钢结构屋架设计书.doc

一 设计资料某车间屋盖（无吊车、无天窗、无振动设备）跨度为27m，柱距为6m，厂房总长度为240m。屋面采用1.56的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。屋面可变荷载标准值：1.0 kn/，屋架自重：（0.12-0.011l）=0.417kn/（其中l为屋架跨度），屋面板自重：1.4 kn/，不含屋架、屋面板自重的永久荷载标准值：2.5 kn/。屋架采用梯形钢屋架，且屋架支承于钢筋混凝土柱顶。屋架计算跨度： l=27-20.15=26.7m屋架中间高度：h=3.340m在26.7m的两端高度为：h=1.990m屋架跨中起拱54mm(l/500)二 结构形式与布置屋架形式及几何尺寸及屋架支撑布置如图、图2、图3、图4、图5所示三.荷载计算荷载按永久荷载效应起控制作用：f=1.35s+1.40.7s 可变荷载效应起控制作用：f=1.2s+1.4s分别计算各种荷载引起的节点荷载。控制形式： 永久荷载效应控制 可变荷载效应控制永久荷载：屋面板 1.4 1.35=1.89kn/ 1.41.2=1.68 kn/屋架自重 0.4171.35=0.5630 kn/ 0.4171.2=0.5004 kn/永久荷载（不含自重） 2.51.35 =3.375 kn/ 2.51.2=3 kn/ 总计 5.828kn/ 5.1804 kn/可变荷载： 11.40.7=0.98n/ 11.4=1.4 kn/经验算可知、情况为永久荷载效应控制，情况为可变荷载效应控制。所以按以下方式计算节点荷载：全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载：f=（5.828+0.98）1.56=61.272kn 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： =5.8281.56=52.452kn半跨节点可变荷载：=0.981.56=8.82kn全跨屋架自重+半跨屋面板荷载+半跨可变荷载全跨节点屋架自重：=0.50041.56=4.504kn半跨节点屋面板自重及可变荷载：=（1.68+1.4）1.56=27.72kn其中、为使用阶段荷载情况，为施工阶段荷载情况。4.内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如图所示由电算先解得f=1的屋架各杆件的内力系数（f=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见下表：屋架杆件内力组合表5.杆件设计钢材选用q235-b级，焊条采用e43型，手工焊。由内力组合表可各最大内力n=-626.26kn查规范可知，节点板厚度选12mm，支座处节点板厚度选14mm。各杆件设计：上弦杆整个上弦采用等截面，按ij杆件之最大设计内力设计n=-1177.53kn=-1177530n上弦杆计算长度在屋架平面内：为节间轴线长度=150.8cm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况，取=3150.8=452.4cm因为=3 lox ，故宜选用两个不等肢角钢短肢相并的t型截面形式。设=60，查附表2.2得=0.807需要截面积： a=6786.7 需要的回转半径： =2.51 =7.54根据需要的a、查角钢规格表（附表d-18），选用2l20012512，a=75.82，=3.57，=9.62，按所选角钢进行验算： =42.24150=47.03150满足长细比的要求。由于，只需求。查附表e-9-2得：=0.807则=178.51n/215n/又= 故取=47.03a=52.16 =144.69350=152.57350由= 故取=152.57350所选截面合适。端斜杆ab杆件轴力n=-626.26kn=-626260n计算长度=253，因为=，故采用两个不等肢角钢长肢相并截面形式，为尽量使：选用2l1409012，则a=52.80，=4.44，=3.77=56.98150=67.11150因，只需求：=0.768=215n/由故所需截面合适。腹杆dg-gj此杆在g节点处不断开，采用通长杆件。最大拉力=135.68kn另一段 89.89kn最大压力49.16kn另一段 =45.68kn此处为再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距=224.5cm在桁架平面外的计算长度=4490（0.75+0.25）=4410.5mm=441.05mm因2，故宜选用两个等肢角钢组成的截面形式。选用2l755，由附录中附表d-17得a=14.82，=2.32，=3.50=96.77150=126.0150因，查表得=0.406=215n/拉应力=215n/由 可推出（1+）=129.89150所选截面合适。腹杆cf、fg同样此杆在f节点处不断开，采用通长杆件 又=208.3cm =416.6（0.75+0.25=3921.3mm=392.13cm因2，故宜选用两个等肢角钢组成的截面形式。选用2l755，a=14.82，=2.32，=3.50=89.78150=112.04150因，查表得=0.481=215n/由 可推出（1+）=116.42150所选截面合适。（5）竖杆hdn=-91.66kn=-91660n=0.8=0.8304.0=243.2cm=304.0cm内力较小，按选择，需要的回转半径为 =1.62=2.03查型钢表选取截面时，其和应较上述计算的和略大些故选用2l705，截面几何特性a=13.75，=2.16，=3.31=112.59150=91.84150因，只要求。查表得=0.477=215n/由 可推出（1+）=96.37150 所选截面合适。各杆件的设计截面选择如下表所示：6.节点设计各杆件的内力和截面由“杆件内力组合表”和“杆件截面选择表”查得。用e43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160n/。下面进行各节点设计：(1)上弦节点“b” 腹杆与节点板的焊缝： 设“ab”杆的肢背和肢尖焊缝=11mm和10mm，则所需的焊缝长度为：肢背：165.2mm 取18cm。肢尖：97.9mm 取12cm。设“bb”杆的肢背和肢尖焊缝都为=6mm，则所需的焊缝长度为：肢背：249.0mm 取27cm。肢尖：106.7mm 取12cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为530mm380mm。 弦杆与节点板的焊缝考虑上弦杆内力与集中荷载的共同作用，为连接方便上弦角钢肢背采用槽焊，且=节点板厚度=12=6mm；上弦肢尖采用角焊缝，=10mm，上弦与节点板间的焊缝长度为530mm。验算：上弦肢背塞焊缝计算：11.5 n/0.8=128 n/注：节点荷载由槽焊缝承受，由上步验算可知槽焊缝肯定是安全的，以下各上弦节点不再作槽焊缝的验算，均视为满足强度。上弦肢尖角焊缝计算：86.33 n/96.49 n/ 焊缝强度满足要求。(2)上弦节点“c 腹杆与节点板的焊缝： 设“cb“杆的肢背和肢尖焊缝都为=5m，则所需的焊缝长度为：肢背：38.3mm 取4cm。肢尖：16.4mm 取4cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸如图。验算：上弦肢尖角焊缝计算：0 焊缝强度满足要求。