21米屋架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、 黃山學(xué)院21米跨工業(yè)廠房梯形屋架設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料某單層單跨工業(yè)廠房總長(zhǎng)度90米，跨度L（取21m）。廠房縱向柱距6m。結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無(wú)侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為6度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房?jī)?nèi)橋式吊車為2臺(tái)150/301（中級(jí)工作制），鍛錘為2臺(tái)5t。屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，屋架采用的鋼材焊條為：Q235鋼，焊條為E43型。荷載標(biāo)準(zhǔn)值（水平投影面計(jì)）（1）永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0

2、.4KN/m2水泥砂漿找平層0.4KN/m2保溫層0.45KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m2水泥砂漿找平層0.3KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.45KN/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q二0.12+0.011L=0.351KN/m2（2）可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.7KN/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.35KN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.2KN/m2注：實(shí)際取屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值與雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值的較大值，保溫層及積灰荷載取值參照學(xué)號(hào)。屋架計(jì)算跨度，幾何尺寸及屋面坡度見(jiàn)附圖1。鋼屋架的制造、運(yùn)輸荷安裝條件：在金屬結(jié)構(gòu)廠制造，運(yùn)往工地安裝，工地有足夠的起重安裝條件。屋架幾何尺寸及屋架全跨上弦節(jié)點(diǎn)單

3、位荷載作用下構(gòu)件內(nèi)力系數(shù)見(jiàn)附圖。內(nèi)力計(jì)算考慮下面三種情況（1）、滿載（全跨靜荷載加全跨活荷載）（2）、在吊裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的半跨屋面板荷載和半跨活荷載（活荷載400N/m2）和全跨屋架自重。（3）、在使用過(guò)程中全跨靜荷載和半跨活荷載。設(shè)計(jì)附圖：/+50.5ceg7=105001.07.4721.01-01.01.0F-12.18-4+211.26+丄5+0A01.0+01.0HV12.1821米跨屋架幾何尺寸21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值1.01.0o1o1o1o1o1-5.319.f+4636LC14Ao5.0oo8aceggeca21米跨屋架半跨單位

4、荷載作用下各桿件的內(nèi)力值二、屋蓋結(jié)構(gòu)形式和支撐布置布置屋蓋支撐時(shí)應(yīng)根據(jù)支撐布置原則，結(jié)合本設(shè)計(jì)具體情況，即廠房長(zhǎng)度90m60m；跨度L=21m；有橋式吊車且吊車平臺(tái)較高等，考慮上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、垂直支撐應(yīng)設(shè)幾道和其位置；下弦縱向水平支撐是否需要設(shè)置；系桿如何設(shè)置，設(shè)剛性系桿還是柔性系桿布置屋架支撐，并進(jìn)行編號(hào)，鋼屋架代號(hào)GWJTOC o 1-5 h z支撐代號(hào)：屋架上弦橫向水平支撐sc屋架下弦橫向水平支撐xc屋架下弦縱向水平支撐zc垂直支撐cc剛性系桿LG1柔性桿件LG2屋架上弦支撐布置圖cciL：1XLG菁iLG2LG；L:5x1LMIsoWTL1CC3LXCL/L；1L；

5、XLGLG；7-LG2LG1scLQ11”,riI.60006000X15屋架下弦支撐布置圖6000單層21米跨工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì)取8、9項(xiàng)中之大值 垂直支撐1-1cciLL?csj|_；1LG1L柱頂處屋架垂直支撐LG三、荷載內(nèi)力計(jì)算1.荷載計(jì)算按屋面做法，已知各荷載標(biāo)準(zhǔn)值算出永久荷載設(shè)計(jì)值；按屋面活載及雪荷載兩者中取大值的原則，算出可變荷載的設(shè)計(jì)值。計(jì)算可列表1進(jìn)行。表1荷載標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計(jì)值計(jì)算234567荷載名稱三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層水泥砂漿找平層保溫層一氈二油隔氣層水泥砂漿找平亍預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板屋架及支撐自重-永久荷載總重屋面施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載

6、總重標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m20.40.4互0050衛(wèi)0.3513.451ITT1.9設(shè)計(jì)值KN/m20.480.480.720.060.361.740.42124.26120.980391.682.66備注1.21.4單層21米跨工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì) 荷載組合按三種情況進(jìn)行組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載；P=(4.2612+2.66)X6X1.5二62.2908KN全跨永久荷載+半跨可變荷載；P1=4.2612X6X1.5=38.3508KNP2=2.66X6X1.5=23.94KN全跨屋架支撐自重+半跨屋面板重+半跨可變荷載重。P3=1.2X0.351X6X1.5=3.7908KNP4=(1.

