钢结构屋架设计

1、钢结构屋架设计一丶设计资料厂房总长 60，跨度为 24m，屋架间距 b=6m，端部高度 H=1990mm，中部高度 H=3190mm1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为 C20，屋面坡度为 i=1:10 ；L 为屋架跨度。地区计算温度高于 20，无需抗震设防。2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0 作用下杆件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材为 Q235钢，焊条为 E43 型，手工焊3、屋盖结构及荷载采用无檩体系。用 1.5 6.0 预应力混凝土屋板。荷载：屋架及支撑自重： q=0.384KN/m2屋面活荷载：活荷载标准值为 0.7 KN

2、/m2，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m2，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值屋面个构造层的恒荷载标准值：水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.4KN/m2预应力混凝土屋面板1.6KN/m2永久荷载总和 =2.784KN/ ，活荷载总和 =0.7 KN/ 4、荷载组合。一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数g=1.2 ；屋面活荷载活雪荷载： q=1.4 ，组合值系数 =0.7 ）F=（ 1.2 2.7844+0.7 1.4 ） 1.5 6=37.2 KN按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载

3、分项系数g=1.35 ；屋面活荷载活雪荷载： q=1.4 ，组合值系数 =0.7 ）F=（ 1.35 2.784+0.7 1.4 0.7 ） 1.5 6=38.2KN故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力 R=8F=305.6 KN二丶屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10 ；屋架计算跨度L 2400030023700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取03190mm，下端起拱 50mm。屋架几何尺寸如图1 所示：24四、杆件界面设计（1） 上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算：Nmax=-580.3KN，l 0 x=15

4、0.8cm， l 0y=301.6cm 故截面应选择等边角钢截面。假定 =50，则=0.856 ，Areq =N/f=5803/ （ 0.856 215） 31.5 cm 2i yreq =l ox/ =150.8/50=3.02cmi yreq = l oy / 301.6/50 6.03cm由附表 7.6 选 2L110 10, 肢背间距 a=10mm A=2 19.26=38.52cm2、 i x=3.05cm、 i y=4.52cm截面验算：x l ox / ix 150.8/3.05=49.4 150( 满足 )y l oy / iy =301.6/4.52=66.7 150( 满足

5、 )b/t=10/1=10 0.58 301.6/10=17.50.415b469.7yzy1loy2 t 2yz x , 故 maxyz查表得0.7528由 N/A=5803/(0.7528 38.52)=200.1N/mm2 f=215 N/mm2故上弦杆采用 2 L110 10（2） 下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力N=576.9 KN计算l ox 300cmloy =1185cmAnqeq=N/f=26.83cm 2由附表 7.6 选 2 L100 8 , a=10mmA215.64 31.28 cm 2 ，i x 3.08cm，i y 4.48cm N / An =5769/3

6、1.28=185N/ mm2 215 N/mm2 ( 满足 )5x l ox / ix 300/3.08=97.4 350( 满足 )y l oy / iy =1185/4.48=264.5 350( 满足 )故下弦杆采用 2 L100 8（3）腹杆 aBN=-336.7KN，l 0 x =l 0y=253cm选用截面 2L90 8, a=10mm截面几何特性：几何面积： A=27.88cm2回转半径： i x =2.76cm，i y=4.09cm长细比：x253.591.71502.76y253.5 61.91504.09b/t=9/0.8=11.250.58 253/9=16.3yzy 1

7、0.415b466x 91.7loy2t 2maxx91.7查表得x =0.610则 N /x A=3367/0.610 27.88=198N/ mm 2 215 N/ mm2 ( 满足 )所以选择截面为2L908 的等肢角钢，肢背间距为a=10mm（3） 腹杆 BcN=262.1KN，l 0 x=0.8 261.3=209cm， l 0y=261.3cm选 2 L70 5, a=10mmA26.88 13.76 cm 2 ，i x2.16cm，i y 3.24cm N / An =2621/13.76= 190.5N/mm2 215 N/ mm2 ( 满足 )x l ox / ix 209/

8、2.16=96.8 350( 满足 )y l oy / iy =261.3/3.24=80.6 350( 满足 )选用截面 2L705 ， a=10mm（5）腹杆 FgN=43KN, l ox=l oy=0.8 312.4=249.9cm选 2L565，A=25.42=10.84cm 2满足最小角钢要求6i x 1.72cm，i y 2.69cmlox249.9145.3150满足要求x1.72i xloy312.4116.1150满足要求。y2.69i y（6）腹杆 gHN=0.46KN, l ox=0.8 339=271.2cm， l oy=339cm选 2L635，i x1.94cm，i

9、 y 2.97cmx =l ox/i x=139.8 150 满足y =l oy/i y=114.1 150 满足。（7）腹杆 HiN=-40.9KNlox=0.8 339=271.2cm， l oy=339cm选 2L635，i x1.94cm，i y 2.97cmx =l ox/i x=139.8 150 满足y =l oy/i y=114.1 150 满足。按第二种荷载组合NHi 压力略微增加，但其值小，可满足要求。（8）腹杆 IiN=78.2KNlox =0.9 319=287.1cm选 2L635，十字相连，A=12.28， ix2.45cmx =l ox/i x=117.2 350

