西科大27米钢屋架设计

1、一、设计资料1、题号39已知条件：梯形钢屋架跨度27m，长度102m，柱距6m。该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.000 m。冬季最低温度为20，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.1 kN/m2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm400 mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。2、屋架计算跨度： 3、跨中及端部高度： 本设

2、计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27m轴线处的端部高度，屋架的中间高度：，则屋架在26.7m处，两端的高度为。屋架跨中起拱按考虑，取50mm。二、结构形式与布置 屋架型式及几何尺寸如图1所示。 图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2），安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。梯形钢屋架支撑布置如

3、图2.13。 图2 屋架上弦支撑布置 GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）三、荷载计算 屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.7kN/ 进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为m。表2.2 荷载计算表荷载名称标准值（kN/）设计值（kN/）预应力混凝土大型屋面板1.41.41.351.89三毡四油防水层0.40.41.350.54找平层（厚20mm）0.02200.40.41.350.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.0860.

4、480.481.350.648屋架和支撑自重0.12+0.011270.420.421.350.567管道荷载0.10.11.350.135永久荷载总和3.24.32屋面活荷载0.70.71.40.98积灰荷载0.60.61.40.84可变荷载总和1.31.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 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：（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：半跨节点可变荷载：（3） 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：半跨节点屋面板自重及活荷载：（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况

5、。四、内力计算由图解法或数解法解得F1的屋架各杆件的内力系数（F1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，计算结果见表2。表2 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合值计算杆内力(kN)全跨左半跨右半跨第一种组合F第二种组合第三种组合F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦AB000000000.0 BC-9.97-7.19-2.79-550.94-505.41-433.33-218.45-122.91-550.94 CD-9.97-7.19-2.79-550.94-505.41-433.33-218.45-122.91-550.94 DE

6、-15.8-10.75-5.06-873.11-790.39-697.19-331.16-211.28-873.11 EF-16.38-11.33-5.06-905.16-822.44-719.74-347.64-214.24-905.16FG-16.38-11.33-5.06-905.16-822.44-719.74-347.64-214.24-905.16 GH-18.67-11.05-7.62-1031.7-906.89-850.71-352.79-292.04-1031.7 HI-19.17-11.05-7.62-1059.33-926.33-870.15-355.34-294.59-

7、1059.33 IJ-19.17-11.54-7.62-1059.33-934.36-870.15-366.77-294.59-1059.33下弦ab5.363.961.41296.19273.26231.49119.6463.76296.19bc13.319.343.97735.51670.48582.52285.60170.43735.51 cd18.2411.426.821007.94896.23820.88359.22269.191007.94de17.818.98.9984.18838.24838.24298.29320.72984.18斜腹杆aB-10.05-7.42-2.63-5

8、55.36-512.28-433.82-224.22-119.19-555.36Bb7.955.572.38439.32400.33348.08170.38102.02439.32bD-6.47-4.18-2.29-357.53-320.02-289.06-130.43-92.15-357.53Dc4.612.592.02254.75221.66212.3283.8875.69254.75cf-3.5-1.01-2.49-193.41-152.62-176.87-41.39-82.17-193.41fG-2.69-0.21-2.49-148.65-108.03-145.37-18.61-78.

9、04-148.65Ef0.730.73040.3440.3428.3820.733.7240.34Gd0.72-0.931.6639.7912.7655.18-18.0146.55-18.0155.18dg1.153.13-1.9763.5595.9812.4478.83-45.02-45.0295.98gJ1.893.87-1.97104.44136.8741.2299.85-41.25-41.25136.87Hg0.670.67037.0237.0226.0519.033.4237.02竖杆Aa-0.5-0.50-27.63-27.63-19.44-14.21-2.55-27.63Cb-1

10、-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Ec-1.5-1.50-82.89-82.89-58.32-42.61-7.65-82.89Ff-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Hd-1.5-1.50-82.89-82.89-58.32-42.62-7.65-82.89Ig-1-10-55.26-55.26-38.88-28.41-5.1-55.26Je000000000五、杆件设计1.上弦杆整个上弦采用等截面，按HI、IJ杆件的最大设计内力设计。 N=-1059.33KN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度在屋架平