7、2X1.45+2.38)X6X1.5=37.08KN桿件內(nèi)力桿件軸心力=節(jié)點(diǎn)荷載X桿件內(nèi)力系數(shù)。對(duì)于上、下弦荷靠近支座的腹桿，僅需按組合(1)算出相應(yīng)的內(nèi)力選定為內(nèi)力設(shè)計(jì)值。而靠近跨度中間部分的腹桿則需分別按三種組合求出相應(yīng)的內(nèi)力。經(jīng)比較，其最不利的數(shù)值選定為內(nèi)力設(shè)計(jì)值。具體計(jì)算可列表進(jìn)行。下表給出了半跨荷全跨上弦節(jié)點(diǎn)單位荷載作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)。表2屋架桿件內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)(F=l)第1種組合px(1)第2種組合第3種組合計(jì)算桿件內(nèi)力(kN)全跨左半跨(2)右半跨ppp2p3xG）+Px（3）上弦AB0000.000.0000.0000.0000.0000BC/CD-7.472-5

8、.31-2.162-465.44-413.679-338.315-225.220-108.492-465.44DE、EF-11.262-7.339-3.923-701.52-607.602-525.823-314.822-188.157-701.52FG/GH-12.18-6.861-5.319-758.70-631.365-594.450-300.578-243.400-758.70下弦ac4.13.011.09255.39229.298183.333127.15355.959255.39ce9.7446.6633.081606.96533.202447.449284.002151.1816

9、06.96eg11.9627.3264.636745.12634.137569.738316.994217.248745.12gh11.7685.8845.884733.04592.175592.175262.789262.789733.04斜腹桿aB-7.684-5.641-2.043-478.64-429.733-343.597-238.297-104.883-478.64Be5.8083.961.848361.78317.544266.983168.85490.541361.78cD-4.409-2.633-1.776-274.64-232.123-211.606-114.345-82.

10、568-274.64De2.7921.2221.57173.92136.330144.66155.89668.800173.92eF-1.572-0.047-1.525-97.92-61.413-96.796-7.702-62.506-97.92Fg0.328-1.0391.36720.43-12.29545.305-37.28351.93251.93gH0.7131.913-1.244.4173.141-1.38473.637-41.79373.64豎直桿Aa-0.5-0.50-31.15-31.145-19.175-20.435-1.895-31.15Ce/Ee-1-10-62.29-62

11、.291-38.351-40.871-3.791-62.29Gg-1-10-62.29-62.291-38.351-40.871-3.791-62.29表中的桿件名稱與下圖中的對(duì)應(yīng)1507.51507.51507.51507.5D1507.51507.51507.5氣312150：1350ce1500X7=10500四、桿件截面選擇1、按腹桿最大內(nèi)力N=-478.64KN查表選用中間節(jié)點(diǎn)板厚度t=10mm,荷載支座節(jié)點(diǎn)板厚度t=12mm.2、上弦桿整個(gè)上弦桿不改變截面，按上弦桿FH的最大計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值，按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)截面。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)基本原理可知，單軸對(duì)稱截面的軸心受壓構(gòu)件在繞非對(duì)稱主軸失穩(wěn)

12、時(shí)呈彎曲屈曲，但繞其對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)通常呈彎扭屈曲。yz62+九2yz12九yz彎扭屈曲換算長(zhǎng)細(xì)比九GB50017規(guī)范給出了雙角鋼截面換算長(zhǎng)細(xì)比的簡(jiǎn)化公式，將直接用于設(shè)計(jì)中。計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=-758.70KN計(jì)算長(zhǎng)度：屋架平面內(nèi)取節(jié)點(diǎn)中心間軸線長(zhǎng)度l=l=1507.5mmox屋架平面外根據(jù)屋蓋支撐布置和上弦桿內(nèi)力變化取值l=2l=2x1507.5=3015mmoy截面選擇：由于l=2l選用不等邊角鋼，短邊相連。設(shè)九=80，查表知oyox為b類截面，查附表（b類截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)申）得申二0.688。需要的截面特性：A二雞二758700M0.688x215=5129.12mm2l1507

