米梯形钢屋架设计书

1、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（400X400）,柱距6米，混凝土标号为C30,采用无楝屋盖体系，梯形钢屋架。屋面檐口离地面高度13.5米,设计温度高于-20屋面坡度i=1:10,采用1.5mX6.0m预应力混凝土大型屋面板，标准值为1.4kN/m2;20厚水泥砂浆找平层，标准值为0.4kN/m2;泡沫混凝土保温隔热层，标准值为0.3kN/m2;八层做法卷材屋面防水层，标准值为0.35kN/m2。屋面积灰荷载0.45kN/m2,雪荷载为0.40kN/m2,风荷载为0.5kN/m2。屋架较支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mrK400mm其他资料参照相关标

2、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Q235-R焊条采用E43型,手工焊。二、屋架形式及尺寸无楝屋盖，i=1/10,采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度为L0=L-300=20700mm.端部高度取H=1990mm中部高度取H=H+1/2iL=1990+0.1X2100/2=3040mm屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅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：mmi三、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设

3、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，第一柱问下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。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。附图2:屋面支撑布置图（单位：mm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）0.35kN/m2x1.2=0.42kN/m2找平层（20mm厚水泥砂浆）0.4kN/m2x1.2=0.48kN/m2泡沫混凝

4、土保温层0.35kN/m2x1.2=0.42kN/m2预应力混凝土大型屋面板1.40kN/m2x1.2=1.68kN/m2钢屋架和支撑自重（0.12+0.011X21）X1.2=0.42kN/m2共3.387kN/m2可变荷载设计值：雪荷载0.40kN/m2x1.4=0.56kN/m2积灰荷载0.45kN/m2x1.4=0.63kN/m21.19kN/m2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“全跨恒荷载拄跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”c包荷载和活荷载引起的节点荷载设计值

5、P值及Pfe分别为：P恒=3.18X1.5X6=28.62kNP活=1.19X1.5X6=10.71kN施工阶段“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P恒和即分别为：_P恒=0.42X1.5X6=3.78kNBs=(1.68+0.63)X1.5X6=20.79kN五、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

6、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X3P活X1P活X2P恒X3P活X1P活X2在左半跨在右半跨全跨全跨在左半跨在右半跨全跨在左半跨在右半跨123456789上弦AB-0.02-0.01-0.03-0.86-0.21-0.11-0.11-0.42-0.21-1.184+5+61BC-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6CD-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-11

7、0.81-45.11-294.984+5+6DE-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6IEF-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6FG-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6GH-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6下弦a

8、b3.021.094.11117.6332.3411.6715.5462.7922.66161.654+5+6bc6.683.099.77279.6271.5433.0936.93138.8864.24384.254+5+6cd7.334.6411.97342.5878.5049.6945.25152.3996.47470.784+5+6de5.895.8811.77336.8663.0862.9744.49122.45122.25462.914+5+6斜aB-5.62-2.03-7.65-218.94-60.19-21.74-28.92-116.84-42.20-300.874+5+6杆Bb

9、3.931.845.77165.1442.0919.7121.8181.7038.25226.934+5+6bD:-2.62-1.77-4.39-125.64-28.06-18.96-16.59-54.47-36.80-172.664+5+6Dc1.191.562.7578.7112.7416.7110.4024.7432.43108.164+5+6cF-0.05-1.51-1.56-44.65-0.54-16.17-5.90-1.04-31.39-61.354+5+6Fd-1.061.350.298.30-11.3514.461.10-22.0428.07-20.9429.177+87+9d

10、H2.11-1.330.7822.3222.60-14.242.9543.87-27.65-24.7046.827+87+9竖杆Aa-0.53-0.01-0.54-15.45-5.68-0.11-2.04-11.02-0.21-21.244+5+6Cb-0.990-0.99-28.33-10.600.00-3.74-20.580.00-38.944+5+6Ec-0.980-0.98-28.05-10.500.00-3.70-20.370.00-38.544+5+6Gd-0.970-0.97-27.76-10.390.00-3.67-20.170.00-38.154+5+6He-0.06-0.0

11、6-0.12-3.43-0.64-0.64-0.45-1.25-1.25-4.724+5+6六、杆件截面选择1、上弦FGGH整个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。N=-479.04kN,l0x=1508mm10y=11=3016mm按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取11为两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力2=-300.87kN,取中间节点板厚度t=10mm支座节点板厚t=12mm先由非对称轴选择截面，假设入=60,由附表4-2查得=0.807（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），需要的截面面积:479.04 1030.807 215= 2761 mrm= 27.61cm2般角钢

12、厚度015mm属第一组，故取f=215N/mnt需要的回转半径为0x i xs150.8602.51 cmly301.6iys5.03cm60上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T形截面。根据需要的As、ixs、iys查附表7-5,选用2L140X90X10（短边相连）:A=42.4cm2,ix=2.56cm,iy=6.77cm（节点板厚10mm,入=150。验算xsl 0x ix1508 58.9 W入,x =0.8102.56N xA479.04 1030.81 4240139 N/mn2 f =215 N/mm验算对称轴y的稳定承载力:换算长细比ys 3.7, （1l02yt252.7

