梯形剛屋架課程設(shè)計(jì)24m坡度1：10

興安盟加固改造設(shè)計(jì)公司02-214閱讀2評論

本文介紹了一種梯形剛屋架課程設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)用于構(gòu)建一個(gè)24米高的坡度為1：10的建筑物。該結(jié)構(gòu)采用梯形剛梁作為主要支撐構(gòu)件，具有較大的跨度和高度，適用于大型建筑項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)過程中，首先確定了建筑物的總體尺寸、材料選擇、荷載計(jì)算以及結(jié)構(gòu)分析等關(guān)鍵因素。根據(jù)這些參數(shù)，進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，包括梁的截面尺寸、節(jié)點(diǎn)連接方式、支撐系統(tǒng)等。還考慮了地震、風(fēng)載和其他環(huán)境因素對建筑物的影響，并采取了相應(yīng)的措施來確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。通過實(shí)際施工圖的繪制和施工過程的模擬，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和安全性。

一、設(shè)計(jì)資料匯總

建筑概況
- 跨度為24m，屋面坡度為1:10。在已有的搜索結(jié)果中，有多個(gè)24m跨度梯形鋼屋架的設(shè)計(jì)案例可作參考，這些案例中的建筑用途包括工業(yè)廠房等，長度有96m、72m、84m等不同數(shù)值，柱距多為6m。
荷載相關(guān)
- 屋面荷載：需要考慮屋面材料自重、活荷載、雪荷載、積灰荷載等。例如有的案例中屋面采用1.5m×6m預(yù)應(yīng)力大型屋面板，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7kPa，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)不同地區(qū)有所差異（如0.4kN/m2 - 0.45kN/m2等），積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值也有不同（如0.5kN/m2 - 0.6kN/m2等）。
- 吊車荷載（如果有）：部分廠房內(nèi)設(shè)有吊車，如50t、20t中級工作制軟鉤橋式吊車等，吊車軌頂標(biāo)高不同（如8.5m - 9.000m等），這會(huì)對屋架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，不過如果是單純的梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)且建筑無吊車要求則可不考慮吊車荷載。
- 風(fēng)荷載：根據(jù)建筑所在地區(qū)的基本風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算，不同地區(qū)基本風(fēng)壓不同，例如有的地區(qū)為0.20kN/m2、0.45kN/m2、0.55kN/m2等。
結(jié)構(gòu)連接與材料
- 屋架與柱的連接：通常屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，柱的截面尺寸有400mm×400mm，混凝土強(qiáng)度等級有C20、C30等。例如在某服裝工廠的案例中，屋架鉸支在混凝土強(qiáng)度等級為C20，上柱截面為400mm×400mm的鋼筋混凝土柱上。
- 鋼材與焊條：鋼材多采用Q235B，焊條采用E43型，這種組合在鋼結(jié)構(gòu)連接中較為常用，能夠保證焊接質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

二、屋架形式與幾何尺寸

屋架形式：采用梯形鋼屋架，在無檁體系屋蓋方案中，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求確定跨中及端部高度。計(jì)算跨度需要考慮柱頂?shù)倪B接構(gòu)造等因素，如24m跨度的屋架計(jì)算跨度可能為 $24m - 2×0.15m = 23.7m$ （參考類似案例）。對于端部高度和跨中高度，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者按照結(jié)構(gòu)受力分析來確定，比如端部高度可以取1.9m - 2m左右，跨中高度根據(jù)坡度1:10計(jì)算可得，若端部高度取2m，跨中高度則為 $2m+(24m/2)×(1/10)=3.2m$ 。
幾何尺寸的確定原則
- 滿足建筑空間要求：要保證建筑內(nèi)部有足夠的空間用于生產(chǎn)、存儲(chǔ)或其他功能，例如廠房內(nèi)有吊車時(shí)，要確保吊車運(yùn)行所需的凈空高度。
- 結(jié)構(gòu)受力合理性：合理的幾何尺寸能夠使屋架桿件內(nèi)力分布均勻，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。例如坡度的設(shè)置會(huì)影響屋面荷載的傳遞路徑和桿件的受力情況。