注：由于上弦节点“f”“i”杆件内力和截面选择及角钢类型的选择均与“c”节点相同，所以上弦节点“f”“i”同节点“c”图相同。(3)上弦节点“d” 腹杆与节点板的焊缝： 设“db”杆的肢背和肢尖焊缝都为=6mm，则所需的焊缝长度为：肢背：205.7mm 取23cm。肢尖：88.2mm 取10cm。设“dc”杆的肢背和肢尖焊缝为=6mm和5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：146.2mm 取17cm。肢尖：75.2mm 取9cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为480mm350mm。 弦杆与节点板的焊缝上弦肢尖采用角焊缝，=10mm，上弦与节点板间的焊缝长度为480mm。验算：上弦肢尖角焊缝计算55.40n/68.65 n/ 焊缝强度满足要求。(4)上弦节点“e” 腹杆与节点板的焊缝： 设“ec”杆的肢背和肢尖焊缝都为=5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：57.3mm 取6cm。肢尖：24.6mm 取4cm。设“ef”杆的肢背和肢尖焊缝都为= 5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：28.1mm 取4cm。肢尖：12.1mm 取4cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为280mm240mm。 弦杆与节点板的焊缝上弦肢尖采用角焊缝，=10mm，上弦与节点板间的焊缝长度为280mm。验算：上弦肢尖角焊缝计算：9.90n/21.70n/ 焊缝强度满足要求。(5)上弦节点“g” 腹杆与节点板的焊缝： 设“gf”杆的肢背和肢尖焊缝都为=5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：101.6mm 取13cm。肢尖：43.6mm 取6cm。设“gd”杆的肢背和肢尖焊缝都为= 5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：31.7mm 取4cm。肢尖：13.6mm 取4cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为420mm270mm。 弦杆与节点板的焊缝上弦肢尖采用角焊缝，=10mm，上弦与节点板间的焊缝长度为420mm。验算：上弦肢尖角焊缝计算：24.54n/34.97n/ 焊缝强度满足要求。(6)上弦节点“h” 腹杆与节点板的焊缝： 设“hd”杆的肢背和肢尖焊缝都为=5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：57.3mm 取6cm。肢尖：24.6mm 取4cm。设“hg”杆的肢背和肢尖焊缝都为= 5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：25.8mm 取4cm。肢尖：11.0mm 取4cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为270mm230mm。 弦杆与节点板的焊缝上弦肢尖采用角焊缝，=10mm，上弦与节点板间的焊缝长度为270mm。验算：上弦肢尖角焊缝计算：8.77n/19.99n/ 焊缝强度满足要求。（7）下弦节点“b”“bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同，即肢背取27cm。肢尖取12cm。“bd”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“d”相同，即肢背取23cm。肢尖取10cm。 “cb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同，即肢背均取4cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸500mm450mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为500mm，取=10mm。所受的内力为左右两下弦杆的内力差n=820.74-347.78=472.96kn。要受力较大的肢背处的焊缝应力为：52.79n/=160n/焊缝强度满足要求。（8）下弦节点“c”“dc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“d”相同，即肢背取17cm。肢尖取9cm。“ec”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“e”相同，即肢背取6m，肢尖取4cm。设“cf”杆的肢背和肢尖焊缝为= 5mm和4mm，则所需的焊缝长度为：肢背：132.8mm 取16cm。肢尖：71.2mm 取9m。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸510mm370mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为510mm，取=10mm。所受的内力为左右两下弦杆的内力差n=1121.4-820.74=300.66kn。要受力较大的肢背处的焊缝应力为：32.87n/=160n/焊缝强度满足要求。（9）下弦节点“d”“gd”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“g”相同，即肢背均取4cm。“hd”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“h”相同，即肢背取6cm，肢尖取4cm。设“dg”杆的肢背和肢尖焊缝均为= 5mm，则所需的焊缝长度为：肢背：56.2mm 取8cm。肢尖：24.1mm 取4cm。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸370mm300mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为370mm，取=10mm。所受的内力为左右两下弦杆的内力差n=1121.4-1092.36=29.040kn。要受力较大的肢背处的焊缝应力为：4.44n/2262.84=525.68mm。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载。一般强度满足要求，不作验算。 上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝：=10mm，节点长度为60cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为-10-20=270cm，焊缝应力为： 46.73n/98.65n/因屋架的蹁较大，需将屋架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。（13）下弦拼接节点“e”下弦拼接节点用与下弦杆规格尺寸相同的角钢来拼接，拼接方式与上弦的拼接节点相同，即切除竖肢、产棱角，截面的削弱由节点板补偿。按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸600mm240mm。（14）支座节点“a”为了便于施焊，