13、bi了）143.7(11301 62 12.r) 54 入=150,查附表 4-2 ,52.7 14y = 0.836 ;故,479.04 103N yyA 0.836 4240135 N/mm20.56-0xix14才两足要求。垫板每节间放置一块（满足1i范围内不少于两块），3=150.8/2=75.4cm40i=40X4.47=178.8cm（i为4.47cm）。2、下弦cd下弦也不改变截面，采用最大设计杆力计算，N=470.78kN,lox=3000mml0y=20700/2=10350mm需要的净截面面积为3八N470.7810322A=-=2190mm=21.9cmf215x = 2

14、.56cm, L = 6.77cm。 xy选用2L140X90X10(短边相连)：A=42.4cm2,i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100cm,故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（入=350）0x黑 11710y1035153入iy6.77+， N故A3470.78 104240111 N/mm2 f =215 N/mm20才两足要求。垫板每节间放置一块，ld=150cm80i=80X4.47=357.6cm(i为4.47cm)。3、端斜杆aBN=-300.87kN,lx=2524mm10y=2524mm需要

15、的净截面面积为N300.8710322215=1399mm=13.99cm选用2L140X90x8(长边相连)：A=36.08cm2,ix=4.5cm,iy=3.62cm,入=150验算:0x2524 560入4.5换算长细比8/t =90/8ysy(1y = 0.675;故，y= 11.25 0.48 . b21.09b；loyt270 (10.48 252.441.09 9)22 )252.42 0.8213.5 ,l 0y yiy252.4 703.6282 入=150,查附表 4-2 ,N7A300.87 1030.675 3608124 N/mm f =215 N/mnl才两足要求。

16、设两块垫板，ld=84.1cm40i=40X2.59=103.6cm(i为2.59cm)。4、斜腹杆dHN=46.82kN,lx=3395mmly=3395mm需要的净截面面积为八N46.8210322A=一=218mm=2.18cmf215选用2L80X5:A=15.82cm2,ix=2.48cm,iy=3.56cm,入=150xy验算：x星幽51370入ix2.48b/t = 80/5 = 16 0.58 回 0.58 339.5 24.6 , b810yiy339.53.56换算长细比ys_40.475by(12.2 )95 (110yt40.475 822339.52 0.52101

17、入= 150,查监表 4-2,y = 0.549 ;故,满足要求。设两块垫板,NyA46.82 1030.549 158254 N/mni f =215 N/mmld = 84.9cm40i =40X3.56 = 142.4cm (i 为 3.56cm)。10y 288.8iy 3.56换算长细比ys0.475b4y (12 2)10yt81(1 40.475 8)22 )288.82 0.5289 入=150,查附表 4-2 ,5、竖杆dG竖杆不改变截面尺寸，N=-38.15kN,lx=0.8l=0.8X2888=2310mm10y=2888mm选用2L80X5:A=15.82cm2,ix=

18、2.48cm,iy=3.56cm,入=150xy验算：xh&193W入ix2.48b/t=80/5=160.5820.9,y = 0.628;故，y38.15 1030.628 158238 N/mn2 f =215 N/mnt才两足要求。设两块垫板，ld=72.2cm1.5衽1.5V10-5,1i=12=8hf+10=8X5+10=50mm表4腹杆杆端焊缝尺寸杆件名称设计内力(kN)肢背焊缝肢尖焊缝11(mrmht(mrm12(mmht(mmaB-300.871258906Bb226.931008706bD-172.66808606Dc108.16558406表中11、12为取整后数值1、下

19、弦节点“b”按表4所列BBbD杆所需焊缝长度，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)0由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为480mm焊脚尺寸hf=5mm焊缝承受节点左、右弦杆的内力差a N= Nc-Nab= 384.25-161.65 =222.6 kN。验算肢背焊缝的强K1 N2 0.7hw0.75 222.6 1032 0.7 5 480 2 551 N/mm2 ffw( ffw 为 160 N/mn2)满足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能满足要求。竖杆bC下端应伸至距下弦肢尖为20mm处，并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所列月g

20、杆Ba、bB所需焊缝长度，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400mm设hf=5mm因节点板伸出上弦肢背15mm故由弦杆与 节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P= 28.62+10.71 =39.33 kN和弦杆内力差 N=NNab：294.98-1.18 =293.8 kN的共同作用。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：附图5:上弦节点“ B”39.33 1031.22 4 0.7 5 (400 2 5)0.75 293.8 1032 0.7 5 (400 2 5)=81 N/mn2 A,满足要求底板承受的实际均布反力3275.3110230N/mmfc980005963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a1及内角顶点到对角线白距离b1分别为：a1=m1b=0.5a1=112mmb1/a1=0.5,查得B=0.058,两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为：M=Bqa21=0.058义3X2242=8731N.mm所需底板厚度为*6M68731t=f15.6mm(取t=20mm.f.215实取底板尺寸为-280X350X20。(2)加劲肋与节点板的焊缝计算焊缝长度