鋼屋架設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 隴東學(xué)院土木工程系工程結(jié)構(gòu)教研室二00九年十二月 一、教學(xué)要求1. 了解普通鋼屋架設(shè)計(jì)的全過程；2. 學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)施工圖的繪制和結(jié)構(gòu)計(jì)算書的編制方法3. 了解鋼屋蓋支撐體系的作用并能正確布置支撐；4. 掌握鋼屋架的內(nèi)力計(jì)算、桿件截面選擇，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的方法；5. 掌握焊接連接的構(gòu)造要求。二、屋架形式及主要尺寸的確定在確定鋼屋架外形時(shí)，應(yīng)滿足適用、經(jīng)濟(jì)和制造安裝方便的原則。腹桿和節(jié)點(diǎn)數(shù)盡量少，應(yīng)使短桿受壓，長桿受拉，桿件夾角宜在30°60°之間。屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、高度、節(jié)間寬度?？缍纫话阋?m為模數(shù)。計(jì)算跨度：L0=L-2×150200mm

2、卷材防水屋面上弦坡度為：1/81/12 時(shí)，跨中高度一般為：（1/61/10）L；端部高度常用：H01.82.2m；上弦節(jié)間長度應(yīng)等于大型屋面板的寬度，使荷載作用在節(jié)點(diǎn)上。三、支撐布置根據(jù)車間長度，屋架跨度，荷載情況，以及吊車設(shè)置情況，宜布置三道上、下弦橫向水平支撐，垂直支撐和系桿，屋脊節(jié)點(diǎn)及屋架支座處沿廠房通長設(shè)置剛性系桿，屋架下弦沿跨中通長設(shè)一道柔性系桿。構(gòu)件編號采用漢語拼音字母，凡與支撐連接的屋架可編號為WJ1，其它編號均為WJ2，屋架垂直支撐：CC1、CC2，屋架上弦水平支撐：SC1、SC2，屋架下弦水平支撐：XC1、XC2，剛性系桿：GG1、GG2，柔性系桿：LG1、LG2。繪制與計(jì)

3、算書附圖后。四、屋架的內(nèi)力計(jì)算1.計(jì)算的基本假定節(jié)點(diǎn)均為鉸接；所有桿件的軸線均位于同一平面內(nèi)，且同心交匯于節(jié)點(diǎn)；荷載均作用于節(jié)點(diǎn)。2.荷載計(jì)算屋面活荷載與雪載一般不會同時(shí)出現(xiàn)，可取其中較大者進(jìn)行計(jì)算；荷載計(jì)算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對屋面為吸力，起卸載作用，對重屋蓋可不考慮。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。3.荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載（3） 全跨屋架與支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載4.內(nèi)力計(jì)算按圖解法、截面法、電算法均可計(jì)算屋架各桿內(nèi)力。先求出單位荷載作用于各節(jié)點(diǎn)時(shí)的內(nèi)

4、力，即內(nèi)力系數(shù)，然后可求出當(dāng)荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點(diǎn)時(shí)的桿件內(nèi)力，并求出三種荷載組合下的杯件內(nèi)力取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為設(shè)計(jì)屋架的依據(jù)。可列表計(jì)算?？缰懈浇备辜膬?nèi)力發(fā)生變號，由于考慮了施工階段荷載的不利分布。如果按照正確的施工方法，屋面板采用對稱吊裝，就不會出現(xiàn)桿件內(nèi)力的變號。五、桿件的計(jì)算長度和長細(xì)比1. 桿件的計(jì)算長度表1桁架弦桿和單系腹桿的計(jì)算長度l0項(xiàng)次彎曲方向弦桿腹桿支座斜桿和支座豎桿其它腹桿1在桁架平面內(nèi)ll0.8l2在桁架平面外l1ll3斜平面-l0.9 l注：1. l為構(gòu)件的幾何長度(節(jié)點(diǎn)中心間距離)；l1為桁架弦桿側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離。 2. 斜平面系指與桁架

