27M鋼屋架課程設(shè)計

1、一、設(shè)計資料1二、鋼材和焊條的選用 1三、屋架形式和幾何尺寸 1四、屋蓋支撐布置 2五、荷載計算4六、內(nèi)力計算5七、桿件設(shè)計71、上弦桿72、下弦桿83、斜桿9.4、腹桿9.5、豎桿 Hd10八、節(jié)點設(shè)計131、下弦節(jié)點“ b ”132、上弦節(jié)點“ B”143、屋脊節(jié)點“ J”1 54、下弦跨中節(jié)點“ e”175、端部支座節(jié)點“ a”18九、附圖20梯形鋼屋架設(shè)計設(shè)計資料北京地區(qū)某金工車間，采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架?？缍葹?27m,長度84米，柱距 6m,廠房高度為15.7m。車間內(nèi)設(shè)有兩臺200/50kN中級工作制吊車，計算溫度高于-20C。 采用三氈四油，上鋪小石子防水屋面，水泥砂漿找

2、平層，厚泡沫混凝土保溫層，1.5mx 6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板。屋面積灰荷載為 0.35kN/川，屋面活荷載為0.45kN/卅，雪荷載 為0.4kN/ m2,風(fēng)荷載為0.45 kN/ m20屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，柱截面為400mmx 400mm, 混凝土標(biāo)號為C20。設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表1 （單位：kN/ m2） o表1防水層找平層保溫層找平層混凝土屋面板0.40.40.10.51.4鋼材和焊條的選用根據(jù)北京地區(qū)的計算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用 Q235BF鋼，要求保 證屈服強度fy、抗拉強度fu、伸長率S和冷彎實驗四項機械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C） 三項化學(xué)成分的合格

3、含量。焊條采用 E43型，手工焊。三、屋架形式和幾何尺寸由于采用1.5m*6m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，故選用平坡梯形鋼 屋架。屋面坡度i =1/10。1屋架計算跨度 10 =1 一2 150=27000 2 150 = 26700mm。屋架端部高度?。篐。= 2000mm?？缰懈叨龋篐 二 H010 i = 200026700/2 0.1 = 33352屋架高跨比：匕=衛(wèi)型 L。10267008.0屋架跨中起拱f =丨/500 = 54mm,取50mm。為了使屋架節(jié)點受荷，配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為1.5m,屋架幾何尺寸如圖

4、1:3350mm。F弦節(jié)間水平尺寸為所示。1508U5SS15084500P8503000o6 OJ OJIQ6A1502c|Io1501350in13500LD圖1: 27米跨屋架幾何尺寸四、屋蓋支撐布置根據(jù)車間長度、跨度及荷載情況，在車間兩端5.5m開間內(nèi)布置上下弦橫向水平支撐，在設(shè)置橫向水平支撐的同一開間的屋架兩端及跨中布置三道豎向支撐，中間各個屋架用系 桿聯(lián)系，在屋架兩端和中央的上、下弦設(shè)三道通長系桿，其中：上弦屋脊節(jié)點處及屋架支 座出的系桿為剛性系桿（圖2），安裝螺栓采用 C級，螺桿直徑：d=20mm，螺孔直徑：d0=21.5mm。LGEGG2XLG2；KXGG3XXGOd|IF.3

5、3L3LG2GG?LG2g口c o5UHii0 c s” 1GGECC?LG2符號說明：GWJ-（鋼屋架）;SC-（上弦支撐）：XC-（下弦支撐）;CC-（垂直支撐）;GG-（剛性系桿）；LG-（柔性系桿）五、荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，計算時，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進行計算。故取活 荷載0.45kN/m2進行計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式 g =（0.120.011 L）kN/m 2計算，跨度L單位為m,荷載計算結(jié)果見表2。表2荷載計算表荷載名稱標(biāo)準(zhǔn)值（kN/ m2）設(shè)計值（kN/ m2）預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.41.4X 1.2= 1.68三氈四油上鋪小

