梯形屋架設計計算書
一、設計資料
(1)某地一機械加工車間,長84m,跨度24m,柱距6m,車間內設有兩台40/10t中級工作制橋式吊車,軌頂標高8.5m,柱頂標高18m,**設計烈度7度。採用梯形鋼屋架,封閉結合,1.
5×6m預應力鋼筋混凝土大型屋面板(1.4kn/m2),上鋪80mm厚珍珠岩製品保溫層(容重為4kn/m3),二氈三油(上鋪綠豆砂)防水層(0.4kn/m2),找平層2cm厚(0.
4kn/m2),卷材屋面,屋面坡度i=1/12,屋架簡支於鋼筋混凝土柱上,混凝土強度等級c25,上柱截面400×400mm。鋼材選用q235b,焊條採用e43型。屋面活荷載標準值0.
7kn/m2,積灰荷載標準值0.5kn/m2,基本雪壓為0.45 kn/m2,基本風壓為0.
30 kn/m2。
(2)屋架計算跨度: =24-2×0.15=23.7m
(3)跨中及端部高度:本題設計為無檁屋蓋方案,採用平坡梯形屋架,取屋架在24m軸線處的端部高度,屋架的中間高度:h=2990m,則屋架在29.
7處,兩端的高度為。屋架跨中起拱按考慮,取60mm。
二、結構形式與布置
(1)屋架形式與布置如圖1所示
圖1 梯形鋼屋架形式及幾何尺寸
(2)根據廠房長度(84>60)、跨度及荷載情況,設定三道上、下弦橫向水平支撐。因軸網採用封閉結合,廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間,該水平支撐的規格與中間柱間支撐的規格有所不同。在所有柱間的上弦平面設定了剛性與柔性系杆,以保證安裝時上弦杆的穩定,在各柱間下弦平面的跨中及端部設定了柔性系杆,以傳遞山牆風荷載。
在設定橫向水平支撐的柱間,於屋架跨中和兩端各設一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置如圖2所示:
三、荷載計算
(1)屋面和荷載與雪荷載不會同時出現,計算時,取較大的荷載標準值進行計算。故取屋面活荷載0.7kn/進行算。
屋架沿水平投影面積分布的自重(包括支撐)按經驗公式計算:
,跨度單位為m。
荷載計算見表1所示:
表1荷載計算表
風荷載:風荷載的高度變化係數為1.25,屋面迎風面對體型係數為-0.6,背風面為-0.5,所以負風壓的設計值為
迎風面:w1=1.4×(-0.6)×1.25×0.3=-0.315 kn/m2
背風面:w2=1.4×(-0.5)×1.25×0.3=-0.263 kn/m2
w1和w2垂直於水平面的分力未超過荷載分項係數取1.0時的永久荷載,故將拉桿的長細比依然控制在350以內。
圖2 梯形屋架支撐布置
(2)設計屋架時,應考慮以下三種組合:
1、組合一全跨永久荷載+全跨可變荷載
全跨節點永久荷載及可變荷載: f=(4.05+1.68) ×1.5×6=51.57kn
2、組合二全跨永久荷載+半跨可變荷載
全跨節點永久荷載: =4.05×1.5×6=36.45 kn
半跨節點可變荷載: =1.68×1.5×6=15.12kn
3、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
全跨節點屋架自重: =0.52×1.5×6=4.68kn
半跨節點屋面板自重及活荷載:
=(1.89+0.98) ×1.5×6=25.83kn
四、內力計算
屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖3:
由**法或數解法解得f=1的屋架各桿件的內力係數(f=1作用於全跨、左半跨和右半跨)。然後求出各種荷載情況下的內力進行組合,計算結果見表2所示:
圖3 屋架計算簡圖
表2屋架構件內力組合表
五、桿件設計
腹杆最大內力n=-456.39kn,查表7-4可知,中間節點板厚度選用10mm,支座節點板厚度選用12mm。
(1)上弦杆
整個上弦杆採用等截面,按gh、hi桿件最大內力計算,n=-830.79kn,
上弦杆計算長度:
在屋架平面內:為節間軸線長度,即=1505mm
在屋架平面外:本屋架為無檁條體系,並認為大型屋面板只起到剛性系杆作用,根據支撐布置和內力變化情況,取=6000mm.
因為2≈,故截面宜選用兩個不等肢角鋼,且短肢相並,如圖5.1所示。
2 l 180×110×10
5.1上弦截面
設=70,查q235鋼的穩定係數表, =0.751
需要截面積為: ===5145.3
需要迴轉半徑為: ==21.5mm
==85.7mm
根據需要的、、查角鋼型鋼表,選用2l180×110×10,則a=5680, =3.13cm , =8.71cm。
按所選角鋼進行驗算
===48.1<[λ]=150
===68.9<[λ]=150
由於則可近似取由於 ,查軸心受力穩定係數表,=0.757
=1923.2n/<215 n/
故所選截面合適。
(2)下弦杆
整個下弦杆採用同一截面,按最大內力計算,n=805.01kn
計算長度:屋架平面內取節點間軸線長度為: =3000mm
屋架平面外根據支撐布置取=23700/2=11850mm
計算需要淨截面面積a==3744.2
選用 2 l125×80×10,a=12mm。因>,故用不等肢角鋼,短肢相並,如圖5.2所示
2 l 125×80×10
5.2 下弦截面
a=3940, =2.26cm, =6.19cm。
==132.7<[λ] =350
=191.4<[λ] =350
故所選截面滿足要求。
(3)端斜桿ab
桿件軸力:n=-456.39kn
計算長度:==2509mm
因為=,故採用不等肢角鋼,長肢相並,使。選用2 l1409010,a=12mm,如圖5.3所示。則a=4460,=4.47cm,=3.73cm。
2 l1409010
圖5.3 端斜桿截面
= 56.1<[λ]=150
= =67.3<[λ]=150
由於=13.4
故由>>,按b類查表=0.7176
142.6n/<215 n/
故所選截面滿足要求。
填板放兩塊: =100 cm<40=40×4.47=178.8 cm
(4)斜桿bb
桿件軸力:n=362.02kn
計算長度:屋架平面內取節點間軸線長度: =0.8=0.8×2593=2074.4mm
屋架平面外根據支撐布置取=2593mm
選用 2 l1006,a=12mm,如圖5.4所示。則a=2386, =3.10cm, =4.51cm
2l100×6
圖5.4 斜桿bb截面
=151.7n/<215 n/
70<[λ]=350
=57.5<[λ]=350
故所選截面滿足要求。
填板放兩塊, =100cm<80=80×3.10=248cm
(5)斜桿bd
桿件軸力:n=-288.28kn
計算長度:屋架平面內取節點間軸線長度: =0.8=0.8×2801=2240.8mm
屋架平面外根據支撐布置取=2801mm
選用 2 l1006,a=12,如圖5.5所示。則a=2386, =3.10cm, =4.51cm
2l100×6
圖5.5 斜桿bd截面
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