南京工业大学_钢结构设计_梯形屋架设计.docx
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1、- 16 -南 京 工 业 大 学 课 程 设 计 用 纸目录一:设计计算资料 .- 2 -二:屋架几何尺寸的确定错误!未定义书签。三:屋盖支撑布置2四:荷载计算3五:屋架杆件的内力计算与组合4六:屋架杆件设计10七:屋架节点设计18一设计资料梯形屋架跨度 30m,屋架间距 6m,铰支于钢筋混凝土柱上, 混凝土等级为 C30。厂房长度 84m。屋面材料为长尺压型钢板,玻璃纤维保温层,屋面坡度i=1/8 ,22轧制 H 型钢檩条,基本风压为 0.5KN/m ,基本雪压 0.55KN/m,屋面均布活荷载222为 0.3KN/m (计算负荷面积不超过60m时,取 0.5KN/m ),钢材采用 Q23
2、5-B,焊条为 E43型。二屋架几何尺寸的确定屋架跨度 l 30m,每端支座缩进 0.15m,计算跨度 l0l2×0.15m 29.7m; 端部高度取 H02m,根据所给坡度,中间高度为 H3.856m;起拱按 fl 0/500。屋架的轴线尺寸如图所示 。图 2.1 屋架的杆件尺寸三屋盖支撑布置根据厂房长度及设备条件,在端部及第7,8 榀之间设置上弦横向水平支撑, 在相应位置设置下弦横向支撑;在与上下弦水平支撑同一柱间设置纵向垂直支撑,在屋架端部及跨中设置横向支撑;并在垂直支撑及横向支撑设置柔性系杆,在支座节点刚性系杆,由于上弦有檩条,可替代系杆。具体见图。图 3.1 屋架支撑布置四
3、荷载计算1. 永久荷载(水平投影面)压型钢板0.15 *6580.151KN/ 檩条(约为 0.5KN/m )0.5/3=0.167KN/屋架,支撑,保温层等重0.3KN/ 合计0.618KN/ 2. 因为屋架受荷水平投影面超过 60 ,故屋面均布活荷载取为 (水平投影面)0.3KN/ ,小于雪载,故只考虑雪荷载,为0.55KN/ 。3. 风荷载:风荷载高度变化系数为1.07(按 B 类粗糙地面),屋面迎风体形系数-0.6,背风面体形系数 -0.5,所以负风压设计值(垂直于屋面)为:迎风面: 1=-1.4*0.6*1.07*0.5=-0.45KN/ 背风面: 2=-1.4*0.6*1.07*0
4、.5=-0.45KN/ 1 和 2 垂直于水平面的分力已经小于荷载分项系数取1.0 时的永久荷载, 故受拉杆件在永久荷载与风荷载联合作用下拉力杆件仍然受拉,只不过拉力值变小,所以可以不计算风荷载产生的内力。4. 上弦节点集中荷载设计值永久荷载: 1.2× 0.618× 3×6=13.35KN可变荷载: 1.4× 0.55×3×6=13.86KN五屋架杆件内力计算与组合1. 屋架杆件内力系数计算简图如图 5.1 所示,可求出各杆在图示荷载作用下的内力, 设为状态; 由对称性,当同样的荷载作用在右半跨时,各杆内力与状态对称(即状态下屋架左
5、侧各杆内力与状态下屋架右侧各对应杆内力相同),设为状态;设状态 +状态 =状态,由叠加原理可知状态即为满布荷载下各杆内力。与表5.1 对应,表中“左半跨”为状态下屋架左侧各杆的内力,表中“右半跨”为状态下屋架左侧各杆内力,表中“全跨”为状态下屋架左侧各杆内力。下算状态下各杆内力。支座反力:R0.5左(1485029700)1 (1785029700208502385026850)3.76R右53.761.24先求屋架左侧各杆内力图 5.1计算简图易求得 N1=-0.5(压),N3=0。由节点 a 平衡, N23.760.55.1(2压), N 4N 2·cos 405.12cos 4
6、03.9(3拉)。sin 40平衡,由节点 BN6 cos7N2 sin 50N5 sin 52,求得 N5=-2.47(拉),N6=-5.94N5 cos52N2 cos50N6 sin 71(压)。图 5.2a,B 节点受力示意图由节点 C 平衡, N7=1(压), N8=N6=-5.94(压)。由节点 c 平衡,N5 sin 52N 4N9 sin 44N10 ,求得 N9=-0.72(压), N10=6.4N5 cos52N9 cos44N7(拉)。由节点 DN8 cos7平衡,N8 sin 7N12 cos7 N9 cos44N9 sin 44N12 sin 7N11 sin 44
7、N11 cos440,求得 N111=-0.6(7压),N6=-5.95(压)。图 5.3c, D 节点受力示意图由节点 E 平衡, N13=1(压),N14=N12=-5.95(压)。由节点 e 平衡,N11 sin 52N15 sin 38N16N10 ,求得 N15=1.90(拉),N16=4.77N11 cos44N13N13 cos38(拉)。由节点 f 平衡, N17=0, N18=N16=4.77(拉)。由节点 F 平衡, N14 cos7N14 sin 7(压), N20=-4.25(压)。N20 cos7N20 sin 7N19 sin 38 N15 cos38N15 sin
8、 38 N19 cos380.5,求得 N019=-0.9图 5.4e, F 节点受力示意图再求屋架右侧各杆内力由节点 E 平衡, N21=0,N 23=N20=-4.25(压)。N19由节点 e 平衡,N19sin 38cos 38N22 N22sin 44cos 44N24N18,求得 N22=1.02(拉),N24=3.55(拉)。由节点 D 平衡,N23 cos7N26 cos7N25 sin 44N 22 sin 44,求得 N=-1.26N23sin 7N22cos44N26sin 7N25cos44025(压), N26=-2.68(压)。图 5.5e, D 节点受力示意图由节点
