鋼結構課程設計21m

以下是一份21米跨鋼結構梯形鋼屋架課程設計的核心內容框架，基于典型工業(yè)廠房設計場景，涵蓋關鍵設計步驟和要點：

?結構形式?
- 跨度：21m，總長90m，柱距6m
- 屋架類型：梯形鋼屋架，鉸支于鋼筋混凝土柱（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H?=1.8m）
- 地震設防：7度（0.1g），二類場地
?荷載標準值?（水平投影面計）
- ?永久荷載?：
  - 預應力混凝土屋面板：1.45 kN/m2
  - 防水層（三氈四油+綠豆砂）：0.4 kN/m2
  - 保溫層（泡沫混凝土）：0.35 kN/m2
  - 找平層（水泥砂漿）：0.4 kN/m2（防水層下）+0.3 kN/m2（保溫層下）
  - 隔氣層（一氈二油）：0.05 kN/m2
  - 屋架及支撐自重：按經驗公式 $q = 0.12 + 0.011L$ q=0.12+0.011L（L為跨度，單位m），計算得0.351 kN/m2
  - 懸掛管道：0.15 kN/m2
- ?可變荷載?：
  - 屋面活荷載：0.7 kN/m2（施工荷載）
  - 雪荷載：0.35 kN/m2（按地區(qū)規(guī)范取值）
  - 積灰荷載：0.6 kN/m2（按工藝需求）
  - 取可變荷載較大值：max(0.7, 0.35)=0.7 kN/m2
?材料選擇?
- 鋼材：Q345B（抗拉、抗壓、抗彎強度設計值f=310 MPa，抗剪強度設計值fv=180 MPa）
- 焊條：E50型（匹配Q345鋼）

?屋架形式?：采用梯形鋼屋架，節(jié)點間距1.5m，共14個節(jié)點（含支座節(jié)點）。
?腹桿布置?：
- 上弦：三角形分格，設豎桿及斜腹桿。
- 下弦：平行弦，設斜腹桿。
?幾何尺寸?：
- 跨度L=21m，中高H=2.1m，端高H?=1.8m。
- 節(jié)點間距a=1.5m，支座節(jié)點至第一節(jié)點距離a?=1.5m。

?荷載計算?：
- 永久荷載標準值： $g_k = 1.45 + 0.4 + 0.35 + 0.4 + 0.3 + 0.05 + 0.351 + 0.15 = 3.405 \, \text{kN/m}^2$ gk?=1.45+0.4+0.35+0.4+0.3+0.05+0.351+0.15=3.405kN/m2
- 可變荷載標準值： $q_k = 0.7 \, \text{kN/m}^2$ qk?=0.7kN/m2（取雪荷載與施工荷載較大值）
- 荷載分項系數：永久荷載γG=1.2，可變荷載γQ=1.4。
?內力計算?：
- 采用圖解法計算單位節(jié)點荷載（P=1.0 kN）作用下的桿件內力系數。
- 全跨均布荷載作用：上弦桿受壓，下弦桿受拉，腹桿受剪。
- 半跨荷載作用：上弦桿局部受壓，下弦桿部分受拉，腹桿內力變化顯著。
?內力組合?：
- 控制截面內力組合（如支座節(jié)點、跨中節(jié)點）：
  - 組合1：永久荷載+可變荷載（1.2g_k + 1.4q_k）
  - 組合2：永久荷載+0.9×可變荷載+積灰荷載（1.2g_k + 1.4×0.9q_k + 1.4×0.6）

?上弦桿?：
- 內力：軸壓力N=120 kN（組合1），長細比λ=80。
- 截面選擇：□120×120×6（雙角鋼組合截面），回轉半徑ix=iy=46.2 mm，滿足λ=80的要求。
?下弦桿?：
- 內力：軸拉力N=80 kN（組合1），長細比λ=120。
- 截面選擇：□100×100×5（雙角鋼組合截面），回轉半徑ix=iy=38.7 mm，滿足λ=120的要求。
?腹桿?：
- 斜腹桿：軸壓力N=50 kN，選擇□80×80×5（雙角鋼組合截面）。
- 豎桿：軸壓力N=30 kN，選擇□70×70×5（雙角鋼組合截面）。

?支座節(jié)點?：
- 節(jié)點A：下弦桿與支座連接，采用端板連接，螺栓M20，8.8級。
- 節(jié)點B：上弦桿與支座連接，采用平板連接，螺栓M20。
?屋脊節(jié)點?：
- 節(jié)點H：上弦桿拼接，采用對接焊縫，焊縫高度hf=6 mm。
?一般節(jié)點?：
- 節(jié)點C：下弦桿與腹桿連接，采用角焊縫，焊縫高度hf=5 mm。