钢结构屋架设计教案

普通钢屋架设计--------焊接梯形钢屋架设计－、设计资料某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm，屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。荷载标准值（按水平投影面计）：永久荷载：二毡三油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.5KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撑自重0.384KN/m2（2）可变荷载：屋面活荷载标准值0.7KN/m2荷载标准值0.35KN/m2积灰荷载标准值1.3KN/m25．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。6、钢材Q235钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供用。7、钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大的运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。二、设计内容一）、屋盖的支撑系统布置（1）屋架上弦支撑系统的具体布置对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下（2）下弦平面支撑系统布置同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下：1——1剖面图如下：注：sc—屋架上弦横向水平支撑xc—屋架下弦横向水平支撑LG—系杆zc—屋架上弦纵向水平支撑cc—垂直支撑GWJ—钢屋架二）荷载计算项目荷载标准值（KN/m2）荷载设计值（KN/m2）永久荷载三毡四油防水层0.40.48水泥砂浆找平层0.40.48保温层0.50.6一毡二油隔气层0.050.06预应力混凝土大型屋面板1.41.68钢屋架和支撑自重0.3840.4608总计3.1343.7608可变荷载屋面活荷载0.70.98雪荷载0.350.49积灰荷载1.31.82总计2.02.80屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算三）荷载组合组合一：全跨的永久荷载+全跨可变荷载（如图a）P=（3.7608+2.8）×1.6×5=52.4864KN/m2组合二：全跨的永久荷载+半跨可变荷载（如图b）P1=(3.7608+2.8)×1.6×5=52.4864KN/m2P2=3.7608×1.6×5=30.0864KN/m2P2=0.4608×1.5×6=4.1472KN/m2四)内力计算表杆件名称杆件内力系数(P=1)第一种组合第二种组合选定内力设计值（KN）左半跨右半跨全跨P×(3)kNP1×(1)+P2×(2)（KN）P1×(2)+P2×(1)（KN）（1）（2）（3）上弦杆AB0.000.000.000.000.000.000.00BD-6.25-2.48-8.73-458.21-402.65-318.21-458.21DF-9.05-4.49-13.54-710.67-610.09-507.95-710.67FH-9.17-6.09-15.26-800.94-664.53-595.53-800.94HI-7.39-7.39-14.77-755.22-610.21-610.21-755.22下弦杆ac3.481.254.73248.26220.26170.31248.26ce8.003.5311.53605.17526.09425.97605.17eg9.345.3114.64768.40649.98559.71768.40gi8.446.7315.17796.22645.47607.16796.22斜腹杆aB-6.54-2.34-8.89-466.60-413.66-319.59-466.60Bc4.762.116.87360.58313.32253.96360.58Dc-3.41-2.04-5.45-286.05-240.36-209.66-286.05De1.901.793.70194.20153.57151.11194.20eF-0.71-1.75-2.46-129.12-89.92-113.21-129.12Fg-0.441.561.12114.3423.8468.6468.64Hg1.55-1.530.021.0535.32-33.6762.58Hi-2.461.38-1.08-56.69-87.60-1.58-56.69竖腹杆Aa-0.500.00-0.50-26.24-26.24-15.04-26.24Cc-1.000.00-1.00-52.49-52.49-30.09-52.49Ee-1.000.00-1.00-52.4952.49-30.09-52.49Gg-1.000.00-1.00-52.49-52.49-30.09-52.49Ii1.031.032.06108.1285.0585.05108.12内力图如下（杆件轴线长度mm）：五）杆件截面选择和检算1、节点板厚最大腹板内力N=－466.60KN,查表9—1并考虑构造要求，选用节点板厚t=12mm,支座节点板厚t=14mm。2、上弦杆整个屋架上弦采用一种杆件截面，按上弦FG、GH的最大内力设计。计算内力：N=-800.94KN计算长度：屋架平面内取节点中心间轴线长度lox=1508mm屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化，取loy=3lox=1508×3=4524mm截面选择：由于loy=3lox，选用不等边角钢，短边相接。