24m钢屋架设计说明

1、.设计资料某工程为跨度 24m 的单跨双坡封闭式厂房 ，厂房长 54m ，采用梯形钢屋架 ，屋面坡度 i=1/10 ，屋架间距为 6m ，屋架铰支于钢筋混凝土柱柱顶 。屋面材料采用 1.5*6m 钢筋混凝土大型屋面板 ，屋面板上设 150 加气混凝土保温层 ，再设 20 水泥砂浆找平层 ，防水屋面为二毡三油上铺小石子 。上弦节间尺寸 1.5m ，结构重要性系数为0，地区基本风压0=0.45kN/m2，基本雪压0=1.0ws=0.70kN/m 2，冬季室外计算温度 - 200 C，不考虑地震设防 。1.屋架形式 、尺寸 、材料选择及支撑布置本设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度 L

2、o=L-300=23700mm, 端部高度 Ho=1990mm，中部高度 H=3190mm （为 Lo/7.4 ）， 屋架构件的几何尺寸长度详见施工图纸 GWJ24-A1( 跨中起拱L/500) 。 根据构造地区的计算温度和荷载性质，钢材采用Q235B 。 焊条采用 E43型，手工焊 。根据车间长度 ，屋架跨度和荷载情况，设置上下弦横向水平支撑 、垂直支撑和系杆 ，见图 1。（ 放在最后 ）（ 参照桌面 ）2.荷载计算和内力计算（1）荷载计算大型屋面板1.5KN/m 2两毡三油上铺小石子0.35KN/m2找平层 （ 2cm 厚）0.4KN/m 2150mm加气混凝土保温层0.9KN/m 2悬挂

3、管道0.10KN/m2屋架及支撑自重0.39KN/m2恒荷载总和3.64KN/m2雪荷载0.7KN/m 2活荷载0.5KN/m 2可变荷载总和 ：0.7KN ./m 2活荷载与雪荷载两者中取较大植参与组合。由于屋面的风载体型系数，迎风面为.下载可编辑 .-0.6 ，背风面为 -0.5 ，宾个取风荷载沿高度变化系数为1.25 ，可得负风压设计值 ：迎风面 ： W1 =-1.4 ×0.6×1.25 ×0.45=-0.473 KN/m2背风面 ： W2=-1.4 ×0.5 ×25×0.45=-0.394 KN/m2由于 W1 W2垂直于水平

4、面的分力接近于荷载分项系数取1.0 的永久荷载 ，所以受拉杆件在永久荷载和风荷载联合作用下将受压，但压力很小 ，因此可以不计算荷载产生的内力，只将所有拉杆的长细比控制在250 以内 。(2) 荷载组合一般考虑全跨荷载 ，对跨中的部分斜杆可考虑半跨荷载，如果设计时将跨中每侧各2根斜杆均按压杆控制其长细比，可不必考虑半跨荷载作用的情况。节点荷载设计值 |：按可变荷载效应控制的组合：Fd=(1.2x3.64+1.4x0.7)x1.5x6=48.2KN（相关的分项系数见p199 ）按永久荷载效应控制的组合：Fd= （） x1.5x6=50.4KN故节点荷载取值为50.4KN ，支座反力 Rd=8x50

5、.4=403.2KN(3) 内力计算用数解法或图解法可解出全跨荷载作用下屋架杆件的内力屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数内力组合值计算杆内力 （ KN）（ F=1)全跨 Fdx .下载可编辑 .AB000BD-8.662-436.55-436.55上弦DF-13.439-677.33-677.33FH-15.146-763.36-763.36HI-14.649-738.31-738.31ab4.696236.68236.68bc11.442576.68576.68下弦cd14.535732.56732.56de15.052758.62758.62Ba-8.848-445.95-445.95Bb

6、-6.836-344.54-344.54Db-5.424-273.37-273.37Dc3.678185.37185.37斜腹杆Fc-2.444-123.18-123.18Fd1.10555.6955.69Hd0.031.511.51He-1.089-54.89-54.89Aa-0.5-25.2-25.2Cb-.0009-0.45-0.45竖杆Ec-1.00-50.4-50.4Gd-0.999-50.35-50.35Ie2.036102.61102.61.下载可编辑 .上表中内力系数用结构力学求解器算的3.截面选择腹杆的最大内力445.95KN ，查表 7.4，选用中间节点板厚度为t=10mm

7、，支座节点板厚度12mm 。（1）、 上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算， N=763.36kN(压 )计算长度 ：屋架平面内取节间轴线长度lox =1508mm， 屋架平面外根据支撑和内力变化取loy =3000 （两块屋面板的宽度）。 因为2l ox=l oy ,故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。设=60 ，查轴心受力稳定系数表，=0.807AN763.361034399.64mm2f0.807215l ox1508loy 3000需要的回转半径 ： ix25.1mm,i y44.3mm6060根据需要A、 i x、 i y 查角钢规格表 ，选用2L140 ×90