5、平面斜交的平面，適用于構(gòu)件截面兩個(gè)主軸均不在桁架平面內(nèi)的單角鋼腹桿和十字形截面的腹桿。當(dāng)桁架弦桿側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離為節(jié)間長度的2倍（見教材P291），且兩節(jié)間的弦桿軸心壓力不相同時(shí)，弦桿（包括再分式腹桿體系中的受壓腹桿）在平面外的計(jì)算長度應(yīng)按下式計(jì)算：2. 長細(xì)比壓桿：ll=150 拉桿：ll=350，有重級工作制吊車時(shí)ll=250六、桿件截面形式和截面選擇屋架跨度30m時(shí)，上弦、下弦可不改變截面，按最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。上弦桿計(jì)算長度，在屋梁平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度。在屋梁平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況（按大型屋面板與屋梁保證三點(diǎn)焊，故取兩塊屋面板寬度），其計(jì)算長度大于屋架平面內(nèi)計(jì)算長度，故截面

6、宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，短肢相并。原則：lxly節(jié)點(diǎn)板厚度需按腹桿的最大內(nèi)力選用。軸心拉桿，可按強(qiáng)度要求選擇截面。對軸心壓桿，可先假定長細(xì)比（弦桿=80100，腹桿100120）選擇截面再進(jìn)行驗(yàn)算。屋架所有的桿件還應(yīng)滿足長細(xì)比限值的要求。1. 上下弦桿上、下弦桿l0x=l，loy=l1，一般loy l0x（2倍以上）故通常采用短肢相并的不等邊角鋼T形截面(iy/ix2.8)。2. 支座腹桿支座腹桿l0x loy =l，故通常采用長肢相并的不等邊角鋼T形截面(iy/ix0.9)。3. 一般腹桿一般腹桿 loy =l，l0x0.8 l，loy/ l0x1.25，故通常采用等邊角鋼T形截面(iy/ix

7、1.5)。4. 再分式腹桿再分式主斜桿一般是loy/ l0x2，因桿件通常較短故通常采用等邊角鋼T形截面(iy/ix1.5)，必要時(shí)可用短肢相并的不等邊角鋼T形截面(iy/ix2.8)；再分式腹桿l0x loy =l，但一般是桿件短內(nèi)力小，故常較小規(guī)格的等邊角鋼T形截面(iy/ix0.9)。5. 跨中腹桿桁架正中豎桿，為保證屋架在運(yùn)輸和安裝的方便，以及與正中垂直支撐和系桿連接不偏心，并獲得較大的剛度，通常采用等邊角鋼組成十形截面。6填板的設(shè)置4060雙角鋼T形或十形截面是組合截面，應(yīng)每隔一定間距在兩角鋼間放置填板，以保證兩個(gè)角鋼能整體共同受力。LdLd4060101510154060t填板間距

8、對壓桿用ld40i1，對拉桿用ld80i1， i1一個(gè)角鋼對11形心軸的回轉(zhuǎn)半徑，一般桿件，每個(gè)節(jié)間的填板數(shù)2個(gè)（T形截面）和3個(gè)（十形截面）；在側(cè)向支承點(diǎn)間距2個(gè)節(jié)間的連續(xù)直通弦桿或腹桿中，每節(jié)間的填板數(shù)不得少于1個(gè)。7.截面選擇普通鋼屋架中所采用的角鋼規(guī)格不宜小于L45×5或L56×36×4。為了便于鋼材備料，在同一榀屋架中，角鋼規(guī)格不宜過多，一般為56種。（1） 軸心受拉：（2）軸心受壓：對于壓桿可先假定長細(xì)比l60100（弦桿）或l80120（腹桿）,查表得j值，即可計(jì)算所需面積A。七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求（參見教材P322329）（1）各桿件的

9、形心線位置盡量與屋架幾何軸線重合，并交于節(jié)點(diǎn)中心，以避免由于偏心所產(chǎn)生的附加彎距。（焊接桁架中應(yīng)調(diào)整稱5mm的倍數(shù)）（2）節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度一般應(yīng)高于相連接的桿件的承載力。（3）節(jié)點(diǎn)的傳力路線明確，構(gòu)造形式便于制作和安裝。（4）角鋼的切斷面一般與其軸線垂直，需要斜切時(shí)只能切肢尖。2.節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)一般步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的焊腳尺寸和焊縫長度，然后根據(jù)此焊縫長度的大小按比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小，最后驗(yàn)算弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。用作圖法求節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小時(shí)，應(yīng)按角度準(zhǔn)確畫出各桿件的軸線和輪廓線，各桿件的形心線應(yīng)盡量與桿件軸線重合并取5mm的整數(shù)，再考慮桿件之間應(yīng)有的間隙