6、石子防水層0.40.4X 1.2= 0.48水泥砂漿找平層0.40.4X 1.2= 0.48厚泡沫混凝土保溫層0.10.1X 1.2= 0.12找平層0.50.5X 1.2= 0.6屋架和支撐自重0.12+0.011X 27=0.4170.417X 1.2= 0.50永久荷載總和3.2173.86屋面活荷載0.20.2X 1.4= 0.28積灰荷載0.60.6X 1.4= 0.84可變荷載總和0.81.12設(shè)計屋架時應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況:1. 全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：P 全=(3.86 1.12) 1.5 6 = 44.82kN2. 全跨永久荷載+半跨可變荷

7、載全跨節(jié)點永久荷載：P全=3.86 2.5 6 =34.74kN半跨節(jié)點可變荷載：P半=1.12 1.5 6=10.08kN3. 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載：全跨節(jié)點屋架自重：P全二 0.50 1.5 6 = 4.5kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：P半工 1.680.56 1.5 6 =10.5kN1、2為使用節(jié)點荷載情況，3為施工階段荷載情況。六、 內(nèi)力計算由圖解法或數(shù)解法解得 P= 1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（P= 1作用于全跨、左半跨和 右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結(jié)果見表3。屋架桿件內(nèi)力組合表6桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（P=1）內(nèi)力組合值計算

8、桿內(nèi)力（kN）在左半跨（1）在右半跨（2）全跨（3）組合（1）組合（2）組合（3）N=P x(3)N 左=P 全 X( 3)+P 半X( 1) N 右=P 全 X( 3)+P 半X( 2)N 左=P 全 X( 3) +P 半X( 1)N 右=P 全 X( 3) +P 半 X( 2)上弦AB000000000BC-7.19-2.79-9.98-447.30-419.18-374.83-120.41-74.21-447.3CD-7.19-2.79-9.98-447.30-419.18-374.83-120.41-74.21-447.3DE-10.75-5.06-15.81-708.60-657.6

9、0-600.24-184.02-124.28-708.6EF-11.33-5.06-16.39-734.60-683.60-620.39-192.72-126.89-734.6FG-11.33-5.06-16.39-734.60-683.60-620.39-192.72-126.89-734.6GH-11.05-7.62-18.67-836.79-759.98-725.41-200.04-164.03-836.8HI-11.05-7.62-18.67-836.79-759.98-725.41-200.04-164.03-836.8IJ-11.54-7.62-19.16-858.75-781.9

10、4-742.43-207.39-166.23-858.8下弦ab3.961.415.37240.68226.47200.7765.7538.97240.7be9.343.9713.31596.55556.54502.41157.97101.58596.6cd11.426.8218.24817.52748.77702.40201.99153.69817.5de8.98.917.8797.80708.08708.08173.55173.55797.8斜腹桿aB-7.42-2.63-10.05-450.44-423.93-375.65-123.14-72.84-450.4Bb5.572.387.95

11、356.32332.33300.1794.2660.77356.3bD-4.18-2.29-6.47-289.99-266.90-247.85-73.01-53.16-290.0De2.592.024.61206.62186.26180.5147.9441.96206.6ef-1.01-2.49-3.5-156.87-131.77-146.69-26.36-41.90-156.9fG-0.21-2.49-2.7-121.01-95.91-118.90-14.36-38.30-121.0Ef0.7300.7332.7232.7225.3610.953.2932.7Gd-0.931.660.733

12、2.7215.9942.09-6.4820.72-6.542.1dg3.13-1.971.1651.9971.8520.4438.09-15.4738.120.4gJ3.87-1.971.985.16105.0246.1549.19-12.1449.246.1Hg0.6700.6730.0330.0323.2810.053.0230.0豎桿Aa-0.50-0.5-22.40-22.41-17.37-7.50-2.25-22.4Cb-10-1-44.80-44.82-34.74-15.00-4.50-44.8Ee-1.50-1.5-67.20-67.23-52.11-22.50-6.75-67.

