梯形钢屋架设计

1、1. 设计资料某工业厂房，总长度120M，屋架柱距6M，采用1.5 6M预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水混砂浆找平层，三毡四油防水层，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸400400mm,混凝土强度等级为C30，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。屋面坡度i=1/10。2. 结构形式与布置桁架形式及几何尺寸如图所示。桁架支撑布置图3荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可以知道屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以()换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（）计算

2、，跨度单位为m。1.永久荷载：三毡四油防水层： 0.4×1.005KN/M2=0.402KN/M2水泥砂浆找平层： 0.4×1.005KN/M2=0.402KN/M2保温层： 0.45×1.005 KN/M2=0.45225KN/M2一毡二油隔气层： 0.05×1.005 KN/M2=0.05025KN/M2水泥砂浆找平层： 0.3×1.005KN/M2=0.3015KN/M2预应力混凝土大型屋面板： 1.4×1.005KN/M2=1.407KN/M2屋架和支撑自重为： （0.12+0.011×21）KN/M2=0.351

3、KN/M2悬挂管道： 0.15KN/M2共 3.516 KN/M22.可变荷载屋面活荷载标准值： 0.7 KN/M2雪荷载标准值： 0.35 KN/M2因为屋面活荷载标准值大于雪荷载标准值所以只考虑屋面活荷载标准值 积灰荷载标准值： 1.1KN/M2 共 1.8KN/M2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：(按永久荷载为主的组合)(按可变荷载为主的组合)对结构有利时：半跨节点可变荷载设计：（3）全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按

4、可变为荷载为主的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：对结构有利时：半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：（1）（2）为使用阶段活荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。4.内力计算桁架支撑布置图桁架支撑布置符号说明：SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GG-刚性细杆；LG-柔性细杆由电算先解得F=1的桁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。杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力/KN全跨左半跨右半跨F×F1.i×+F2.i×F1.i×+F2.

5、i×F3.i×+F4×F3.i×+F4×上弦AB000000000BC,CD-7.472-5.31-2.162-458.556-418.235-359.525-155.440-75.369-458.556DE,EF-11.262-7.339-3.923-691.148-617.984-554.276-218.378-129.504-691.148FG,GH-12.18-6.861-5.319-747.48-648.287-619.528-210.414-165.825-747.486下弦ac4.13.011.09251.6231.28195.4

6、887.59839.050251.617ce9.7446.6633.081597.989540.528473.724196.441104.550597.989eg11.9627.3264.636734.107647.646597.478220.720148.785734.108gg5.8842.9422.942361.101306.232306.23292.73189.0249361.101斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-471.567-433.465-366.362-164.167-73.190-471.567Bc5.8083.961.848356.436321.971282

7、.582116.81462.594356.437cD-4.409-2.633-1.776-270.580-237.457-221.474-79.744-56.449-270.580De2.7921.2221.57171.345142.064148.55439.83646.408171.345eF-1.572-0.047-1.525-96.473-68.032-95.597-7.083-41.476-96.474Fg0.328-1.0391.36720.129-22.13(1.3 2.2)43.129(1.1 2.2)-23.837(3.2 4)33.96943.129-23.837gH0.71

8、31.913-1.243.75671.206(1.1 2.2)-2.993(1.3 2.2)48.499(3.1 4)-26.474(3.2 4)71.206-26.474竖杆Aa-0.5-0.50-30.6-30.6-21.36-13.865-1.58-30.685Cc-1-10-61.37-61.37-42.72-27.73-3.16-61.37Ee-1-10-61.37-61.37-42.72-27.73-3.16-61.37Gg-1-10-61.37-61.37-42.72-27.73-3.16-61.37注：F=61.37KN;F1.1=42.72KN;F1.2=37.97KN F1

9、.3=31.65KN; F2.1=18.65KN; F2.2=21.3KN; F3.1=3.79KN;F3.2=3.16KN;F4=23.94KN5. 杆件设计1、 上弦杆 整个上弦杆采用等截面，按FG,GH杆件的最大内力设计。N-747.48KN 上弦杆件计算长度：屋架平面内：为节间轴线尺寸l'150.8cm屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况loy3×150.8452.4cm选用两个不等肢角钢，短肢相拼，如上图。腹杆最大内力N471.567KN 节点板厚选用10mm，支座节点板厚选用12mm.设80，属b类截面，查表0.688。需要截面面积 AN f7474800.68

10、8×3103504.7mm2ixloy 150.8801.89 iyloy452.4805.66根据需要的A，ix，iy 查角钢规范表，选用2L125×80×10，A39.42cm2 ix2.26，iy6.11，两角钢相拼，中间间距a10mm按所选角钢进行验算： xloxix150.82.2666.7 满足长细比<150的要求由于x>，查得x0.771NA7474800.771×3942245.9Nmm2<310Nmm2，满足要求2、 下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的eg 杆进行计算N734.107KN734107Nlox

11、300cm loy900cm（因跨中有通常系杆）所需截面面积：ANf73410731023.68cm2选用2L100×80×7A24.60cm2ix2.39cmiy4.71cm短肢相拼xloxix3002.39125<350yloyiy9004.71191<350NA7341072460298.4Nmm2<310Nmm2，所以满足要求3、 端斜杆aB杆件轴力：N471.567KN471567N 计算长度：loxloy253cm因为loxloy采用不等肢角钢，长肢相拼选用2L100×80×10，A34.4cmix3.12cmiy3.53c

12、mxloxix2533.1281.1<150，由于x>y查得x0.68N×A4715670.68×3440201.6 Nmm2<310Nmm24、 腹杆Bc杆：杆件最大拉力N356437N lox0.8l0.8×2613209.04cmloyl261.3cmANf35643731011.50cm2选用2L56×8 A16.73cm2ix1.68cmiy3.07cmxloxix209.041.68124.4<350yloyiy261.33.0785<350NA3564371673213Nmm2<310Nmm2，所以满足要

