钢结构屋架设计

1、钢结构屋架设计一、设计资料厂房总长60m,跨度为24ml屋架间距b=6mm端部高度H=1990mm中部高度 H=3190mm1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C20,屋面坡度为i=1：10 ; L为屋架跨度。地区计算温度高于一20C,无需抗震设防。2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0作用下杆 件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材为 Q235钢，焊条为E43型，手工焊3、屋盖结构及荷载 采用无檩体系。用1.5 X6.0预应力混凝土屋板。荷载：屋架及支撑自重：q=0.384KN/m2屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m2,雪荷载的基

2、本雪压标准值为 =0.7KN/m2活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值屋面个构造层的恒荷载标准值：水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.4KN/m2预应力混凝土屋面板1.6KN/m2永久荷载总和=2.784KN/ m2,活荷载总和=0.7 KN/ m24、荷载组合。一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数丫g=1.2;屋面活荷载活雪荷载：y q=1.4,组合值系数6=0.7）F= （1.2 X 2.7844+0.7 X 1.4） X 1.5 X 6=37.2 KN按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系

3、数丫g=1.35;屋面活荷载活雪荷载：y q=1.4 ,组合值系数6=0.7）F= （1.35 X 2.784+0.7 X 1.4 X 0.7 ） X 1.5 X 6=38.2KN故取节点荷载设计值为 F=38.2 KN,支座反力R=8F=305.6 KN二、屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10 ；屋架计算跨度 Lo= 24000 300 = 23700mm端部高度取 H=1990mm跨中高度取3190mm下端起拱50mm屋架几何尺寸如图1 所示：2o L0 基aci g， ， ， ecai . 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值4

4、三、支撑布置由于房屋长度有90米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两 端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三 道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。15*60CO- HDjul桁架上弦示意图 fl A二 n. n ,口. irt;nrin nnin15000= 900000gm目下7L&L桁架下弦示意图15四、杆件界面设计(1)上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算：Ma=-580.3KN , 10x=150.8cm, 10y=301.6cm故截面应选择等边角钢截面。假定人=50,则2=0.856, Aeq=N/ f=5

5、803/ (0.856 X215) 31.5 cmi =1 ox/ 人=150.8/50=3.02cmyreqi yreq= l oy/=301.6/50 = 6.03cm由附表7.6选2L110X 10,肢背间距a=10mmA=2X 19.26=38.52cm2、i x=3.05cm、i y=4.52cm截面验算:x=lox/ i x =150.8/3.05=49.4<=150（满足）=150（满足）y = l oy/ i y=301.6/4.52=66.7< b/t=10/1=10 <0.58 X 301.6/10=17.5yz0.415b41 y2 2y l2t2ioy

6、 i69.7yz > x ,故 max yz查表得= 0.7528由N/A=5803/（0.7528 X 38.52）=200.1N/mm2< f=215 N/mm2故上弦杆采用2 L110X10（2）下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力 N=576.9 KN计算lox= 300cm l 0y =1185cm2Anqeq=N/f=26.83cm由附表 7.6 选 2 L100 X8 , a=10mmA= 2X15.64=31.28 cm 2 , i x = 3.08cm , i v = 4.48cm xy=N/An =5769/31.28=185N/ mm2< 215 N/

7、 mm2 （满足）x = ox/i x = 300/3.08=97.4< = 350（满足）y = loy/ i y=1185/4.48=264.5< = 350（满足）故下弦杆采用2 L100X8 (3)腹杆aBN=-336.7KN , ox= oy=253cm选用截面 2L90X 8, a=10mm截面几何特性：几何面积：A=27.88cm2回转半径：i x=2.76cm, i y=4.09cm.253 5长细比：x - 91.71502.76253.54.0961.9150b/t=9/0.8=11.25 <0.58 X 253/9=16.3466 x 91.7.0.41

8、5b1 yz y2 + 2loytmax91.7查表得x=0.610贝J =N/ xA=3367/0.610 X27.88=198N/mm2v 215 N/mm2 （满足）所以选择截面为2L90X 8的等肢角钢，肢背间距为a=10mm（3）腹杆BcN=262.1KN, 0x=0.8 乂 261.3=209cm, 0y=261.3cm选 2 L70 X5, a=10mmA= 2X6.88 =13.76 cm2, i x = 2.16cm , i y = 3.24cm22=N/An =2621/13.76= 190.5N/ mm < 215 N/mm （潴足）x = ox/ i x = 20

9、9/2.16=96.8v =350（满足）y = oy/ i y=261.3/3.24=80.6< = 350（满足）选用截面 2L70X 5 , a=10mm（5）腹杆FgN=43KN, ox= oy=0.8 X 312.4=249.9cm选 2L56X5, A=2X 5.42=10.84cm2满足最小角钢要求=1.72cmi y= 2.69cmox249.91.72145.3150 满足要求loyu312.42.69116.1150 满足要求。(6)腹杆gHN=0.46KN, l ox=0.8 X339=271.2cm, 10y=339cm选 2L63X5, i x = 1.94cm

10、 , i y = 2.97cmx =l ox/i x=139.8 < 150 满足y =l oy/i y=114.1< 150满足。(7)腹杆HiN=-40.9KN lox=0.8 x 339=271.2cm, 10y=339cm选 2L63X5, i x=1.94cm , i y = 2.97cmx =l ox/i x=139.8 <150满足y=1oy/i y=114.1 <150满足。按第二种荷载组合(8)腹杆IiMi压力略微增加，但其值小，可满足要求。N=78.2KN l ox =0.9 X 319=287.1cm选 2L63X5,十字相连 ，A=12.28,