13、2Ff-10-1-44.80-44.82-34.74-15.00-4.50-44.8Hd-1.50-1.5-67.20-67.23-52.11-22.50-6.75-67.2Ig-10-1-44.80-44.82-34.74-15.00-4.50-44.8Je000000000七、桿件設(shè)計1、上弦桿整個上弦采用等截面，按HI、IJ桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。N = -858.8kN上弦桿計算長度:在屋架平面內(nèi)：為節(jié)間軸線長度lox0 =1508mm在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根據(jù) 支撐布置和內(nèi)力變化情況，取loy為支撐點間的距離，即ly =1509 215

14、08 = 4526mm根據(jù)屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N = -450.4kN，查表得,中間節(jié)點板厚度選用12mm,支座節(jié)點板厚度選用 14mm。設(shè) =60，查Q235鋼的穩(wěn)定系數(shù)表,可得0.807 （由雙角鋼組成的T型和十字形截面均屬于b類），則需要的截面積:3858.8 10249.5cmA0.807 漢 215需要的回轉(zhuǎn)半徑：ix =蟲 二1508 =25.1mm,iy二 49500 = 82.5mm60 60根據(jù)需要A、ix、iy查角鋼規(guī)格表，選用2L160X100X 10,肢背間距a= 12mm，則A =250.63cm ， ix =

15、 2.85cm， iy = 7.78cm按所選角鋼進行驗算：ox28.5-52.9，oy4950077.8=63.6= 150的要求。由于 如，只需求 y，查表 y = 0.791,則NA858.8 1030.791 5063MPa 二 214.4MPa ： 215MPa所選截面合適，上弦截面如圖所示:I nr-Lif loo*io圖6:上弦截面2、下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的cd桿計算N=817.5kNl ox = 4500 mm，l oy = 10 = 26700 / 2 = 13350 mm所需截面積為（因跨中有通長系桿）：N 817.5 10322A3802.3mm3

16、8.02cmf 215選用2L140*90*10,因loy l0x,故用不等肢角鋼，短肢相并。2A = 44.522cm ， ix = 2.56cm， iy = 6.85cmix450025.6= 175.8 ： 350，l oyly1335068.5= 19 4：350下弦截面如圖:亠W LJ4090103、斜桿按端斜桿aB最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計。桿件軸力:計算長度:因為 lox Toy ,圖7.下弦截面N = 450.4kNlox = ly = 2535mm故采用等肢角鋼，使ix、iy。選用2L100X 10。則:2A = 38.522?m , i x = 3.05cm , iy =4.60cm

17、= 2535 代3.1,色=竺七5.1ix 30.5y iy 46.0只需求：x。查表：x = 0.668則:NCJ =xA3454 10175.0MPa ： 215MPa，故所選截面合適。0.668 3852.2端斜桿截面如圖:4、腹桿腹桿cf-fG在f節(jié)點處不斷開，采用通長桿件。Ncf 一 -156.9kN ,N fG 一 -121.0kN再分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計算長度取節(jié)點中心間距l(xiāng)ox = 2087mm，在桁架平面外的計算長度：915 = 1,0.750.25叫)=4174 (0.750.25 旦) = 3935.2mmNi156.9選用2L110X 10，查角鋼規(guī)格表得

18、2A = 45.522cm , ix = 3.38cm , iy = 5.00cmlox 2087TT 33.8=61.7 : 150,l oyly3935.250.0= 78.7 ： 150由于 x，只需求：x。查表X = 0.701,則:156.9 1030.701 4552.2= 49.2MPa ：215MPa再分腹桿截面如圖:5、豎桿HdN - -67.2kN，lox =0.81 =0.8 3040 = 2432mm ，ly = 3040mm由于桿件內(nèi)力較小，按二=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為lox2432loy 3040ix16.2mm， iy20.3mm150y 150查型鋼表，選