10、以及制作、裝配等誤差，按比例繪出各桿件端部及腹桿焊縫的位置，在此基礎(chǔ)上做出節(jié)點(diǎn)詳圖。節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸在繪制施工圖時(shí)決定，形狀應(yīng)盡可能簡單、規(guī)則，至少有兩邊平行。如矩形、梯形、直角梯形等。節(jié)點(diǎn)板厚度按表91選定，同一榀屋架中除支座節(jié)點(diǎn)板比其它節(jié)點(diǎn)板厚2mm外，其余厚度均一致。按比例畫出各桿件尺寸，考慮構(gòu)造要求后（各桿件之間應(yīng)留有空隙a，在承受靜力荷載時(shí)a1020mm，在承受動(dòng)力荷載時(shí)a50mm）；畫出各桿件在節(jié)點(diǎn)處角鋼切斷位置。桁架節(jié)點(diǎn)板在斜腹桿壓力作用下的穩(wěn)定應(yīng)符合： 對有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板，當(dāng)時(shí)，可不計(jì)算穩(wěn)定，否則應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。且。（t節(jié)點(diǎn)板厚度） 對無豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板，當(dāng)時(shí)，可不計(jì)算穩(wěn)定，否

11、則應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。且。3.節(jié)點(diǎn)的計(jì)算與構(gòu)造（1）上弦節(jié)點(diǎn)（有集中力作用）腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按各腹桿的內(nèi)力計(jì)算： lw1 、lw2 角鋼肢背和肢尖的焊縫計(jì)算長度l-2hfk1、k2角節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫鋼肢背和肢尖的焊縫內(nèi)力分配系數(shù)。上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算：假定節(jié)點(diǎn)荷載P由塞焊縫來承受，則上弦肢背塞焊縫計(jì)算：上弦肢尖角焊縫只傳遞弦桿內(nèi)力差值，則上弦肢尖焊縫考慮偏心距的計(jì)算： e為肢尖到軸線的距離（2）下弦一般節(jié)點(diǎn)（無節(jié)點(diǎn)集中荷載）腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接與（1）相同。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫只傳遞弦桿內(nèi)力差值DNN1-N2，則:，由于DN較小，一般所需焊縫可安構(gòu)造要求在節(jié)點(diǎn)板范圍內(nèi)進(jìn)行滿焊。（

12、3）上弦跨中拼接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 上弦桿在屋脊斷開處應(yīng)采用上弦桿截面相等的角鋼進(jìn)行拼接，采用冷彎或熱彎成適當(dāng)坡度；拼接角鋼應(yīng)切肢削棱。切肢:D=t+hf+5mm計(jì)算弦桿與連接角鋼連接一側(cè)的焊縫長度為：可?。篘=Af拼接角鋼的長度L：L=2l1+b，b為間隙，常取b50mm左右。計(jì)算弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫時(shí)，假定節(jié)點(diǎn)荷載P由上弦角鋼肢背處的塞焊縫承受（滿焊可不驗(yàn)算），肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接計(jì)算則按上弦內(nèi)力的15計(jì)算，即DN0.15Nmax，且考慮該力所產(chǎn)生的彎距M=0.15Ne（4）下弦拼接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造：一般用與下弦桿相同的角鋼來拼接，拼接角鋼要削棱、切肢：D=t+hf+5mm當(dāng)下弦肢寬大于130mm時(shí)，應(yīng)將接

13、觸面斜切（為了傳力均勻）。計(jì)算弦桿與連接角鋼連接一側(cè)的焊縫長度為：可?。篘=Af拼接角鋼的長度L：L=2l1+b，b為間隙，一般取1020mm。內(nèi)力較大一側(cè)的下弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫傳遞弦桿內(nèi)力之差DN，如DN過小則取弦桿較大內(nèi)力的15。弦桿與節(jié)點(diǎn)連接一側(cè)的焊縫強(qiáng)度按下式計(jì)算：加勁肋板節(jié)點(diǎn)板底板肢背焊縫：肢尖焊縫：（5）支座節(jié)點(diǎn)屋架支承于鋼筋混凝土柱上，與柱子的連接一般按鉸接設(shè)計(jì)。構(gòu)造：支座由底版、節(jié)點(diǎn)板、加勁肋和錨栓組成，加勁肋的高度和厚度與節(jié)點(diǎn)板相同。為了便于節(jié)點(diǎn)焊縫施焊，下弦角鋼水平肢與支座底板間的凈距c應(yīng)不小于下弦水平肢的寬度（同時(shí)c 130mm）。錨栓d=2024mm，底板上錨栓孔的

