石家庄钢结构课程设计21m

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以下是一份21米跨钢结构梯形钢屋架课程设计的核心内容框架，基于典型工业厂房设计场景，涵盖关键设计步骤和要点：

石家庄

一、设计资料

1. ‌结构形式‌

   • 跨度：21m，总长90m，柱距6m
   • 屋架类型：梯形钢屋架，铰支于钢筋混凝土柱（上柱截面400×400mm，C30混凝土）
   • 屋面坡度：i=1/10（即屋架中高H=2.1m，端高H₀=1.8m）
   • 地震设防：7度（0.1g），二类场地

2. 石家庄‌荷载标准值‌（水平投影面计）

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   • 石家庄‌永久荷载‌：

     • 预应力混凝土屋面板：1.45 kN/m²
     • 防水层（三毡四油+绿豆砂）：0.4 kN/m²
     • 保温层（泡沫混凝土）：0.35 kN/m²
     • 找平层（水泥砂浆）：0.4 kN/m²（防水层下）+0.3 kN/m²（保温层下）
     • 隔气层（一毡二油）：0.05 kN/m²
     • 屋架及支撑自重：按经验公式 $q = 0.12 + 0.011L$q=0.12+0.011L（L为跨度，单位m），计算得0.351 kN/m²
     • 悬挂管道：0.15 kN/m²

   • ‌可变荷载‌：

     石家庄

     • 屋面活荷载：0.7 kN/m²（施工荷载）
     • 雪荷载：0.35 kN/m²（按地区规范取值）
     • 积灰荷载：0.6 kN/m²（按工艺需求）
     • 取可变荷载较大值：max(0.7, 0.35)=0.7 kN/m²

3. ‌材料选择‌

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   • 钢材：Q345B（抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=310 MPa，抗剪强度设计值fv=180 MPa）
   • 焊条：E50型（匹配Q345钢）

二、屋架形式与几何尺寸

1. ‌屋架形式‌：采用梯形钢屋架，节点间距1.5m，共14个节点（含支座节点）。
2. ‌腹杆布置‌：
   • 上弦：三角形分格，设竖杆及斜腹杆。
   • 下弦：平行弦，设斜腹杆。
3. ‌几何尺寸‌：
   • 跨度L=21m，中高H=2.1m，端高H₀=1.8m。
   • 节点间距a=1.5m，支座节点至第一节点距离a₀=1.5m。

三、荷载计算与内力分析

1. ‌荷载计算‌：

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   • 永久荷载标准值：$g_k = 1.45 + 0.4 + 0.35 + 0.4 + 0.3 + 0.05 + 0.351 + 0.15 = 3.405 \, \text{kN/m}^2$gk​=1.45+0.4+0.35+0.4+0.3+0.05+0.351+0.15=3.405kN/m2
   • 可变荷载标准值：$q_k = 0.7 \, \text{kN/m}^2$qk​=0.7kN/m2（取雪荷载与施工荷载较大值）
   • 荷载分项系数：永久荷载γG=1.2，可变荷载γQ=1.4。

2. 石家庄‌内力计算‌：

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   • 采用图解法计算单位节点荷载（P=1.0 kN）作用下的杆件内力系数。
   • 全跨均布荷载作用：上弦杆受压，下弦杆受拉，腹杆受剪。
   • 半跨荷载作用：上弦杆局部受压，下弦杆部分受拉，腹杆内力变化显著。

3. ‌内力组合‌：

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   • 控制截面内力组合（如支座节点、跨中节点）：
     • 组合1：永久荷载+可变荷载（1.2g_k + 1.4q_k）
     • 组合2：永久荷载+0.9×可变荷载+积灰荷载（1.2g_k + 1.4×0.9q_k + 1.4×0.6）

四、杆件截面选择

1. 石家庄‌上弦杆‌：

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   • 内力：轴压力N=120 kN（组合1），长细比λ=80。
   • 截面选择：□120×120×6（双角钢组合截面），回转半径ix=iy=46.2 mm，满足λ=80的要求。

2. 石家庄‌下弦杆‌：

   • 内力：轴拉力N=80 kN（组合1），长细比λ=120。
   • 截面选择：□100×100×5（双角钢组合截面），回转半径ix=iy=38.7 mm，满足λ=120的要求。

3. ‌腹杆‌：

   • 斜腹杆：轴压力N=50 kN，选择□80×80×5（双角钢组合截面）。
   • 竖杆：轴压力N=30 kN，选择□70×70×5（双角钢组合截面）。

五、节点设计

1. 石家庄‌支座节点‌：

   • 节点A：下弦杆与支座连接，采用端板连接，螺栓M20，8.8级。
   • 节点B：上弦杆与支座连接，采用平板连接，螺栓M20。

2. 石家庄‌屋脊节点‌：

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   • 节点H：上弦杆拼接，采用对接焊缝，焊缝高度hf=6 mm。

3. 石家庄‌一般节点‌：

   • 节点C：下弦杆与腹杆连接，采用角焊缝，焊缝高度hf=5 mm。

六、支撑布置

1. ‌上弦横向水平支撑‌：设置在屋架跨中及两端，间距6m。
2. ‌下弦横向水平支撑‌：与上弦支撑对应布置。
3. ‌下弦纵向水平支撑‌：沿屋架下弦设置，间距12m。
4. ‌垂直支撑‌：设置在屋架跨中及两端，与柱间支撑对应。

七、设计依据与规范

1. 《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）
2. 《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）
3. 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（GB 51022-2015）

八、设计成果

1. ‌计算书‌：包含荷载计算、内力分析、截面选择、节点设计等详细计算过程。
2. ‌施工图‌：
   • 屋架布置图（1:100）
   • 节点详图（1:10）
   • 支撑布置图（1:200）

九、注意事项

1. 节点设计需满足构造要求，避免应力集中。
2. 支撑布置需保证屋盖空间刚度，防止平面外失稳。
3. 焊缝连接需进行强度验算，螺栓连接需进行抗剪验算。

石家庄此框架为简化版设计，实际课程设计中需结合具体荷载组合、内力分析软件（如PKPM、Midas）进行详细计算，并绘制完整施工图。

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