13、.5i=-ox=x九80=18.84mml3015oy=九80=37.69mm根據(jù)需要的A、相連，、y查型鋼表選用2/25&0“2不等邊角鋼，短邊y截面特性：A二2340 x2=4680mm2,i=22.4mm,i=61.5mmxy截面驗(yàn)算：九=x=67.30九=150九=-oy=49.0 x=150 xi22.4yi61.5xyb125l3015由=10.40.56-=0.56=13.5t12b1251則可近似取九=X=49.0yzy滿足長(zhǎng)細(xì)比要求，因X.八亠由X=67.30查附表9=0.7672xyyz，xxQ=一=211.31N/mm2f=215N/mm2滿足要求。9A0.7672x2x

14、2340下弦桿整個(gè)下弦桿不改變截面，按下弦桿eg的最大計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值，按軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)截面。計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=745.12KN計(jì)算長(zhǎng)度：l=1500oxl=1500oyx2=3000mmx4=6000mm截面選擇：N745120A=3465.67mm2f215根據(jù)需要的A、Iy查型鋼表選用2Z125X80X10不等邊角鋼,短邊相連。80 xxy截面特性：A=3940mm2,i=22.6mm,x截面驗(yàn)算：i=61.1mmy九=li=xix300022.6=13.27k=150l06000九=旦=98.20yi61.1y150b=7二牆=189.1N/mm2八215N/mm2滿足要求。4、斜腹

15、桿（1）端斜桿aB計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=-478.64KN計(jì)算長(zhǎng)度：/二/二2530mmoxl=l=2350mmoy截面選擇：選用不等邊角鋼，設(shè)x=80,b類截面查附表得9=0.688。需要的截面特性：A=比=4786409f0.688x215=3235.80mm2lioxxx253080=31.625mml2530oyX8031.625mm根據(jù)需要的Aix，y查型鋼表選用2/25沖長(zhǎng)邊相連y8080 xy截面驗(yàn)算：截面特性：A=3200mm2,i=40.1mm,i=32.7mmyX=Lx=2530=63.09xxi40.1x=Ly=2530=77.370.56.=0.56t8b1251bl2t

16、2則九=3.7xx(1+oy)=3.7xyzt52.7b41X1xyz，滿足長(zhǎng)細(xì)比要求，因九4786402530=11.3邏x(1+23502X82)=60852.7xl254由九=77.37查附表得申=.705Ncy=A0.705X3200=212.16N/mm2f=215N/mm2滿足要求。(2)腹桿Bc計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=361.78KN計(jì)算長(zhǎng)度：l=0.8l=0.8x2613=2090.4mmoxl=l=2613mmoy截面選擇：A=“=361780=1682.70mm2f215根據(jù)需要的Aixiy查型鋼表選用Mg等邊角鋼。截面驗(yàn)算：截面特性：l_ox=ix_NA=1150X2mm2,

17、i=22.8cm,xi=35.0mmyl2613r.吟=74.66L九i35.0yA_1150 x2(3)腹桿cD361780=ms/mm2f=215N/mm2滿足要求。計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=-274.64KN計(jì)算長(zhǎng)度：l=0.8l=0.8x2864=2291.2mmoxl=l=2864mmoy截面選擇：選用等邊角鋼，設(shè)X=80,b類截面查附表得p=0.688。需要的截面特性：A牛=牆=呎杯加2291.280=28.64mml2864l=-y=yX80根據(jù)需要的All查型鋼表選用2Z75X10,截面驗(yàn)算:xy截面特性：A=1413X2mm2,i=22.6cm,i=35.4mmxyX=仏=2291

18、.2=101.38lx=150 xl22.6x286435.4=80.90由b-75tJt75-9375詛2-詛8譽(yù)-2215yz(0.475b4一(0.475x7541+81.83x1+11嚴(yán))(28642x82丿=84.17滿足長(zhǎng)細(xì)比要求，由九=101.38查附表得申二0.546則九九yc178N/mm2九由九=91查附表得0=0.612xyzy，xN31150a=45.69N/mm2f=215N/mm2A0.612x557x2滿足要求（2）豎桿Gg計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)值：N=-62.29KN計(jì)算長(zhǎng)度：l=l=2312mmoxl=l=2890mmoy截面選擇：選用等邊角鋼，設(shè)X=80,b類截面查附