8、 ×10 ，肢背间距a 10mm ，则 A 44.6 cm2， i x 2.56cm， i y6.77cm按所选角钢进行验算 ：l ox1508loy3000x58.9yi y44.3i x25.667.7满足长细比150 的要求 。双角钢 T型截面绕对称轴 （y轴）应按弯扭屈曲计算长细比yz.下载可编辑 .由 b1/t=14>0.56x3000/140=12yz=3.7x14x （1+0.044 ）=54.1>44.3故由 max=yz=54.1, 按 b类查附表 4.2得 =0.835N763.36 103MPa205MPa215MPaA0.835 4460上弦杆截面

9、如下 ：（把上述改了 ）填板每个节间放一块（满足 l1范围内不少于两块）， la=75.4<40x2.56=102.4cm(2)下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力杆计算 。N=758.62kNlox3000 mm， l oyl012000mm选用 2L160×100 ×10 ，因 l oy l 0 x , 故用不等肢角钢 ，短肢相并 。A50.6 cm2 ， i x2.85cm， i y7.78cml ox300105.26 350loy1200 154.2 350xyi x2.85i y 7.78N758620215MP a 所以满足要求 。A150MP a5

10、060下弦截面如图 ：.下载可编辑 .填板每个节间放一块， la=150cm<80i=80x2.85=228cm.（3）支座斜杆按端斜杆 Ba 最大设计内力设计杆件轴力 ：N445.95kN计算长度 ：lox2028mmloy2535mm因为 lox1.25l oy ，故采用等肢角钢 ，使 i xi y 。选用 2L100 ×10。 则:A 38.52 cm2， i x3.05cm ， i y4.60cml ox202866.49，loy2530xy55.0i x30.5i y46.0由于 yx ，只需求x 。 查表x 0.771 ，则:N445950150.16 MP a21

11、5MP a故所选截面合适 。x A0.771 3852端斜杆截面如图 ：填板各放两块 ， la=84.5cm<40x3.05=122cm.(采用等肢 )（ 4）斜杆 He按最大设计内力设计杆件轴力 : N445.95kN.下载可编辑 .计算长度 ： lox2707.2mmloy3384mm因为 lox 1.25l oy ，故采用等肢角钢 ，使 i xi y 。选用 2L125 ×8。 则:A39.5 cm2 ， i x3.88cm， i y 5.55cml ox2707.269.77150loy3384xyi y60.97 150i x38.855.5由于yx ，查表x =0.

12、755N445950149.53MP a215MP axA0.7553950（修改一下 ）填板各放三块 ， la=84.6cm<80x3.88=310.4cm（ 5 ）竖杆 Ie按最大设计内力设计杆件轴力 : N 102.61kN计算长度 ： lox2552mmloy3190mm因为 lox1.25l oy，故可以采用等肢角钢 ，选用 2L80×8 ，则A24.6cm2 ， i x2.44cm ， i y3.77cml ox2552104.59 150l oy319084.62 150xy37.7i x24.4i yN102610A246041.71MPa215MPa.下载可编

13、辑 .(修改一下 )填板放三块 ， la=79.75cm<80x2.44=195.2cm其余各杆件的截面选择结果见下表屋架杆件截面选用表杆件名杆件号计算长度 （m ）所用截截 面 积计 算容 许杆件端部的角填 板称loxloy面（ cm 2应力长 细钢肢背和肢尖数）比焊缝 （ mm ）（）上弦杆F-G1.50832L14044.6205150_每 节G-Hx90x1间 10下弦杆de3122L16050.6150250_每 节x100x间 110Ba2.0282.5352L10038.52150.6150_3x10斜腹杆Bb2.6082.08642L10031.28165.61503x8

14、3Db2.8692.29522L80x24.6155.61503.下载可编辑 .83Dc2.8592.28722L70x13.76134.7250352Fc3.1292.50322L70x13.76136.8150359Fd3.1192.49522L50x9.658.0125035Hd3.3962.71682L50x9.61.5725035He2.70723.3842L12539.5149.51503x83Aa1.9901.5922L50x9.668.18150-25Cb2.2901.8322L50x9.61.5115025Ec2.5902.0722L70x13.7683.631502竖杆5G

15、d2.8902.3122L70x13.7699.7015035Ie2.5523.192L18024.641.712503x8（结合 excel 一起抄写 ）.下载可编辑 .4. 节点设计采用 E43 焊条时 ，角焊缝的抗拉 、抗压和抗剪强度设计值f fw= 160Mpa。（1 ）下弦节点设Bb 杆的肢背和肢尖焊缝 hf=6mm 和8mm ，所需焊缝长度为 ：肢背 l1： l1K1 N2hf0.65 344.54 1032 8141mm20.7hf 1 f fw20.78160肢尖 l2：K 2 N0.35 344.54 1036 102mml 2f fw2hf2 0.722 0.7hf 26