三、支撐布置

橫向支撐：一般布置在廠房端部和溫度區(qū)段的兩端，其作用是傳遞水平荷載（如風(fēng)荷載、吊車橫向制動(dòng)力等），保證屋架的側(cè)向穩(wěn)定性。
縱向支撐：沿廠房縱向布置，可增強(qiáng)屋架的縱向剛度，傳遞縱向水平力，如地震作用下的水平力等。
垂直支撐和系桿：垂直支撐布置在屋架的跨中或端部等位置，與系桿共同作用，保證屋架的整體穩(wěn)定性，防止屋架在垂直平面內(nèi)的失穩(wěn)。

四、荷載匯集

恒荷載
- 屋面材料自重：根據(jù)所選用的屋面材料（如預(yù)應(yīng)力大型屋面板、保溫層、防水層等）計(jì)算其單位面積重量，再乘以屋面面積得到屋面材料自重荷載。
- 屋架和支撐自重：可按經(jīng)驗(yàn)公式或者參考類似工程進(jìn)行估算，如按 $(0.12 + 0.011l)$ （l為跨度，單位為米）計(jì)算屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）。
活荷載：包括屋面活荷載、雪荷載（兩者取較大值計(jì)算，不同地區(qū)雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值不同）、積灰荷載（根據(jù)廠房類型確定）以及可能存在的吊車荷載（若有吊車時(shí)）。

五、桿件內(nèi)力計(jì)算及組合

內(nèi)力計(jì)算方法
- 可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，如節(jié)點(diǎn)法、截面法等，計(jì)算在各種荷載作用下屋架桿件的內(nèi)力。對于梯形鋼屋架，由于其結(jié)構(gòu)形式較為規(guī)則，可先計(jì)算出在單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，然后再乘以實(shí)際荷載值得到桿件的內(nèi)力。
內(nèi)力組合：按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行內(nèi)力組合。承載能力極限狀態(tài)下，考慮基本組合（如恒荷載+活荷載等組合形式）；正常使用極限狀態(tài)下，考慮標(biāo)準(zhǔn)組合等，根據(jù)內(nèi)力組合結(jié)果確定桿件的最不利內(nèi)力，以便進(jìn)行桿件截面設(shè)計(jì)。

六、桿件截面選擇

依據(jù)：根據(jù)桿件的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果、桿件的計(jì)算長度（考慮屋架的節(jié)點(diǎn)連接形式和支撐情況）以及鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等因素，選擇合適的桿件截面。
截面形式：可以選擇型鋼（如角鋼、工字鋼等）或者組合截面（如雙角鋼組成的T形截面等）。對于受力較大的桿件，可能需要選擇較大規(guī)格的型鋼或者采用組合截面來提高桿件的承載能力。

七、典型節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

屋脊節(jié)點(diǎn)：屋脊節(jié)點(diǎn)處要保證上弦桿的連接可靠，通常采用焊接或者螺栓連接方式。要考慮桿件內(nèi)力的傳遞，合理設(shè)置節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，確保節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度滿足要求。
跨中拼接節(jié)點(diǎn)：如果屋架跨度較大，桿件需要拼接時(shí)，跨中拼接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要保證拼接處的強(qiáng)度不低于桿件本身的強(qiáng)度。要對拼接處的連接方式（如高強(qiáng)螺栓連接或焊接）、拼接板的尺寸和厚度等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
上下弦節(jié)點(diǎn)：上下弦節(jié)點(diǎn)是屋架中連接弦桿和腹桿的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，要保證各桿件內(nèi)力的平穩(wěn)傳遞。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要簡單合理，便于施工，同時(shí)要滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

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