米梯形钢屋架设计书

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1、一、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,采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。屋面檐口离地面高度米， 设计温度高于-20 C。屋面坡度i=1:10，采用X预应力混凝土大型屋面板，标准值为mi; 20厚水泥砂浆找平层，标准值为m ；泡沫混凝土保温隔热层，标准值为 m；八层做法卷材屋面防水层，标 准值为vm。屋面积灰荷载ml，雪荷载为ml，风荷载为吊。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上 柱截面为400mrX 400mm其他资料参照相关标准规定。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-B。焊条采用E43型,

2、手工焊。二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，i二1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度为Lo = L-300 = 20700mm端部高度取H）= 1990mm中部高度取 H= H）+1/2iL = 1990+X 2100/2 = 3040mm屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mn（按L/500考虑）。为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为的 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：mr）三、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、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

3、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，第一柱间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。CC1XG2XG2CC1CC1XG2XG2CC1S XG1XG3XG3XG1XG1、N-c/XG1XG3XG3、，CXG1XG1CCS CC2XG2XG2CC2CCC2 、XG3XG3SCC20S XG1XG3XG3XG1SCCCZXG11XG1S XG1XG3XG3/ XG1S3CjPxCrCC

4、16001 XG2 11 XG21CC6I00IiCCyr6001XG2XG2cct60060006000ij6000x126000j6000600060006000x1260006000i701L2L21EZX_二二1-1W3OC n=:ME工二U2-2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）m2x =m找平层（20mm厚水泥砂浆）m2x =m泡沫混凝土保温层m2x =m预应力混凝土大型屋面板m2x =m钢屋架和支撑自重（+ x 21）X =tf共m2可变荷载设计值：雪荷载m2x =m积灰荷载m2x =m共m2由于屋面坡度不大，对荷载

5、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+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+ 半跨屋面均布活荷载” 恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值 只恒及P活分别为：卩恒=xx 6= kNPs =xx 6= kN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

6、 P恒和P活分别为：p恒6= kNP活=(+)xx 6= kN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x 3P活X 1P活X 2P恒X3P活X 1P活X 2在左 半跨在右 半跨全跨全跨 恒载在左 半跨在右 半跨全跨 恒载在左半 跨在右 半跨123456789上 弦AB4+5+6Bel4+5+6CD 14+5+6DE4+5+6EF :4+5+6F&4+5+6GH4+5+6下 弦ab4+5+6be4+5+6cd4+5+

7、6de4+5+6斜 杆aB4+5+6Bb4+5+6bD：4+5+6De4+5+6eF4+5+6Fd7+87+9dH7+87+9竖Aa4+5+6杆Cb04+5+6Ec :04+5+6Gdl04+5+6He4+5+6六、杆件截面选择1、上弦FG GH整个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。N=, I ox= 1508mr, l 0y l 1 3016mm（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l 1为两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力Mb，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，假设入一60，由附表4-2查得 （由双角钢组成的T形和十 字形截面均属b类），需要

8、的截面面积:-N479 = 2761 mriUf 0.807 215般角钢厚度w15mn,属第一组，故取 f = 215 N/mn2需要的回转半径为i xs1 0x彈 2.51 cm60i ys1 0y沁 5.03 cm60根据需要的As、ixs、iys查附表7-5 ,选用 2L140X 90X 10上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的 T形截面。（短边相连）：A，ix ，iy （节点板厚10mm,入150。验算l0xxs .lx需 58.9 入，* x -NxA479.04 1032 2b1/t = 14/1=14 应ix0.56 301.61412.06换算长细比ys3.7*1212lO

9、yl4）3.752.7b414301 6212和1 152T）54 ” =150查附表4-2，y =；故,479.04 103NyA 0.836 42402 2135 N/mm f = 215 N/mm。满足要求。垫板每节间放置一块（满足l 1范围内不少于两块），I d= 2=v 40i = 40X=（ i为）。2、下弦cd下弦也不改变截面，米用最大设计杆力计算，N= kN , 10x = 3000mrp I oy 20700/2 =10350mm需要的净截面面积为3A N4240.78 10 2190 mmf215选用 2L140X 90X 10 （短边相连）：A=, ix = , i验算：

10、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（入二 350）l0xix型117 入2.56咕煙153 入iy 6.77满足要求。垫板每节间放置一块,3、端斜杆aBN= kN ,l d= 150cnrK80i = 80X=（ i 为）。l 0x 2524mm I300.87 103 215l oy= 2524mm需要的净截面面积为21399 mm=选用2L140X 90X 8 （长边相连）:A,ix , iy ,验算:lxxix252456 4.5b2/t迢摯13.5,9l 0yy .i

11、y换算长细比ysy(1罟）70 （1暮春）82 入=150,查附表4-2 ,y 二；故,300.87 1030.675 36082 2124 N/mm f = 215 N/mm。满足要求。 设两块垫板,4、斜腹杆dHN= kN , lI d=v 40i = 40X=( iox= 3395mm l oy= 3395mmA= N 46.82 103 二 218 mm=亦 f 215选用 2L80X 5: A=, i为）。需要的净截面面积为iy =,入=150验算:l 0xix339.52.48b/t=80/50.58 339.5 b24.6 ,l0yiy339.5953.56换算长细比ysy(14