14、直徑一般取錨栓直徑的22.5倍，開成半圓帶矩形開口孔。計(jì)算：底板面積和厚度的確定底板所需面積為：AAn+A0A0實(shí)際采用的錨栓孔面積。R支座反力fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值a底板平行于屋架平面的邊長尺寸，通常取240360b底板垂直于屋架平面的邊長尺寸，通常取240400。不得小于200。底板厚度:底板厚度按均不荷載下板的抗彎計(jì)算。其單位寬度的彎距為：M 兩相鄰支承邊支座底板單位寬度上的最大彎矩；b系數(shù)，按下表選用；q底板單位面積的壓力；a1兩相鄰支承邊對角線長度；b1支承邊交點(diǎn)至對角線的垂直距離。b1 /a10.30.40.50.60.70.80.91.0b0.0260.0420.0580.

15、0720.0850.0920.1040.111則底板的厚度為：底板不宜太薄，厚度宜滿足下列構(gòu)造要求：當(dāng)桁架跨度18m， t16mm。當(dāng)桁架跨度18m，t20mm。加勁肋與支座節(jié)點(diǎn)板連接焊縫可假定按傳遞支座反力的1/4計(jì)算，并考慮焊縫為偏心受力則：焊縫所受的剪力：， 焊縫所受的彎矩：每塊加勁肋與支座節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算公式為：節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與支座底板的水平連接焊縫的計(jì)算公式為： lw節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與支座底板的水平焊縫總長度。 八、施工圖繪制圖標(biāo)按以下格式繪制： *注：1.標(biāo)題欄外邊框必須用中粗線繪制。 2.所有標(biāo)題欄必須采用此格式繪制。3.圖號按“結(jié)施”“結(jié)施”填寫屋架施工圖是指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造

16、和安裝的技術(shù)文件，同時(shí)也是編制工程預(yù)算的依據(jù)和工程竣工后的存檔資料。因此，務(wù)須做到清晰、明確，準(zhǔn)確無誤，表達(dá)詳盡。施工圖需明確屋架幾何尺寸，各部分詳圖，相關(guān)尺寸，構(gòu)件所用鋼材的鋼號、材料規(guī)格，連接材料的強(qiáng)度指標(biāo)、規(guī)格，焊條型號，焊縫長度、厚度，防腐處理等。起拱：跨度較大的屋架，特別是荷載較大時(shí)，中間撓度較大，因此為確保安全使用和外部美觀，一般跨度24m的梯形屋架和跨度15m的三角形屋架，中間起拱約為跨度的1/500。1通常在圖紙的左上角用合適的比例畫以屋架簡圖。左半標(biāo)出幾何長度，右半桿件的計(jì)算內(nèi)力值。并注明屋架跨中央的起拱高度（屋架圖上不必表示）。 2屋架的正面圖。其軸線圖與節(jié)點(diǎn)圖可取不同比例

17、，如軸線可用1:301:20，桿件截面和節(jié)點(diǎn)尺寸可用1:151:10，以使節(jié)點(diǎn)畫清楚些。 3屋架上下弦桿的平面圖、屋架端部和跨中的側(cè)面圖及必要的剖面圖，零件圖。可繪制在計(jì)算書的附圖上。4施工圖上應(yīng)注明各零部件的型號和主要幾何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍數(shù)）、定位尺寸、孔洞位置以及對工廠制造和工地安裝的要求。定位尺寸主要有：節(jié)點(diǎn)中心至各桿件桿端和至節(jié)點(diǎn)板邊緣（上、下和左、右）的距離、軸線至角鋼肢背的距離等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工廠制造和工地安裝要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直徑和焊縫尺寸等均應(yīng)在施工圖中注明。工地安裝焊縫和安裝螺栓應(yīng)標(biāo)注其符號。5施工圖中的各零部件應(yīng)加以詳細(xì)編號，其次序按主次、上