21米梯形钢屋架设计说明书

1 21 米梯形钢屋架设计说明书 一、设计资料 天津地区一单跨物资仓库，长 96 米，跨度为 21 米，钢筋混泥土柱（ 400 400），柱距 6米，混凝土标号为 用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。屋面檐口离地面高度 设计温度高于 屋面坡度 i=1:10，采用 应力混凝土大型屋面板，标准值为 0厚水泥砂浆找平层，标准值为 沫混凝土保温隔热层，标准值为 层做法卷材屋面防水层，标准值为 屋面积灰荷载 荷载为 架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400400他资料参照相关标准规定。 根据天津地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用 条采用 工焊。 二、屋架形式及尺寸 无檩屋盖， i 1/10，采用平坡梯形屋架。 屋架计算跨度为 20700 端部高度取 1990 中部高度取 H 1990+2100/2 3040 屋架杆件几何长度见附图 1所示，屋 架跨中起拱 42 L/500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板 宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为 在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。 屋架杆件几何长度（单位： 三、屋盖支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山 2 墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间 ，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图 2。 12 211弦支撑6 0 06 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 06 0 0 06 0 06 0 0706 0 0 0 6 0 0 06 0 06 0 0 06 0 0 0210006 0 0 0 x 1 2 6 0 0 0 x 1 2附图 2：屋面支撑布置图（单位： 四、荷载计算与组合 1、荷载计算 永久荷载设计值： 防水层 （ 八层做法 ） 平层（ 20水泥砂浆） 沫混凝土保温层 应力混凝土大型屋面板 屋架和支撑自重 （ 21） 共 可变荷载设计值： 雪荷载 灰荷载 由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。 2、荷载组合 计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合： 使用阶段 “全跨恒荷载 +全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载 +半跨屋面均布活荷载”。 3 恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值恒 恒P 6 P 6 工阶段“屋架及支撑自重 +半跨屋面板自重 +半跨屋面活荷载”。这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨 的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值 恒P 分别为： 恒P 6 活P （ 6 、内力计算 采用图解法计算屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数。根据算得的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。 杆力组合表 杆件 名称 杆力系数 内力值 计算杆内力 组合项目 P 1 使用阶段 施工阶段 P 恒 3 P 活 1 2 P 恒 3 P 活 1 P 活 2 在左半跨 在右半跨 全跨 全跨恒载 在左半跨 在右半跨 全跨恒载 在左半跨 在右半跨 1 2 3 4 5 6 7 8 9 上弦 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 下弦 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 斜杆 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4 4+5+6 4+5+6 +8 7+9 +8 7+9 竖杆 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 4+5+6 510 . 51 11 11A E a b c d 34567 8 9 1 0 1 1 1 21 3 1 4 1 51 6 1 7 181 9202 1222 324252627282930313233 343 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 六、杆件截面选择 1、上弦 个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。 N 15083016大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取 两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力 中间节点板厚度 t 10座节点板厚 t 12 先由非对称轴选择截面，假设 60，由附表 4得 双角钢组成的 需要的截面面积： 2761 一般角钢厚度 15第一组，故取 f 215 N/要的回转半径为 00 弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的 据需要的sA、5 选用 290 10（短边相连）： A 点板厚 10 150。 验算 ，x N/f 215 N/ 验算对称轴 b1/t 14/1 14 比 54)22412201 150，查附表 4 y ， 1 354 2408 9 3 N/f 215 N/ 满足要求。 垫板每节间放置一块（满足 围内不少于两块）， 40i 40 2、下弦 弦也不改变截面 ，采用最大设计杆力计算， N 300020700/2 10350要的净截面面积为 2190 用 290 10（短边相连）： A 验算：在节点设计时，将位于下弦杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，且使栓孔中心到节点板近 端边缘距离不小于 100截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（ 350） 15 50 故 1 1 14 2 4 0 03 f 215 N/ 满足要求。 垫板每节间放置一块， 15080i 80 3、端斜杆 25242524要的净截面面积为 6 1399 用 290 8（长边相连）： A 150 验算： b2/t 90/8 bl y ， 0 换算长细比 82)0)2422042 150，查附表 4 y ， N/f 215 N/ 满足要求。 