鋼結構設計梯形屋架

1、 鋼結構課程設計21m跨鋼屋架設計計算書1 設計資料某廠房總長度90m，跨度L=21m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距6m。1.結構形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質，不考慮地震設防，屋架下弦標高為18m；廠房內橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。2. 屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內力系數（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q345鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結構及荷載無檁體系：采用1.5×6.0m預應力混凝土屋板

2、（考慮屋面板起系桿作用）荷載：屋架及支撐自重：按經驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；屋面活荷載：施工活荷載標準值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標準值為S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；積灰荷載0.6kN/m2。屋面各構造層的荷載標準值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kN/m2 水泥砂漿找平層 0.4kN/m2 保溫層 0.7kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05kN/m2 水泥砂漿找平層 0.3kN/m2 預應力混凝土屋面板 1.45kN/m22 結構形式與布置屋架形式及幾何尺

3、寸如圖7.30所示。屋架支撐布置如圖7.31所示。 圖7.30 屋架形式及幾何尺寸3 荷載計算屋面活荷載與雪荷載不會同時出現，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。 屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式計算，跨度單位為m。荷載永久荷載：預應力混凝土屋面板 屋架及支撐自重 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 水泥砂漿找平層 保溫層 一氈二油隔汽層 水泥砂漿找平層 總計 4.929 可變荷載：屋面活荷載 積灰荷載 總計 1.82 設計屋架時，應考慮以下3種荷載組合：(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： （2）全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載

4、：半跨節(jié)點可變荷載：（3）全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重：半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：（1） 、（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4內力計算屋架在上述3種荷載組合作用下的計算簡圖見圖7.32所示。由已知得F=1的屋架各桿件的內力系數（F=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力進行組合，計算結果見表7.6。（a） (b) (c) 屋架支撐布置如圖7.31所示。 符號說明：SC上弦支撐 XC下弦支撐 CC垂直支撐GG剛性系桿 LG柔性系桿圖7.31 屋架支撐布置桿件名稱內力系數（F=1）第1種組合F第2種組合第3種組合計算桿

5、件內力（kN）全跨左半跨右半跨+上弦AB000000000BC/CD-7.472-5.31-2.162-453.84928-418.43572-366.87148-172.272-89.0388-453.85DE、EF-11.262-7.339-3.923-684.05388-619.79514-563.84106-242.087-151.768-684.05FG/GH-12.18-6.861-5.319-739.8132-652.68798-627.43002-233.365-192.594-739.81下弦ab4.13.011.09249.034231.1798199.730297.075

6、46.3102249.03bc9.7446.6633.081591.85056541.38378482.71062217.7376123.0295591.85cd11.9627.3264.636726.57188650.6342606.572244.7293173.6057726.57dd'11.7685.8845.884714.78832618.4084618.4084205.7752205.7752714.79斜腹桿aB-7.684-5.641-2.043-466.72616-433.26182-374.32658-181.928-86.7969-466.73Bb5.8083.96

7、1.848352.77792322.50768287.91312129.479373.63805352.78bD-4.409-2.633-1.776-267.80266-238.71178-224.67412-88.4253-65.7662-267.8Dc2.7921.2221.57169.58608143.86948149.5697244.2203553.42147169.59cF-1.572-0.047-1.525-95.48328-70.50378-94.71342-7.94883-47.0272-95.48Fd0.328-1.0391.36719.92272-2.4687436.941

8、54-26.071937.5427337.54dH0.7131.913-1.243.3076262.9636211.9726853.62138-28.686362.96豎直桿Aa-0.5-0.50-30.37-30.37-22.18-15.353-2.133-30.37Cb/Ec-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74Gd-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74注：=60.74kN；=44.36kN；=16.38kN；=4.26kN；=26.44kN。5 桿件設計（1） 上弦桿 整個上弦采用等截面，安FG、

9、GH桿件之最大設計內力設計。N=-739.810kN= -739810N， 上弦桿計算長度 cm在屋架平面外： 根據支撐布置和內力變化情況。因為，故截面宜選用兩個等肢角鋼短肢相并（圖7.35）。腹桿最大內力N= -486.09kN，查表7.5，節(jié)點板厚度選10mm支座節(jié)點板厚度用12mm。設，查附錄中附表2.2得。需要截面積 需要得回轉半徑： 根據需要的A、查角鋼規(guī)格表（附表6），選用，A=36.076，=2.59cm，=6.73cm，按所選角鋼進行驗算：，滿足長細比的要求。由于，只需求。查表得。 所需截面合適。（2） 下弦桿整個下弦采用同一截面，按最大內力所在的eg桿計算。 ，1035cm所

10、需截面為選用，因為 ，故選用不等肢角鋼短肢相并。A=36.076>24.93，=2.59cm，=6.73cm， （3）端斜桿aB 桿件軸力 計算長度，因為，故采用不等肢角鋼長肢相并，使。選用，則 ， ，因為，只求=0.645。 所需截面合適。（4） 豎桿Gd，l0x =289×0.8=231.2cm, l0y =289cm內力較小，按=150選擇，需要的回轉半徑為： ix=l0x/=231.2/150=1.54cm iy=l0y/=289/150=1.93cm查型鋼表，選截面的回轉半徑較計算的要略大些，選用256×5ix=1.72cm ，iy=2.69cm，A=108

