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单层单跨工业长房钢结构课程设计计算书管理
钢结构课程设计例题
-、设计资料
某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m,柱距6m,跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为-20℃。
屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板,屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡,雪荷载标准值为0.75kN/㎡,积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。
屋架采用梯形钢屋架,其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm,所用混凝土强度等级为C20。
根据该地区的温度及荷载性质,钢材采用Q235―A―F,其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型,手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲,构件与支撑的连接用M20普通螺栓。
屋架的计算跨度:Lo=27000-2×150=26700mm,端部高度:h=2000mm(轴线处),h=2015mm(计算跨度处)。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸见图1所示。
图1 屋架形式及几何尺寸
屋架支撑布置见图2所示。
符号说明:GWJ-(钢屋架);SC-(上弦支撑):XC-(下弦支撑);
CC-(垂直支撑);GG-(刚性系杆);LG-(柔性系杆)
图2 屋架支撑布置图
三、荷载与内力计算
1.荷载计算
荷载与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
放水层(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=0.70kN/㎡
预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡
钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×27=0.417kN/㎡
管道设备自重 0.10 kN/㎡
总计 3.387kN/㎡
可变荷载标准值
雪荷载 0.75kN/㎡
积灰荷载 0.50kN/㎡
总计 1.25kN/㎡
永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡(由可变荷载控制)
可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡
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
屋架上弦节点荷载 P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN
组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载
屋架上弦节点荷载 =4.0644×1.5×6=36.59 kN
=1.75×1.5×6=15.75 kN
组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载
屋架上弦节点荷载 =0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN
=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN
3.内力计算
本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数,见表1。
由表内三种组合可见:组合一,对杆件计算主要起控制作用;组合三,可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中,在屋架两侧对称均匀铺设面板,则可避免内力变号而不用组合三。
注:表内负责表示压力;正值表示拉力
图3 屋架接点图
四、杆件截面设计
腹杆最大内力,N=-619.16KN,由屋架节点板厚度参考可知:支座节点板刚度取14mm;其余节点板与垫板厚度取12mm。
1.上弦杆
整个上弦杆采用相同一截面,按最大内力计算,N=-1117.37KN
计算长度: 屋架平面内取节间轴线长度=150.8cm
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间长度:=3000cm
因为2≈,故截面宜选用两个不等肢角钢
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