12、0.475b2 2 )95loyt2(1840.475339.520.52)101 V入=150,查附表4-2 ,y =；故,46.82 1030.549 1582542 2N/mm f = 215 N/mm。满足要求。 设两块垫板，5、竖杆dG 竖杆不改变截面尺寸，N= kN , lI d=v 40i = 40X =（i 为）。ox= = x 2888= 2310mm I oy = 2888mm选用 2L80X 5: A=, ix = , iy =,入=150验算：x I：眾 93入l 0 yb/t = 80/5 = 16v 亠 b0.58 288.8209lyiy288.8 813.56换

13、算长细比ysy(140.475b、2 2 )lyt81(140.475 82 2 )288.80.589 v 入=150,查附表4-2 ,y =；故,38.15 1030.628 15822 238 N/mmW f = 215 N/mm。满足要求。设两块垫板，l d=v 40i = 40X=（ i为）。其余各杆的截面选择见表。需注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平 面计算长度为I o=，其它腹杆除Aa和Ba外，lox =。屋架杆件截面选择表杆件名称内力(kN)计算长度(cm)截面形式和规格截面面 积(cm)回转半径(cm)长细比容许 长细 比入稳定系数计算应力(N/mn2)I Ox

14、l 0yi xi y入x入y入yz上弦AB2L140X90 X 10541500BC2L140X90 X 105415083CD2L140X90 X 105415083DE2L140X90 X 1054150125EF2L140X90 X 1054150125FG2L140X90 X 1054150135GH2L140X90 X 1054150135下弦ab30010352L140X90 X 1011715335036be30010352L140X90 X 1011715335087cd30010352L140X90 X 10117153350107de30010352L140X90 X 10

15、117153350106斜杆aB2L140X90 X 85682150120Bb2L140X90 X 8588415092bD2L140X90 X 8649015075De2L140X90 X 8649015048eF2L80 X 51269515032Fd2L80 X 51269515032dH2L80 X 513710115054竖杆Aa1992L80 X 5645115015Cb2L80 X 5747415033Ee2L80 X 5838215035Gd2312L80 X 5938915037He3042L80 X 598921505注：角钢规格共3种七、节点设计在确定节点板的形状和尺寸

16、时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹 杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度li : liKiN2 0.7hfif2hf角钢肢尖所需焊缝长度|2 : |2尢fw 2hf如腹杆aB,设计杆力N= kN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为 hfi = 8mm hf2 = 6mm因aB杆 系不等边，角钢与长肢相连，故 Ki=,贝li0.65 300.87 1032 0.7 8 1602 8125 mm0.35 300.87 1032 0.7 6 16090 mm其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见表4。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取hf1.5、t 1.5,105,丨1=

17、 12= 8hf+10= 8X 5+10= 50 mm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l 1 (mmht ( mml 2 (mmht(mmaB1258906Bb1008706bD808606Dc558406表中1l、12为取整后数值1、下弦节点“ b”按表4所列Bb、bD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)。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 N= Mc-Nab= kN。验算肢背焊缝的强度：心N2 0.7hflw51 N/mm A,满足要求 底板承受的实际均布反

18、力3275.31 1098000 596323.0 N/mmV f c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a i及内角顶点到对角线的距离bi分别为：a i= J1402 1752 224 mm, b=a i = 112 mmbl/ a 1=，查得，两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为：2 2Mq a 1 = X 3 X 224 = 8731所需底板厚度为t =J6 873115.6 mm (取 t = 20mm f 215实取底板尺寸为-280 X 350 X 20。(2)加劲肋与节点板的焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为492m

19、m计算长度 心=492-12-15 = 465 (mm (设焊脚尺寸hf = 6mr)每块加劲肋近似的按承受 R/4 计算，R/4作用点到焊缝的距离为e=( 140-6-15 ) /2+15 = mm则焊缝所受剪力 V及弯 矩M为：V = 4= kNM= VX e=x = 5126焊缝强度验算V 26My 2 0.7hflw 1.22 2 0.7hflW68.8 1032 0.7 6 4656 8731 1031.22 2 0.7 6 46522N/mmv f满足要求。(3) 加劲肋和节点板与底板的焊缝计算上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为(设hf = 8mr)i刀 lw= 2X 280+2

20、/ (280-12-2 X 15) -4 X 8= 1004 mm 所需焊脚尺寸为hfR1.22 0.7fT lw275.31 1031.22 0.7 160 10042.0 mmhf尚应满足角焊缝的构造要求：hf = vt =XU20 = 7 mm hf = = X 12= mm，实取hf = 8mm&节点板计算(1)节点板在受压腹杆的压力作用下的计算所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆的净距离c与节点板厚度t之比，均小于或等于10.,235/fy。所有与竖杆相连的节点板，c/t均小于或等于15 235/ fy， 因而节点板的稳定均能保证。(2)所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均能保证。此 外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于15,斜腹杆与弦的夹角均在 3060之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于 6O.235/fy ,都满足构造要求，节点板均安全可靠。139 N/mmW f = 215 N/mm。0.81 4240验算对称轴y的稳定承载力:3470.78 1022111 N/mmW f = 215 N/mm。0.75 293.8 1032 0.7 5 (400 2 5)=81 N/mn* 2 ffw( ffw 为 160 N/mn2)满足要求。由于肢尖的焊缝hf也为5mm故应力更小，定能满足要求3、下弦中央拼接节点“ e （附图6）