11、3mm2x= l0x/ ix=231.2/1.72=134.42150y= l0y/ iy=289/2.28=107.43150xy，只求x=0.368=N/xA=60740/(0.368×1083)=152.4 N/ mm2<310 N/ mm2其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出，現將計算結果列于表2中。應力（N/ mm2)267.0201.481.69259.5126.5108.9127.9138.0136.2197.839.08152.4148.1穩(wěn)定系數y0.7680.645x0.3870.5140.7510.4110.3930.3680.346容許長細比15035

12、0150150350150150350150150350150150長細比y67.2153.878.786.0463.985.170.074.296.3102.8127107.4111.5x58.2115.8130.172.0875.7106.5103.8118.1120.5128.9163.3134.4139.8回轉半徑（cm）iy6.736.732.462.824.092.694.093.042.693.042.462.693.04ix2.592.591.533.512.761.722.761.941.721.941.531.722.94計算長度（cm）l0y452.31035199253

13、261.3229286.4286.4259312.4312.4289339 l0x150.8300159.2253209.0183.2229.1229.1207.2249.9249.9231.2271.2截面面積36.07636.0769.60627.88827.88810.8527.88812.28610.8512.2869.60610.8512.286截面規(guī)格140×90×8140×90×850×5110×70×890×856×590×863×556×563×5

14、50×556×563×5計算內力（kN）-739.81726.57-30.37-466.73352.78-60.74-267.8169.6-60.74-95.5-26.0737.54-60.74-28.7 62.96桿件編號FG、GHdeAaaBBbCbbDDcEccFFdGddH名稱上弦下弦腹桿 桿件截面選擇表桿件截面選擇表 6節(jié)點設計（1） 下弦節(jié)點“b” (圖7.37)用焊條為E50型的抗拉，抗壓，抗剪強度為fwf=200 N/ mm2。設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫hf=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為：肢背:lw=0.7N/2hefwf=0.7×

15、;325780/（2×0.7×8×200）=102mm 取12cm肢尖:lw=0.3N/2hefwf=0.3×325780/（2×0.7×6×200）=58.2mm 取 7 cm設“bD”桿的肢背和肢尖焊縫hf=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為：肢背: lw =0.7N/2hefwf=0.7×267800/（2×0.7×8×200）=83.7mm取10cm肢尖: lw=0.3N/2hefwf=0.3×267800/（2×0.7×6×200）=4

16、7.8mm取6cm“Cb”桿的內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取hf=5mm.。根據上面的計算結果及相應的構件之間應有的制作和裝配誤差，確定節(jié)點板的尺寸為260 mm×350 mm.下弦與節(jié)點板的焊縫長度為250 mm，hf=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內力差N=591.85-249.03=342.82KN，受力較大的肢背處的焊縫應力為f=0.75×342820/(2×0.7×6×(350-12)=90.6 N/ mm2<200 N/ mm2(2)上弦節(jié)點“B”(圖 7.38)“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同?！癮B”

17、桿的肢背和肢尖焊縫hf=10mm和8mm，則所需的焊縫長度為：肢背:lw=0.7N/2hefwf=0.65×466730/（2×0.7×10×200）=108.3mm 取13cm肢尖:lw=0.3N/2hefwf=0.35×466730/（2×0.7×8×200）=72.9mm 取 10cm為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。曹焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度設計值剩以0.8的折減系數。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

18、焊縫的內應力為hf=1/2×節(jié)點板厚度=1/2×10=5mm, hf=10mm上弦與節(jié)點板間焊縫長度為480mm.=125.02N/ mm2 <0.8 fwf=0.8200=160 N/ mm2上弦肢尖角焊縫的剪應力為=21.83N/ mm2<200N/ mm2（3） 屋脊節(jié)點“H” 弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。街頭一邊的焊縫長度按弦桿內力計算。設焊縫hf=10mm，則所需焊縫計算長度為lw=739810/(4×

19、0.7×10×200)=132.11mm拼接角鋼的長度取460mm>2×132.11mm=264.22mm.上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，按上弦內力的15%計算。設肢尖焊縫hf=10，節(jié)點板長度為 45cm ，則節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為lw=45/2-1-2=19.5cm ，焊縫應力為： 40.65N/ mm2= 100.06N/ mm2=91.54N/ mm2<200N/ mm2因屋架的跨度較大，需將屋架分成兩個單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設置工地拼接，左半邊的上弦，斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊接，而右半邊的上弦，斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊接。腹板與節(jié)點板連接焊接計算方法與以上幾個節(jié)點相同 （4）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地板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為12mm。 支座底板的計算支座反力：R=425180N支座底板的平面尺寸采用280