19、表得p=0.688。=421.11mm2需要的截面特性：A=上=62290pf0.688x215=28.9mml2312l=-ox=xX80i丄=型=36.12mmy九80根據(jù)需要的Aixy查型鋼表選用2Z7X4驗(yàn)算：截面特性：A=557X2mm2,i=21.8mm,i=32.1mmxy九=-ox=106.1九=150 xi21.8x=loy=2890=90.03x=150i32.1y由b=70=175。58=7=295則尢=尢yyz(0.475b4|(0.475x704=90.03x1+112t21(28902x42丿oyx=97.71滿足長(zhǎng)細(xì)比要求，因九九九由九=106.1查附表得0二0.

20、517yzy，x62290=108.15N/mm2f=215N/mm2NCJ=以0.517x557x2滿足要求.其他桿件截面的選擇見(jiàn)下表表3屋架桿件截面選擇表?xiàng)U件計(jì)算內(nèi)力(KN)截面規(guī)格截面面積/mm2計(jì)算長(zhǎng)度(mm)回轉(zhuǎn)半徑(mm)長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比入穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力0(N/mm2)名稱編號(hào)l0 xl0yixiy入x入y入yzXy上弦桿FG-758.702Z125X80X12,短邊相并46801507.5301522.461.567.349.0491500.7672211.31下弦桿eg745.122Z125X80X10,短邊相并39403000.006000.022.661.113.2798.2

21、0350189.1aB-478.642Z125X80X&長(zhǎng)邊相并32002530.002530.040.132.763.0077.00601500.705212.16Be361.782Z75X823002090.402613.022.83591.6874.66350157.3cD-274.642Z75X1023002291.2286422.835101.3880.8084.171500.546178De173.922Z70X411142291.2286421.832.1105.1089.22350147.1eF-97.922Z70X411142499.2312421.832.1114.6097

22、.32841500.466177.73Fg-37.2832Z70X411142499.203124.021.832.1114.6097.3297.321500.46771.751.93235046.62gH-41.7932Z70X411142712.003390.021.832.1124.40105.61105.611500.41390.8473.63735066.1Aa-31.152Z70X411141990.001990.021.832.191.2861.99781500.61243.69Ce-62.292Z70X411141832.002290.021.832.184.0471.3471

23、.341500.66179.7Ee-62.292Z70X411142072.002590.021.832.195.0580.6980.691500.58889.6Gg-62.292Z70X411142312.002890.021.832.1106.1090.0397.711500.517108.15四.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)“a”“B”點(diǎn)類同。A0.000B-465C44-D-7012F-758g70-31.62478.6.361.7815a255.39285029-274.64173.92-62A-97.92-62.29.2951.932c606.96e745.1230003000H73.6377

24、3.637g733.043000e”“H”四個(gè)典型節(jié)點(diǎn)（如圖下圖），其余節(jié)11850桿件內(nèi)力（KN）用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fw160N/mm2，角f焊縫的焊角尺寸和焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的限制和構(gòu)造要求。經(jīng)查表得，取5mm的倍數(shù)得各桿件截面中性軸距角鋼背面的距離分別如下表表4截面中性軸距翼緣邊緣的長(zhǎng)度桿件型號(hào)Z125X80X12短邊相并Z110X70X10短邊相并Z125X80X8長(zhǎng)邊相并2Z75X82Z70X4中性軸距角鋼背面距離（單位:mm）20204020201.下弦節(jié)點(diǎn)“e”先計(jì)算腹桿焊縫長(zhǎng)度，然后定出節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，最后計(jì)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的連接焊縫。(1)De

25、桿焊縫計(jì)算N=-173.92KN角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fw二160N/mm2,根據(jù)構(gòu)造要求：f板厚t6mm時(shí)，ht，取h=4mm,則焊縫所需長(zhǎng)度為ff0.7N0.7x173920肢背l=135.88mm,取150mmlw2hefw2x0.7x4x160肢尖lw-0.3N2hfw0.3x1739202x0.7x4x160取70mm2)Ee桿焊縫計(jì)算N=-62,29KN角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f;二160N/mm，根據(jù)構(gòu)造要求設(shè)焊縫件=4mm，則焊縫所需長(zhǎng)度為焊縫長(zhǎng)度32mm=8h/60h=240mmfwf肢背：l=0.7N=一0758691=45.85mm,根據(jù)構(gòu)造要求取60mmw2hfw2x0.7x4x16

