第一部分鋼結構課程設計任務書
一. 課程設計題目
某車間梯形鋼屋架結構設計
二. 設計資料
一單層單跨工業廠房，內設有2臺中級工作制橋式吊車。廠房總長120m，簷口高度15m，擬設計鋼屋架，簡支於鋼筋混凝土柱上。柱頂截面尺寸400×400ｍ，柱混凝土強度等級為c20.
鋼屋架設計可不考慮抗震設防。
廠房柱距選擇為12m
屋架為梯形鋼屋架（屬無檁體系），跨度為24公尺帶鋼屋架擋風板。
無檁體系屋面做法及永久荷載標準值
防水層為三氈四油上鋪小石子 0.35 kn/m2
找平層採用20厚水泥砂漿 0.02×20＝0.40 kn/m2
保溫層為泡沫混凝土，選取80厚度：0.5 kn/m2
預應力大型屋面板重 1.40 kn/m2
可變荷載標準值
雪荷載 0.50 kn/m2
屋面活荷載 0.60 kn/m2
積灰荷載 0.50 kn/m2
三.結構形式與布置
屋架形式及幾何尺寸見圖1所示，屋架支撐布置見圖2所示（下弦支撐採用與上弦支撐同樣布置）
圖1.屋架形式及幾何尺寸
第二部分、鋼屋架設計計算
採用1.5×12m預應力鋼筋混凝土大型屋面板
屋架計算跨度：l。=l-300=23700mm
屋架端部高度：h。=2000mm
計算跨度處高度: h＝2015ｍｍ
屋架高跨比： h/l。=3860/23700=1/6.14
層架上弦（下弦）支撐布置圖
垂直支撐1-1
垂直支撐2-2
符號說明：gwj(鋼屋架)；sc（上線支撐）；xc(下弦支撐)；cc(垂直支撐)；
gc(剛性系杆)；lg（柔性系杆）
圖2 屋架支撐布置圖
1.荷載計算
屋架幾何尺寸如圖（1）所示，支撐布置如圖（2）所示。因為活載加積灰荷載加雪荷載（2000n/m）大於活荷載（700 n/m），所以動載取2000 n/m。屋架自重，p＝(120＋11×l) n/m。
永久荷載標準值：
管道裝置自重0.10 kn/m2
總計3.13 kn/m2
可變荷載標準值：
屋面活荷載0.60 kn/m2
積灰荷載0.50 kn/m2
總計1.10 kn/m2
以上荷載計算中，因屋面坡度較小，風荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。
永久荷載設計值：1.2×3.13＝3.76kn/m2
可變荷載設計值：1.4×1.10＝1.54kn/m2
2荷載組合
設計屋架時，應考慮以下三種組合
組合一：全跨恆荷載－全跨活荷載
屋架上弦節點荷載p＝（3.76+1.54）×1.5×12＝95.4 kn/m2
組合二：全跨永久荷載+半跨可變荷載
屋架上弦節點荷載
p1=3.76×1.5×12＝67.68 kn/m2 ｐ2＝1.54×1.5×12＝27.72 kn/m2
組合三：全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷載
屋架上弦節點荷載
ｐ3＝0.38×1.2×1.5×12＝8.2 kn/m2
ｐ4＝（1.68×1.2+0.6×1.4）×1.5×12＝45.36 kn/m2
由力學求解器計算屋架各桿件內力，然後乘以實際的節點荷載，。屋架各桿件內力組合見下表(1)。
3.桿件截面設計
腹杆最大內力，n=994.1kn(壓)，由屋架節點板厚度參考表可知：支座節點板厚度取18mm,其餘節點板與墊板厚度取16mm.
1.上弦杆
整個上弦不改變截面，按最大內力設計，n＝-1551.2kn
上弦桿件計算長度：在屋架平面內，為節間軸線長度lox＝150.7cm；在屋架平面外，根據支撐布置和內力變化情況取loy＝2×150.7＝301.4cm.
因為loy＝2lox，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相並。
圖3.上弦截面
假定λ＝60，雙角鋼組合截面繞x和y軸穩定性均屬於b類截面。查軸心受壓構件的穩定係數表，得φ＝0.807
需要截面面積a＝＝1551200/（0.807×215）＝8940mm2
需要的迴轉半徑為：
ix＝＝1508/60＝25.15mm iy＝＝3016/60＝50.3mm
根據a、ix、iy查不等肢角鋼規格表,選用2l200×125×16,a＝99.4cm2, ix＝3.52cm, iy＝6.38cm.
按所選角鋼進行驗算：
λx＝＝1507/35.2＝42.8＜[λ] ＝150
λy＝＝3014/63.6＝47.39＜[λ] ＝150（滿足要求）
由於λx<λy，只需求φy查附表用內插法得φx＝0.868
σ＝＝1551200/(0.868×9940)=179.79n/mm2＜215 n/mm2
所選截面合適。
2．下弦杆
整個下弦也不改變截面，按最大內力n＝1673.1kn。按下弦支撐布置情況：
lox＝3000mm,loy＝11850mm計算下弦截面淨面積：an＝＝1673100/215＝7781mm2 選用2l125×110×14（短肢相並,見圖），a＝78cm2, ix＝3.08cm iy＝5.
75cm
λx＝＝300/3.06=97.4<[λ]=350;λy＝＝1185/5.
75=206.1<[λ]=350.＝1673100/78=214.
5 n/ mm2＜215 n/ mm2 滿足要求。
圖4.下弦杆截面
3．端斜桿ba
已知n＝994.1kn, lox＝loy＝253.9cm。因為lox＝loy，故採用不等肢角鋼長肢相並（圖 ），使ix=iy.
如選用2l180×110×14，則a＝78cm2
ix＝5.75cm，iy＝4.6cm
截面剛度和穩定性驗算：
λx＝=253.9/5.75=44.16＜[λ] ＝150
λy＝=253.9/4.6=55.2＜[λ] ＝150 ，剛度滿足要求。
查b類截面軸心受壓構件的穩定係數表，得φx＝0.655
＝994100/(0.832×7800)＝153.18n/mm2＜215n/mm2 ， 所選截面滿足要求。
圖5.端斜桿截面
4．豎桿je
n＝290.9kn(壓力)， lox＝0.9l＝0.9×320＝288cm 選用2l80×10的角鋼，並採用十字形截面，則a＝30.26cm，ix0＝3.04mm
λx0＝＝288/3.04＝94.7＜[λ]＝150
=290900/3026=96.13n/mm2＜215n/mm2 滿足要求。
其餘各桿截面選擇計算過程不一一列出,見表(2)
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