设两块垫板， 40i 40 4、斜腹杆 33953395要的净截面面积为 218 用 25： A 150 验算： 1 90 b/t 80/5 16 bl y ， 0 换算长细比 101)5)242204 tl 150，查附表 4 y ， N/f 215 N/ 满足要求。 设两块垫板， 40i 40 5、竖杆 杆不改变截面尺寸， N 2888 23102888用 25： A 150 7 验算： b/t 80/5 16 bl y ， 换算长细比 89)1)242204 tl 150，查附表 4 y ， N/f 215 N/ 满足要求。 设两块垫板， 40i 40 其余各杆的截面选择见表。需注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度为 它腹杆除 屋架杆件截面选择表 杆件 名称 内力（ 计算长度（ 截面形式和规格 截面面积（ 回转半径（ 长细比 容许长细比 稳定系数 计算应力（ N/ ix x y 弦 0 10 4 150 0 10 4 150 3 0 10 4 150 3 0 10 4 150 25 0 10 4 150 25 0 10 4 150 35 0 10 4 150 35 下弦 300 1035 20 10 17 153 350 36 300 1035 20 10 17 153 350 87 300 1035 20 10 17 153 350 107 300 1035 20 10 17 153 350 106 8 斜杆 0 8 6 82 150 20 0 8 8 84 150 2 0 8 4 90 150 5 0 8 4 90 150 8 5 26 95 150 2 5 26 95 150 2 5 37 101 150 4 竖杆 199 25 4 51 150 5 5 4 74 150 3 5 3 82 150 5 231 5 3 89 150 7 304 25 8 92 150 注：角钢规格共 3种 七、节点设计 在确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为： 角钢肢背所需焊缝长度 1l ：角钢肢尖所需焊缝长度 2l ：如腹杆 计杆力 N 肢背与肢尖的焊 脚尺寸各为 86 钢与长肢相连，故 ： 1 2 5821 6 1 l 2 l 它腹杆所需焊缝长度的计算结果见表 4。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取 t ， 80 8 5+10 50 4 腹杆杆端焊缝尺寸 杆件 名称 设计内力 （ 肢背焊缝 肢尖焊缝 9 125 8 90 6 100 8 70 6 80 8 60 6 5 8 40 6 表中 1l、 12为取整后数值 1、下弦节点“ b” 按表 4 所列 所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（附图 4）。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为 480脚尺寸 5缝承受节点左、右弦杆的内力差 N 222.6 算肢背焊缝的强度： 51 N/ 160 N/满足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能满足要求。竖杆 端应伸至距下弦肢尖为 20沿肢尖和肢背与节点板满焊。 附图 4：下弦节点“ b” 2、上弦节点“ B” 按表 4 所列腹杆 需焊缝长度，确定节点板形状和尺寸，如附图 5 所示。量得上弦与节点板的焊缝长度为 400 5节点板伸出上弦肢背 15由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载 P 弦杆内力差 N 293.8 共同作用。忽略 P 对焊缝的偏心并视其与上弦垂直，则上弦肢背的焊缝应力为： 10 附图 5：上弦节点“ B” 2323)52400(2400( 81 N/ 60 N/满足要求。由于肢尖的焊缝 应力更小，定能满足要求。 3、下弦中央拼接节点“ e（附图 6） 附图 6：下弦中央拼接节点“ e” （ 1）拼接角钢计算 因节点两侧下弦杆力相等，故用一侧杆力 算。拼接角钢采用与下弦相同的截面 290 10，设与下弦的焊缝的焊脚尺寸 8直肢应切去t+ 10+8+5 23 点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为： 接角钢需要的长度为： L 2（ 6） +10 2（ 129+16） +10 300 保证拼接节点处的刚度取， L 500 （ 2）下弦与节点板的连接焊缝计算 11 下 弦与节点板的连接焊缝按 焊脚尺寸 5点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度 11 22 附图 6中，节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的，从图中量得每条肢背焊缝长度为 155条肢尖焊缝长度为 120足要求。 4、屋脊节点“ H”（附图 7） （ 1）拼接角钢计算 附图 7：屋脊节点“ H” 拼接角钢采用与上弦相同的截面 290 10。设两者间的焊脚尺寸 8直肢应切去 t+ 10+8+5 23 上弦杆力 点每侧每条焊缝需计算长度为： 接角钢需要的长度为： L 2（ 6） +10 2（ 134+16） +20 320 保证拼接节点处的刚度取， L 700 （ 2）上弦与节点板间焊缝计算 上弦与节点 间在节点两侧共 8条焊缝，共同承受节点荷载 似地取 合力的数值为： 2P 2 焊脚尺寸 5条焊缝所需要长度为： s i 图量得焊缝长度为 220足要求。 5、支座节点“ a”（附图 8） （ 1）底板计算 12 附图 8：支座节点“ a” 底板承受屋架的支座反力 R 7P 7 采用 凝土的轴心抗压强度设计值 10 N/板需净面积 cn 栓直径 d 25栓孔布置见附图 8，栓孔面积为： A 50 40 2+ 252 5963 板需面积为 A 27531+5963 33494 构造要求底板面积取为 A 280 350 98000 足要求。 底板承受的实际均布反力 6 39 8 0 0 0 53 qN/节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板，它们对角线长度 1及内角顶点到对角线的距离 1 22 417 514 0 22 b 112 mm 1 得 相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为： M 1 3 2242 8731 需底板厚度为 t t 20 实取底板尺寸为 350 20。 （ 2）加劲肋与节点板的焊缝计算 焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为 492算长度 492465（ 设焊脚尺寸 6每块加劲肋近似的按承受 R/4计算， R/4 作用点到焊缝的距离为 e（ 140+15 74.5 焊缝所受 剪力 V 13 及弯矩 V 68.8 V e 5126 缝强度验算 （ 3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算 上述零件与底板连接 焊缝的总计算长度为（设 8 2 280+2/（ 28015） 8 1004