19、截面的ix和iy較上述計算的ix和iy略大些。選用2L63X 5,其幾何特性為:2A = 12.286cm , ix = 1.94cm , iy = 3.04cml oxix243219.4= 125.4 : 150 ,l oyiy型0005030.4由于y以x，只需求x。查表x = 0.411,則:10NA67.2 1030.411 1228.6= 133.08MPa ： 215MPa豎桿截面如圖:其余各桿件的截面選擇結(jié)果見表 4。屋架桿件截面選擇表號內(nèi)力壯N畫筆云扇mi耳季半衽rm升至應(yīng)力tA上HI- H-8592150.S4oZ6irlbOX 1DDX 1050.632.85778529

20、162.601500.791*214.5下孩cd817.54501335IF140X90X1044.5222.566.S5P5.8O194.903500.19-183.6aB-450.4253.5豐3上1廠100X 1038.5223.054.683.1155.111500.66S-ns.oBb3阪326 0用260.8nr100X 103&5223.054.685-5156.701刃0.6551412bD-290286.9286.9100X 1038.5223.054694.062.31500.594-126.7De206.6285.9285.9廠100X 1038,5223.05生693l

21、7462.151500.59490.3cf-156.9208.7393.52nr11OX 1045.5223.3856k7O_8_01500.701-492fG-121208.7395.52nrilOX 1045,5223,38561.078,701500,701-3工9aEf32-183.31833nr63X512.2861.943.0494 4S60.301500.59444.S抨Gd6-5325.1325.1w63X512.2861.943.0483_1155.111500.66851342.1d38.1224.9425.963X512.2861.943.0483.1155 11150L

22、6681S.620.4nr0492224.9425.9nr63X512.2861.943.C483.1155.111502.66815.046.1Hg30202.72027ir63X512.2861.943.C4104.4855.111500.52946.2Aa-2Z4159,2199 1ii63X512,286L943882.06厲我150a 65-27.0Cb-4481S3.2229Hr63X512.2861.943.0494.43M ! J*-九二31500.594-61.4Ec-6T220 二 2259nr63X512.2861.943-54106-8085201500.517-105

23、.8桿Ft-44 S104130nr63X512.2S61.943.0453.6142 61500.S42-43.3Hd-6T2243-2304nr63X512.2861 9斗J.(M125.36100.001500.411-133-1Ig-44.8121.6152nr63X512.2861.9斗3.04-62.6850.00150O.T9-45.8八、節(jié)點設(shè)計采用E43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值ffw= 160Mpa1、下弦節(jié)點“ b”設(shè)bB桿的肢背和肢尖焊縫 hf =8mm和6mm，所需焊縫長度為:肢背h :,K1N小0.65 x 356.3 S03c “l(fā)1-w 2hf2

24、 8 = 145.23mm2 0.7hf1ffw2 0.7 8 160肢尖J :3,N丄“0.35漢356.3X0 丄 “cl2-w 2hf2 6 =104.79mm2 0.7hf2 ff2 0.7 6 160取 h =160mm l2 =120mm。設(shè)bD桿的肢背和肢尖焊縫 hf = 8mm和6mm，所需焊縫長度為:肢背h :K1N0.65 x 290 匯103l11w 2hf2 8 =121.19mm2 0.7hf1ff2 0.7 8 160肢尖l2 :,K2N丄“0.35漢290匯 103 丄c c “Lcl2w 2hf2 6 - 87.52mm2 0.7hf2ff2 0.7 6 160

25、取 l1 = 130mm l2 = 90mm， 0bC桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取hf = 5mm。根據(jù)以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間的間隙以及制作、裝配等誤差，按比例作 出節(jié)點詳圖（見圖11），從而確定節(jié)點板的尺寸為280X 340mm。下弦與節(jié)點板連接到焊縫長度為340mm, hf =5mm,焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差 N = Nbc-Nab= 596.6-240.7=355.9kN。驗算肢背焊縫的強度:& N2 0.7hflw0.65 355.9 1032 0.7 5340-2 52 2二 100.1N /mm 160mm1別15D圖11：下弦節(jié)點“ b”2上弦節(jié)點“