13、求5、竖杆gG杆：杆件受的压力N61.3761370Nlox0.8l0.8×28902312mmloyl2890mm按150，ix23121501.54cm，iy28901501.93cm选用2L56×4，A8.78cm2，ix1.73cm，iy2.67cmxloxix231.21.73133.6<150，yloyiy2892.67108<150 因为x>，查得x0.372N×A613700.372×878188Nmm2<310Nmm2，所以满足要求。5、 其余杆件内力见附表6. 节点设计屋架节点采用焊接连接，焊条采用E50型，手

14、工焊，抗拉，抗压和抗剪设计强度ffw200Nmm21、下弦节点“c”如图设Bc杆的肢背和肢尖焊缝分别为hf6mm和hf5mm，则所需焊缝长度为：肢背：lw'0.7N2hf×ff0.7×3564372×0.7×6×200149mm加2hf取170mm肢尖：lw''0.3N2hf×ff0.3×3564372×0.7×5×16077mm加2hf取90mm设cD杆的肢背和肢尖焊缝分别为hf6mm和hf5mm，则所需焊缝长度为肢背：lw'0.7N2hf×ff0.7

15、×2705802×0.7×6×200113mm加2hf取130mm肢尖：lw''0.3N2hf×ff0.3×2705802×0.7×5×20058mm加2hf取70mmbc杆的内力很小，焊缝尺寸按构造要求取hf5mm，根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应由间隙以及制作和装配等误差，按比例绘制节点详图，从而确定节点板尺寸为300mm×400mm.下弦与节点板连接的焊缝尺寸长度400mm，hf5mm.焊缝所受的力为左右两个下弦的内力差N597.989251.617346.372K

16、N，受力较大的肢背出的焊缝应力应为f0.75N2hf×lw'0.75×3463722×0.7×5×（40010）95.16 Nmm2<200Nmm2 焊缝强度满足要求2、上弦节点“B”如图“Bc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同“aB” 杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算：背和肢尖焊缝分别为hf6mm和hf5mm N=471570肢背：lw'0.65N2hf×ff0.65×4715702×0.7×6×200182mm加2hf取200mm肢尖：lw''

17、0.35N2hf×ff0.35×4715702×0.7×5×200118mm加2hf取130mm为了便于在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。塞焊缝作为两条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去桁架上弦坡度的影响，而假定集中力荷载F与上弦垂直。 上弦肢背塞焊缝内的应力计算为：hf'0.5×节点板厚度0.5×105mm设上弦与节点板间焊缝为450mm=上弦角尖焊接的应力为 取hf''8mm=故焊塞满足要求。3、屋脊节点“H”如图

18、弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接的角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的棱角消除如图，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为thf5mm）。拼接角钢的这部分消弱，可靠节点板来补偿。接头一侧的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝hf10mm则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）lw7474904×0.7×10×200134mm 取140mm拼接角钢的长度取400>2×140280mm上弦肢尖与节点板的连接焊逢，应按上弦内力的15% 计算。设肢尖焊缝为8mm，节点板长度为300m，则节点一侧弦杆焊的计算长度为：lw（3002）2010120mm，焊缝

19、应力为；0.15N2×0.7hf''×lw''0.15×747490/2×0.7×10×12066.746M2×0.7hf''×lw''26×0.15×747490×552×0.7×10×1202183.5Nmm2焊缝强度满足要求腹板与节点板连接焊缝与以上几个节点相同。4、支座节点“a”如图为了便于施焊，下弦杆角钢水平之底面与支座底板的净距取160mm，在节点中设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板

20、的高度相等，厚度为12mm <1>支座底板的计算支座反力：R7F7×61.37429.59KN选用C30混凝土，fc14.3所需底板面积：AnRfc42959014.3=30031mm2取支座底板面积尺寸为200×380mm2如只考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为200×20040000mm2验算柱顶混凝土的拉压力强度RAn4295904000010.74<fc14.3底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：Mqa12q：底板下的平

21、均应力：RAn4295904000010.74Nmm2 a1：两支撑边间的对角线长度：a1b1：角点到对角线的距离：b1a1266.45mm：由b1a10.5 查得0.058M0.058×10.74×132.9211002.3N·mm底板厚度 t14.5mm 取t16mm<2> 加劲肋与节点板的连接焊缝计算，加劲肋与节点板的连接焊缝计算简图如图，偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座14，即4295904107397.5N则焊缝内力为：V107397.5N M107397.5×576121657.5N·mm设焊缝hf5mm 焊缝的

22、计算长度lw4001020370mm焊缝应力为 <3>节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R429590N ，其中每块加劲肋各传递R4107397.5N节点板传递R2214795N，节点板与底板的连接焊缝长度lw2（20010）380mm所需的焊角尺寸hfR2/0.7lw×ffw×1.22214795/0.7×380×160×1.223.31mm取hf6mm，每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为lw2×（952012）126mm所需的焊角尺寸hfR4/0.7×lw×ffw×1.

23、22107397.5/0.7×130×100×1.224.99mm取hf6mm 杆件计算内力/kN截面规格截面面积/c计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比稳定系数应力/（N/m)名称编号loxloyixiyxy (yz)xy上弦FG,GH-747.49 125×80×1039.42 150.80 301.60 1.89 3.77 66.70 49.48 150.00 0.771 245.90 下弦eg734.11 100×80×723.86 300.00 1035.00 2.39 4.71 125.00 220.00 350.00 298.40 腹 杆Aa-30.69 56×48.78 159.20 199.00 1.73 2.67 92.02 74.53 150.00 0.608 57.30 Ba-471.57 100×80×1034.40 25