设查表得，需要的界面尺寸A=N/=800940／(0.751×215)=49.60cm2。根据需要的A，,由型钢表，选用2L180×110×10,其截面特性：A=56.8cm2,截面验算：由=52，查表得，所以3、下弦杆整个屋架下弦杆采用同一截面，按下弦杆gi得最大计算内力设计。计算内力：N=796.22KN=895750N计算长度：截面选择：A=N/f=796220/215=3703=37.03cm2,选用2L140×90×10A=44.6cm2截面验算：端斜杆aB计算内力：N=－466.60KN=－466600N计算长度：选用长度2L140×90×10,长边相连，A=44.522cm2,截面验算：查表得腹杆Bc计算内力：N=360.58KN=360580N计算长度：截面选择：A=N/f=360580/215=16.77cm选用2L100×10,，截面特性为：A=19.261cm2,截面验算：所以6、腹杆cD计算内力：N=-268.05KN=-268050N计算长度：选用2L110×10,截面特性：A=21.261cm2,截面验算：查表得所以竖杆Aa和Ii按构造要求，分别选用2L110×10T型截面和十字形截面，所有杆件的截面选择如下表：计算内力（KN）截面规格截面面积(cm2)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/ixiy-800.94180x110x1056.8150.8452.43.138.7048.2052.001500.847166.48796.22140x90x1044.630011852.566.84117173350179-26.24110x1021.261199.00199.003.385.0058.8839.80150.000.81417.06-466.60140x90x1044.6253.50253.504.473.8156.7166.541500.769136360.58100x1019.3208.64260.803.054.6068.4156.70350187-52.49100x1019.261183.20229.003.054.6060.0749.781500.80737.99-286.05110x1021.3228.72285.903.385.0067.6757.181500.763165192.40100x1019.261228.72285.903.054.6074.9962.15350113.43-52.49100x1019.261207.20259.003.054.6067.9356.301500.76340.18-129.12110x1021.261250.32312.903.385.0074.0662.581500.72694.1168.64100x1019.261249.52311.903.054.6081.8167.8035040.09-52.49110x1021.261231.20289.003.385.0068.4057.801500.76136.50-61.61110x1021.261271.68339.603.385.0080.3867.921500.68542.30-103.67110x1021.261269.60337.003.385.0079.7667.401500.68970.77108.12110x1021.261127200142.32六）节点设计设计的节点为D、C两个节点（如下图），其余节点设计类同。1、下弦节点C先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。（1）Bc焊缝计算N=360.58KN,角焊缝的设计值由构造要求设焊缝hf=7mm,则焊缝所需长度为肢背取肢尖取（2）Dc杆焊缝计算N=-3286.05KN,同上设，以下都取7mm。肢背取肢尖取（3）Cc杆件焊缝计算N=-52.49KN,肢背取肢尖取（4）下弦杆焊缝验算下弦杆与节点连接焊缝承受两相邻下弦杆内力之差。根据节点放样得节点板尺寸为600×400肢背焊缝验算：其节点图如下：2、上弦节点DDc杆焊缝计算与下弦节点“c”相同。（1）De杆焊缝计算N=194.20KN,设，肢背取肢尖（2）上弦杆焊缝验算肢背处用槽焊缝连接，槽焊缝按两条焊缝计算，，焊缝设计强度应乘折减系数0.8。节点板尺寸为380×310，设肢尖焊缝=7mm,假设集中荷载P与上弦杆垂直，忽略屋架上弦坡度影响。肢背焊缝验算：肢尖焊缝验算：其节点图如下：零件号截面长度（mm）数量重量(Kg)正反每米小计共计1L180×110×10120302252.928636.72381273.4482L140×90×10118302234.95413.4585826.9173L110×101865416.6931.12685124.50744L140×90×4022022234.9576.9599153.91985L100×102334415.1235.29008141.16036L100×102100415.1231.752127.0087L110×102539416.6942.37591169.50368L100×102533415.1238.29896153.19589L100×102400415.1236.288145.15210L110×102819416.6947.04911188.196411L100×102789415.1242.16968168.678712L110×102700416.6945.063180.25213L110×103126416.6952.17294208.691814L110