11、i x = 2.45cmx =l ox/i x=117.2 < 350 满足承载力验算：=N/ A=782/12.28=63.7N/mm2< 215(满足)所以选择截面为2L63X 5的等肢角钢，肢背间距为a=10mm其余截面选择见下表:屋架杆件截面选用表杆件 名称杆 件 号内力设 计值 (kN)计算长度所用截面截面 积 (cm2)计算 应力(N/2、cm)容许长 细比 入填板数10x(m m)10y(mm )上弦 杆FG、GH-953.6 9150830002 L125 >80M039.4204.48150每节向1下弦 杆gi948.061500120002 L125 &g

12、t;80M246.8202.58350每节问1aB-554.34253525352L90X1240.62189.0 01502Bc429.97208626082L90 X 827.88202.0 53502cD-339.9 8228728592L90X1240.62127.21502De231.24228728592L90 X 827.8882.943502eF-153.74250331292L90X1240.6262.561502Fg78.44249531192L90 X 827.8828.133502腹杆gH-42.29271733962L63 X 614.5884.811503Hi-95

13、.52269633702L63 X 614.58189.91503Aa-31.25199019902L63 X 614.5839.991502Cc-62.50183222902L63 X 614.5875.471502Ee-62.50207225902L63 X 614.5884.381503Gg-62.50231228902L63 X 614.5898.091503Ii26.87289128912L63 X 614.5818.432003五、节点设计(1)屋脊节点。竖杆Ii杆端焊缝按构造取八汴口 lw为5mmf口 80mm上弦与节 点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的

14、集中荷载，一般可不做计算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力N=0.15X562=84.3(kN).其 产 生N的15%fi行计算，即：的 偏 心 弯 矩现取节点板尺寸如图所示。设肢尖焊脚尺寸hf2=6mm则焊缝计算长度M= Ne=84.3 103 50 =4215000 (N?mr)ilw2=200 2X 16 5=183 (mr 验算肢尖焊缝强度:26M2f 2 0.7 hf2lw22N2 0.7hf2lw226 421500021.22 2 0.7 6 18384.3 1032 0.7 6 183=91.9(N/mn2) < ffw =160N/mnr (满足要求)上弦杆起拱后坡度为拼接角钢

15、采用与上弦相同截面，热弯成型。9.6拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸h f=t-2=10- 2=8 (mmi。则接头一侧需要的焊缝计算长度为:N4 0.7hfffw562 1034 0.7 8 160156.8 mm拼接角钢的总长度为:1l 2 lw 2hf a 2 156.8 2 810 2100376.4(mm)9.6取 l =400mm拼接角钢竖肢需切去的高度为：=t hf 5 10 8 5 23(mm)取 =25mm竖肢余留高度为75,mm(2)下弦拼接节点。拼接角钢采用与下弦相同截面。拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计。设角焊缝焊脚尺寸 hf t 2 8

16、 2 6(mm),则接头一侧所需要的焊缝计算长度为:lwAf4 0.7hf ffw31.28 102 2154 0.7 6 160250.2(mm)拼接角钢的总长度为:l 2 lw hfa 2 250.2 2 6 10 534.4(mm)取l=540mm,拼接角钢水平肢较宽，故采用斜切，不但便于焊接，且可增 加焊缝长度，水平肢上的安装螺栓孔，待屋架拼装完后可用于连接屋架 下弦横向水平支撑。竖肢因切肢后余留高度较小，不设安装螺栓。拼接角钢竖肢需切去的高度为：t h 5 8 6 5 19mm （mm取二20mm即竖肢余留高度为80mm取两斜腹杆杆端至节点中心距离为230mm竖杆杆端至节点中心则取9

17、0mm按工程惯例梯形屋架通常取下弦节点中心至各腹杆下端的距离为5mm的倍数，各腹杆的角钢长度亦取 5mmi£ 10mnm勺倍数，而让上弦节 点中心f腹杆上端的距离为不规则尾数）。节点板按布置腹杆杆端焊缝 需要，采用一330X 10X3800（3）支座节点。根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用一 380X 12X440. 为便于施焊，取底板上表面至下线轴线的距离为 160mm且在 支座中线处设加劲肋一90X10,高度与节点板相同，亦为 440mm1）底板计算。支座反力：R 8F 305.6kN根据构造需要，取底板尺寸为 280mme 380mm锚栓采用2M24并用图示U形缺口。柱采用

18、的C20混凝土 fcc 10N/mm2。作用于底板的压应力为（垂直于屋架方向的底板长度偏安全地仅取加劲肋部分）p R 305.65.68 N / mm2 < fcc =10N/mm2 （满足要求）An 192 280底板被节点板和加劲肋分成4块相邻边支撑板，故应计算底板单位宽度上 的最大弯矩：立 292 0.466 （查表 0=0.0546）a1169.822Mpa10.0546 5.68 169.88942（N ?mm/mm）需要底板厚度：取f=205 N /mm2 (按板厚 t>1640mmMfi)t6 8942 20516.2N/mm2 取 20mm2 ）加劲肋计算。对加劲肋和节点板间的两条竖直焊缝进行验算:设hf 6mm,取焊缝最大计算长度lw 60hf 60 6 360mm 425mm(实际焊缝长度) R 305.6V - 76.4(kN)4426M,r2f 2 0.7 hflw2N2 0.7hflw