9、 C 平衡, N17=0, N28=N26=-2.68(压)。由节点 c 平衡,N25 sin 44N25 cos44N29 sin 52N29 cos52N30N24 ,求得 N29=1.45(拉), N30=1.5(拉)。由节点 A 平衡, N32=N33=0。由节点 B 平衡,N28cos7N31 sin 50N 29 sin52,求得 N31=-1.95(压)。N28 sin 7N29 cos52N31 cos500图 5.6c,B 节点受力示意图表5.1机 算 结 果内力计算杆端内力值 (乘子 = 1)杆端 1杆端 2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩ac3.943344740.0000
10、00000.000000003.943344740.000000000.00000000ce6.393274340.000000000.000000006.393274340.000000000.00000000ee4.776063280.000000000.000000004.776063280.000000000.00000000ec'3.533641310.000000000.000000003.533641310.000000000.00000000ca'1.500203650.000000000.000000001.500203650.000000000.000000
11、00aA'0.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000AB'0.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000BC'-2.677204220.000000000.00000000-2.677204220.000000000.00000000CD'-2.677204220.000000000.00000000-2.677204220.000000000.00000000DE'-4.254628670.000000
12、000.00000000-4.254628670.000000000.00000000EF'-4.254628670.000000000.00000000-4.254628670.000000000.00000000FE-5.974606930.000000000.00000000-5.974606930.000000000.00000000ED-5.974606930.000000000.00000000-5.974606930.000000000.00000000DC-5.935465590.000000000.00000000-5.935465590.000000000.0000
13、0000CB-5.932013910.000000000.00000000-5.932013910.000000000.00000000BA0.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000Aa-0.500000000.000000000.00000000-0.500000000.000000000.00000000aB-5.116294570.000000000.00000000-5.116294570.000000000.00000000Bc2.470681800.000000000.000000002.47068180
14、0.000000000.00000000Cc-1.004297360.000000000.00000000-1.004297360.000000000.00000000cD-0.725300610.000000000.00000000-0.725300610.000000000.00000000De-0.669045860.000000000.00000000-0.669045860.000000000.00000000eF1.876719410.000000000.000000001.876719410.000000000.00000000Fe'-0.902672080.000000
15、000.00000000-0.902672080.000000000.00000000eD'0.990508280.000000000.000000000.990508280.000000000.00000000Dc'-1.262526290.000000000.00000000-1.262526290.000000000.00000000cB'1.470286070.000000000.000000001.470286070.000000000.00000000Ba'-1.946439960.000000000.00000000-1.946439960.000
16、000000.00000000Ee-1.000000000.000000000.00000000-1.000000000.000000000.00000000Ee'0.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000Cc'0.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000Cc'0.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000由手算机算结果比较可知,计算值大致相等,
17、略有区别,其原因主要是手算过程的不精确性和机算模型的不精确性造成的,但显然机算结果较为准确,为了后面计算的准确性,内力系数均采用机算结果,并抄入表中2. 杆件内力组合对于梯形屋架,长尺压型钢板考虑以下两种不利组合:全跨永久荷载 +全跨可变荷载屋架上弦节点荷载: Q=13.35+13.86=27.21KN支座反力: RA=27.21×5=136.05=RB各杆为 Q* 全跨永久荷载 +半跨可变荷载P 全=13.35KN, P 半=13.86KN当可变荷载作用在左跨时:左跨各杆内力为P 全* +P 半* 当可变荷载作用在右跨时:左跨各杆内力为P 全* +P 半* 名编左半跨右半跨称号AB
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