16、160取 l1=150mm ，l2=110mm设 Db杆的肢背和肢尖焊缝 hf=6mm 和 8mm, 所需要的焊缝长度 ：肢背 L1:l1K1N2hf0.65 273.37 1030.7hf 1 f fw2 8 116mm22 0.7 8 160肢尖 l2：K2 Nhf0.35 273.37 103mml22 0.7hf 2 f fw 22 0.7 6 1602684取 l1=120m,l2=90mmbC杆的内力很小 ，焊缝尺寸可按构造确定 ，取hf=5mm内力差为N=340kN，由斜腹杆焊缝确定的节点板尺寸量得实际节点板长度为340cm ，采用hf=6mm，肢背焊缝应力为 ：fK1N0.65

17、 340 10399.3N / mm2160mm220.7hf l w 20.7 5 340 26（图纸参照书上 p202 ，需满足构造要求 ）.下载可编辑 .（ 2）上弦节点 “B”斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同 。斜杆Ba 与节点板连接焊缝计算 ：N=-445.95kN 。设 “Ba”杆的肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为10mm 和 6mm 。所需焊缝长度为肢背 l1 ：l1K1 N2hf0.65 445.95 10310 150mm0.7hf 1 f fw222 0.7 10 160肢尖 l 2 ：l 2K2 N0.35 445.95 1030.7hf

18、2 f fw2hf2 6 129mm22 0.76 160取 l1150mm，l 2130mm。为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm 。 用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8 的折减系数 。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而.下载可编辑 .假定集中荷载 P 与上弦垂直 。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：hf 11节点板厚实度1mm hmm。2210 5 , f 25肢尖焊缝承担弦杆内力N436.55kN ，偏心距 e=78.8mm ，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载 F 50.4kN 。上弦与节点板间焊缝长

19、度为460mm ，则=5040016 MPa <1.22x160=195.2MPa20.75(46010)对 ? N ： f43655069.3MPa20.710(46010)对 M ：f436550x6x78.872.8MPa20.710(46010)2（f22(72.8269.3291.45MPa160MPa）f)f1.22（上图改一下数据，同时满足构造要求）（3）屋脊节点 “I”拼接杆件一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊 ，需将拼接角钢进行切肢、切棱。 拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼.下载可编辑 .接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算

20、。N=-738.31kN。设肢尖 、肢背焊脚尺寸为10mm 。 则需焊缝长度为lw7383102x10185mm 拼接角钢长总度取2x185+20=39040.710160mm上弦与节点板间的槽焊，假定承受节点荷载 ，验算略 。上弦肢尖与节点板的连接焊缝 ,应按上弦内力的15% 计算 。设肢尖焊缝 hf10mm,节点板长度为500mm ，节点 一侧 弦杆焊缝 的计算长度为l w (500/ 21020)220mm。焊缝应力为 ：N0.1573831036MPaf20.710220M60.15738310(9021.2)77.27MPa160MPaf20.7102202（f2277.27)236

21、278.86MPa160MPa）f(1.22f节点形式如图 :.下载可编辑 .图 12：屋脊节点 “J”（将上图改一下，并结合书上p202 ）9.4 下弦跨中节点 “e”跨中起拱50mm ，下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面 2L160 ×100 ×10， h f8mm ，下弦按下弦截面面积等强度计算连接焊缝长度：Af165060x210l w16 287mm ，取 l w =300mm 。4 0.7 hf f fw40.7 8 160拼接角钢长度 l2 300 20 620mm。弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算。N758.62 15%11

22、3.79kN设肢背、肢尖焊脚尺寸为 8mm ，弦杆一侧需焊缝长度为0.65113.7910358mm ，取 lw1 =60mm肢背： lw10.781601620.35113.791031639mm ， 按 构 造 要 求 ， 取 焊 缝 长 度肢尖 lw 20.781602lw250mm ，取 lw 2 =60mm节点板宽度是由连接竖杆Ie 和斜杆 He 的构造要求所决定的 ，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸 ，0.65758620）75.4MPaw20.78（600f f 160MPa16焊缝强度满足要求 。节点形式如图 :.下载可编辑 .图 13：下弦跨中节点 “e”（上图改一下

23、，还有 he 杆）9.5 端部支座节点 “a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm 。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度 14mm 。（1）支座底板的计算支座反力 ：R403200N设支座底板的平面尺寸采用250mm250mm，锚栓直径取25mm ，锚栓孔直径为 50mm ，An=62500-50x50x3.14/4=60537.5 mm2 ，验算柱顶混凝土的抗压强度：R4032009.6MPa (取 C20 混凝土）An6.66MPa fc60537.5支座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为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 ：M2 a22式中：底板下的平均应力 ，即=6.66 MPa 。a2 两边支承之间的对角线长度 ，即 a22 (12512 ) 168.3mm2.下载可编辑 .2 系数，由 b2 / a2 查表确定 。b2 为两边支承的相交点到对角线 a2 的垂直距离 。 由此得：b2120 11984.8mm, b284.80.5168.