11、面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取为支撑点间的距离，即根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N-555.36kN，查表得，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。设，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类），则需要的截面积：回转半径： 根据需要A、查角钢规格表，选用2L18011012，肢背间距a12mm，则A67.42，按所选角钢进行验算： ， 满足长细比的要求。由于，只需求，查表0.849，则所选截面合适，上弦截面如图所示：图6上弦截面 2

12、.下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd杆计算。 N=1007.94KN，所需截面积为（因跨中有通长系杆）:选用2L16010010，因故用不等肢角钢，短肢相并。A50.6， ， ，所以满足要求。下弦截面如图： 图7下弦截面3.斜杆按端斜杆aB最大设计内力设计。杆件轴力： 计算长度： 因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用2L1258010。则 A39.42， 因，只需求，查表得，则 故所选截面合适。端斜杆截面如图： 图8端斜杆截面4、腹杆腹杆cf-fG在f节点处不断开，采用通长杆件。, 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 ，在桁架平面外的计算长度：选用

13、2L807，查角钢规格表得A21.72， 由于，只需求。查表0.524，则:再分腹杆截面如图： 图9：再分腹杆截面 5. 竖杆Hd，由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半径为，查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2L635，其几何特性为： A12.29， 由于，只需求。查表0.406，则:中央竖杆截面如图： 图10：竖杆截面其余各杆件的截面选择结果见表3。 表3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表名称杆件编号内力/kN计算长度/cm截面规格截面面积/回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数计算应力上弦HI、IJ-1059.33150.8452.41801101267.423.088.7

14、54951.71500.849185.06下弦cd1007.9445013351601001050.632.857.78157.9171.63500.246161.6腹杆aB-555.36253253125801039.4243.3963.574.91500.721195.4Bb439.32262.2262.21001038.523.054.6085.957.01500.648176bD-357.53287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.594156.3Dc254.75287.3287.31001038.523.054.6094.262.51500.

15、594111.3cf-193.41208.7393.380721.722.463.7581.8104.91500.524164.3fG-148.65208.7393.380721.722.463.7581.8104.91500.524130.6Ef40.3418918963512.291.943.0497.462.21500.57557.1Gd-18.0155.18326.5326.590621.272.794.1311779.11500.254102.1dg-45.0295.98224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.341107.4gJ-41.25

16、136.87224.9425.963512.291.943.04115.9140.11500.34198.4Hg37.02203.5203.563512.291.943.04104.966.91500.52357.6竖杆Aa-27.63161.2201.563512.291.943.0483.166.31500.66833.7Cb-55.2618423063512.291.943.0494.875.71500.58876.5Ec-82.8920826063512.291.943.04107.285.51500.511132Ff-55.2610413063512.291.943.0453.642

17、.81500.83853.7Hd-82.8924430590621.272.794.1387.573.81500.40696Ig-55.26122152.563512.291.943.0462.950.21500.79156.8六、节点设计采用E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值（1） 下弦节点b设 bB 杆的肢背和肢尖焊缝 ，所需焊缝长度为：肢背：肢尖：取，。设 bD杆的肢背和肢尖焊缝 ，所需焊缝长度为：肢背：肢尖：取，。Cb杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图（见图11），从而确定节点板的

18、尺寸为340475mm。下弦与节点板连接到焊缝长度为475mm，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差NNbc-Nab735.51-296.19439.32kN。验算肢背焊缝的强度： 图11：下弦节点“b”（2） 上弦节点“B”斜杆Bb与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b中Bb杆计算相同。斜杆Ba与节点板连接焊缝计算：N=-555.36kN。设 “aB”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度为肢背：肢尖：取，。为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计

19、算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载。上弦与节点板间焊缝长度为460mm，则节点如图:图12：上弦节点“B” （3） 屋脊节点“J”弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=-1059.33kN。设肢尖、肢背焊脚尺寸为 10mm。则需焊缝长度为拼接角钢的长度弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取540mm上弦与节点板间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。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,节点板长度为500mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为。焊缝应力为： 因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