.3

0.58

388.3/8

28.2

y（1

0.475b4

106.4（1

0.475

84

2）

110.2

yz

2

2）

2

0.6

loyt

388.3

min

x=0.4918

N

192.43

10

3

208.1N/mm2

215N/mm2

所选截面合适。

XA

0.4918

1880

填板放两块，la

97.1cm

40ix

40

2.47cm

98.8cm

6,

斜杆Dc

已知：

N=329.36KN

计算长度：

屋架平面取节点间轴线长度lox=0.8l210.4cm屋架平面外根据支撑布置，取loy=263cm。

选用2L705见图9：

...

.

A=1374mm2,ix=2.16cm,iy=3.24cm。

N

139.36

10

3

174.2N/mm2

215N/mm2

A

1374

x

lox

210.4

97.4

[

]350

ix

2.16

y

loy

263

81.2

[]

350

iy

3.24

填板放两块，la

87.6cm

80ix

80

2.16cm

172.8cm

7，中竖杆Je

已知：

N=0KN

l00.9l

0.9

280

252mm

中竖杆选用

2L70×5的角钢，并采用十字形截面，见图

10：

A13.47cm2,ix0

2.16cm

x0

l0

252

116.7

[

]

150

ix0

2.16

满足要求。

填板放五块，la

50.4cm

40ix0

40

2.16cm

86.4cm

其余各杆截面选择过程不一一列出，计算结果见表二：

计算长度

回转半径

计算

填

板

杆件

力设计值

（cm）

选用截面

截面积

（cm）

应力

名称

N（KN）

max[]

min

lox

loy

A（cm2）ix

iy

N/mm2

块

...

.

上弦杆

-825.09

133.7

267.0

短肢相并

52.8

2.54

6.81

52.6

150

0.844

-185

2

2L140×90×12

下弦杆

905.34

399

1185

短肢相并

46.8

2.24

6.15

192.7

350

/

193.5

2

2L125×80×12

-23.47

201.5

201.5

T型截面

9.6

1.53

2.45

131.7

150

0.3795

-64.4

2

Aa

2L50×5

-473.09

247.9

247.9

T型截面

38.6

3.05

4.52

81.3

150

0.6792

-180.5

2

Ba

2L100×10

382.04

198.3

247.9

T型截面

18.8

2.47

3.65

80.3

350

/

203.4

2

Bb

2L80×6

-46.93

174.2

217.8

T型截面

9.6

1.53

2.45

113.9

150

0.4705

-103.9

2

Cb

2L50×5

-318.68

210.4

263

T型截面

38.6

3.05

4.52

69.0

150

0.757

-109.1

2

Db

2L100×10

239.36

210.4

263

T型截面

13.74

2.16

3.24

97.4

350

/

174.2

2

Dc

2L70×5

-73.69