10、 满足承载力验算：N / A=782/12.28=63.7N/mm 2 215( 满足 )所以选择截面为2L635 的等肢角钢，肢背间距为a=10mm其余截面选择见下表：7屋架杆件截面选用表杆内力设计算长度截面计算容许长杆件应力件计值所用截面积细比填板数名称l (ml (mm（N/号（ kN）0 x0y(cm ) m)cm2）上弦FG-953.6150830002 L125 801039.4204.4150每节间杆、981GH下弦gi948.061500120002 L125 801246.8202.5350每节间杆81aB-554.3253525352L90 1240.62189.01502

11、40Bc429.97208626082L90 827.88202.035025cD-339.9228728592L90 1240.62127.150282De231.24228728592L90 827.8882.935024eF-153.7250331292L90 1240.6262.5150246Fg78.44249531192L90 827.8828.135023腹杆gH-42.29271733962L63 614.5884.811503Hi-95.52269633702L63 614.58189.15039Aa-31.25199019902L63 614.5839.915029Cc-6

12、2.50183222902L63 614.5875.415027Ee-62.50207225902L63 614.5884.315038Gg-62.50231228902L63 614.5898.015039Ii26.87289128912L63 614.5818.420033五、节点设计（1）屋脊节点。竖杆Ii杆端焊缝按构造取hf 和 lw 为 5mm和 80mm。上弦与节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷8载，一般可不做计算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力N 的 15%进行计算，即：N=0.15562=84.3(kN).其产生的偏心弯矩M= Ne=103（）84.

13、350 =4215000N? mm现取节点板尺寸如图所示。设肢尖焊脚尺寸hf 2 =6mm，则焊缝计算长度l w2 =200 2 165=183（mm）。验算肢尖焊缝强度：6M226284.31032N4215000f 2 0.7h f 2l w222 0.7 hf 2l w 21.22 20.7 6 18322 0.76 183=91.9上弦杆起拱后坡度为2w2（满足要求）（ N/mm ） f f=160N/mm1。拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成型。9.6拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸h f =t 2=10 2=8（mm）。则接头一侧需要的焊缝计算长度为：l

14、wN56210340.7hff fw4 0.78156.8 mm160拼接角钢的总长度为：l 2 lw 2hfa2156.8 281100 376.4( mm)10 29.6取 l =400mm拼接角钢竖肢需切去的高度为：= thf5108523(mm)取 =25mm，竖肢余留高度为 75,mm。（2）下弦拼接节点。拼接角钢采用与下弦相同截面。拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计。设角焊缝焊脚尺寸hft2 82 6( mm) ，则接头一侧所需要的焊缝计算长度为：lwAf31.28102215250.2(mm)0.7hf f fw4 0.761604拼接角钢的总长度为：l2l w hfa225

15、0.22610534.4()mm取 l=540mm，拼接角钢水平肢较宽，故采用斜切，不但便于焊接，且可增加焊缝长度，水平肢上的安装螺栓孔，待屋架拼装完后可用于连接屋架下弦横向水平支撑。竖肢因切肢后余留高度较小，不设安装螺栓。9拼接角钢竖肢需切去的高度为：h 5 8 6 5 19mm （mm）取 =20mm，即竖肢余留高度为 80mm。取两斜腹杆杆端至节点中心距离为 230mm，竖杆杆端至节点中心则取90mm（按工程惯例梯形屋架通常取下弦节点中心至各腹杆下端的距离为5mm的倍数，各腹杆的角钢长度亦取 5mm或 10mm的倍数，而让上弦节点中心至腹杆上端的距离为不规则尾数） 。节点板按布置腹杆杆端

16、焊缝需要，采用 33010380。（3）支座节点。根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用 380 12440. 为便于施焊， 取底板上表面至下线轴线的距离为 160mm，且在支座中线处设加劲肋 90 10，高度与节点板相同，亦为 440mm。）底板计算。支座反力：R8F305.6kN根据构造需要，取底板尺寸为280mm380mm。锚栓采用2M24，并用图示 U 形缺口。柱采用的C20 混凝土 f cc 10N / mm2 。作用于底板的压应力为（垂直于屋架方向的底板长度偏安全地仅取加劲肋部分） ：pR305.65.68 N / mm2 16 40mm取值）t6M6 894216.2N / mm2 取 20mmf205）加劲肋计算。对加劲肋和节点板间的两条竖直焊缝进行验算：设 hf6mm ，取焊缝最大计算长度lw60hf606360mm425mm（实际焊缝长度）R305.6V76.4(kN )44M Ve84.3 52.5 4425.8( kN ? mm)6M226445210 3284.81032N