钢结构课程设计实例.docx

钢结构设计原理课程设计
――钢屋架

土木工程专业本科

临沂师范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，车间内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：

四荷载与内力计算：
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P1=4.0248KN/㎡×1.5×6=36.22KN
P2=1.19KN/㎡×1.5×6=10.71KN

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P3=0.384KN/㎡×1.2×1.5×6=4.15KN
P4=(1.4×1.2+0.35×1.4)×1.5×6=19.53KN

3,内力计算：
首先求出杆件内力系数，即单位荷载作用下的杆件内力，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内力系数和杆件内力值，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内力变号，在施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免内力变号。
表一
屋架杆件内力组合表杆件
名称全跨1左半跨2右半跨3P*1P1*1+P2*2P1*1+P2*3P3*1+P4*2P3*1+P4*3计算内力（KN）上弦AB000000000.BCD-9.82-7.06-2.76-460.884-431.293-385.24-178.6348-94.6558-460.88DE-15.89-10.78-5.11-745.769-690.9896-630.2639-276.4769-165.7418-745.77EFG-16.49-11.37-5.12-773.928-719.0405-652.103-290.4896-168.4271-773.93GHIJ-17.58-9.68-7.91-825.086-740.4204-721.4637-262.0074-227.4393-825.09下弦ab5.433.991.44254.8473239.4075212.097100.459250.6577254.85bc13.259.283.98621.8649579.3038522.5408236.2259132.7169621.87cd18.8111.767.05882.8135807.2478756.8037307.7343215.748882.81de19.299.69.6905.3414801.4998801.4998267.