26、B”斜桿Bb與節(jié)點板連接焊縫計算，與下弦節(jié)點 b中Bb桿計算相同。斜桿Ba與節(jié)點板連接焊縫計算：N=-450.4kN。設(shè)“aB桿的肢背與肢尖的焊腳尺寸分別為10mm和6mm。所需焊縫長度為肢背li :liKiN2 0.7hf1ffw30.65 x 450.4X10 2hf2 0.7 10 1602 10 = 150.70mm肢尖12: l2K2N2 0.7hf2 fW2hf0.35 450.4 1032 0.7 6 1602 6 = 129.29mm取 h =180mm l2 =150mm。為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背 8mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接

27、起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得到：1 、 1h f 1 節(jié)點板厚頭度12= 6 mm, hf 2 = 6mm。2 2肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力N =447.3kN，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點荷載 P=44.82kN。上弦與節(jié)點板間焊縫長度為460mm,則0.65 447.3 1032 0.7 6 (460 -12)二 77.3MPa節(jié)點如圖:448202 0.7 6 (460 -12)= 11.9MPa-fJ 11 9,(伍)2 +77.22 = 77.8MPa2X 2

28、60=520mm上弦與節(jié)點板間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算。設(shè)肢尖焊縫hf = 10mm,節(jié)點板長度為500mm,節(jié)點一側(cè)弦桿焊 縫的計算長度為 lw =(500/2 -10 -20) = 220mm。焊縫應(yīng)力為:0.15 8588002 0.7 10 220= 41.8MPa6 0.15 858800 78.1= 89.1MPa ：160MPaC f 22119?2(陽)g 十418 =84JMP160MPa節(jié)點形式如圖：1mJL圖12:屋脊節(jié)點“ J”I-Sta4、下弦跨中節(jié)點“ e”跨中起拱50mm,下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點處，連接角鋼

29、取與下弦桿相同截面2L140X90X 10, hf =8mm，焊縫長度：N4 0.7 hf1616 = 254.4mm4 0.7 8 140取 lw=300mm。拼接角鋼長度 ,2 300 1 610mm弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。N= 797.8 15%=119.7kN設(shè)肢背、肢尖焊腳尺寸為8mm,弦桿一側(cè)需焊縫長度為肢背：l30.65 119.7 103才,w112= 78.2mm，取 lw1 =90mm2 0.7 6 140肢尖l w23= 0.35 119.7 101 47.63mm，按構(gòu)造要求，取焊縫長度 鳥-50mm,取2 0.7 6 140lw2=60mm

30、節(jié)點板寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板尺寸。0.65 7978002 0.7 6 (600 12)= 105MPa ： f=160MPa焊縫強度滿足要求。節(jié)點形式如圖：圖13:下弦跨中節(jié)點“ e”5、端部支座節(jié)點“ a為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度14mm。（1）支座底板的計算支座反力：P = 44820N設(shè)支座底板的平面尺寸采用280mm 400mm，如僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座 反力，則承壓面積為280 234 = 65520mm2。驗算柱頂混凝土

31、的抗壓強度：R 477810 7.29MPa ： fc =9.6MPaAn65520式中：fc 混凝土強度設(shè)計值，對 C20混凝土， fc =9.6MPa。支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊，每 塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：M = ya；式中：匚一底板下的平均應(yīng)力，即-=8.49 MPa。比兩邊支承之間的對角線長度，即 a? （140 - ；）2 T102 = 172.6mm匕一系數(shù)，由b2/a2查表確定。b2為兩邊支承的相交點到對角線a2的垂直距離。由此得：110133b284.8b284.8mm,0.49172.6a2 172.6查表得2 = 0.0