26、0ef肢尖：l=0.3N=0358691=19.65mm,根據(jù)構(gòu)造要求取50mmw2hfw2x0.7x4x160ef3)Fe桿焊縫計(jì)算N=-97.92KN角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=160N/mm2，根據(jù)構(gòu)造要求設(shè)焊縫hf=4mm，則焊縫所需長(zhǎng)度為焊縫長(zhǎng)度32mm=8hl60h=240mmfwf肢背：l=0.7N=0.792262=72.08mm,根據(jù)構(gòu)造要求取90mmw2hfw2x0.7x4x160ef肢尖：l=0.3N=一0392262=30.89mm,根據(jù)構(gòu)造要求取50mmw2hfw2x0.7x4x160ef(4)下弦桿焊縫驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫承受兩相鄰內(nèi)力之差：N=745.12-606.

27、96=138.16KN根據(jù)節(jié)點(diǎn)放樣，得節(jié)點(diǎn)板尺寸為400X320mm,見(jiàn)圖受力最大肢背焊逢應(yīng)力驗(yàn)算：設(shè)h=6mmf=160N/mm20.75AN0.75x130176/t=29.95N/mm22x0.7hl=80.45N/mm2(0.25x438.538)+(58.691/(2x1.22)2x0.7h”l”fw=27.38N/mm2fw=160N/mm23.屋脊節(jié)點(diǎn)“H”（1）上弦桿拼接計(jì)算上弦桿常采用同鋼號(hào)鋼拼接，為了連接緊密和便于施焊，常需將拼接角鋼的棱角削圓并切去垂直肢的一部分寬度=+hf+5mm=10+6+5=21mm.拼接接頭一側(cè)的連接焊縫長(zhǎng)度按上弦桿內(nèi)力計(jì)算，設(shè)焊縫長(zhǎng)度h=9mm,

28、每f條焊縫所需長(zhǎng)度為N4x0.7hfw7148544x0.7x9x160=177.3mm取拼接角鋼長(zhǎng)度L=2(l+2h)+20=410.6mm取L=800mmwfAg卜A758.70KN辜二2Z70X473673KN2/70X473.637KN73.637KN2/125X80X12-7n屋脊節(jié)點(diǎn)“H”2/125X80X122)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載，強(qiáng)度足夠上弦桿肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，按上弦桿內(nèi)力的15計(jì)算。設(shè)h=6mm，節(jié)點(diǎn)板的長(zhǎng)度為430mm,節(jié)點(diǎn)一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度為fl=430/2-20-12=183mmw焊縫應(yīng)力驗(yàn)算：0.15N0.15x7148

29、542hl2x0.7x6x183=69.76N/mm2fw0.15Nxex60.15x714854x60 x62hl22x0.7x6x1832=137.22N/mm269.762+137.22、2I1.22=132.36N/mm2u-i2Z125X80X82110X70X102632KKM十/IVrXoc4111.1111加勁肋計(jì)算簡(jiǎn)圖支座節(jié)點(diǎn)“a”1)支座底板計(jì)算支座反力：R=7P=7X62.2908=436.04KN所需底板凈面積：a二蘭=436040nfc14.3=30492mm2(4)支座節(jié)點(diǎn)“a”設(shè)底板尺寸為250X380mm底板平面凈面積：A=250 x250=62500mm2R410840=6.57N/mm2A62500n單位寬度彎矩為底板下平均應(yīng)力為：Gn底板為兩相鄰邊支撐板，M=paa21a=250 x旦177mm2b=a/2=89mmIIb由f=0.5,近似采用三邊簡(jiǎn)支板系，查表7-13(陳紹蕃主編鋼結(jié)構(gòu)a1基礎(chǔ)P273)得p=0.058M=0.058x6.57x(177)2=11938N-mm所需底板厚度:t=6M=6x11938=18.25mm,取t=20mm215(2)加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