钢结构屋架设计

1、一丶设计资料厂房总长60m，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。地区计算温度高于一20T，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 X 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/m2，雪荷载的根本雪压标准值为

2、 =0.7KN/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/川，活荷载总和=0.7 KN/ m24、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：荷载分项系数丫g=1.2 ;屋面活荷载活雪荷载：丫 q=1.4，组合值系数© =0.7F= 1.2 X 2.7844+0.7 X 1.4 X 1.5 X 6=37.2 KN按永久荷载效应控制的组合计算永久荷载：荷载分项系数丫 g=

3、1.35 ;屋面 活荷载活雪荷载：丫 q=1.4，组合值系数© =0.7F= 1.35X 2.784+0.7 X 1.4 X 0.7 X 1.5 X 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 Lo = 24000- 300= 23700mm端部高度取 H=1990mm跨中高度取 3190mm下端起拱50mm屋架几何尺寸如图 1 所示：1508150800O5108一 09515一08651 -0851500X 8=1 200

4、0150 儿 1350 L cegC 09020902aacegIh . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值1.0A'C'gg.o90.00oo o24+ 1.25.1+oo o77oo O+6.73+5.3100/9 -O +3H 727.1+O -1-+9.34 V +8.441.0 1.°04DC9.O .1 -+19413+ 3.48+8.05 -O-acegI ig'e'c'a'i . 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值二、支撑布置由于房屋长度有90米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两 端及

5、跨中三处设置垂直支撑。其他屋架那么在垂直支撑处分别于上、 下弦设置三道 系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。£071。- hcxid . Rmrj . foot) hooni mr! Etrr&:)mCCl331gjiggic=i心桁架上弦不意图lb*6U0U= 90000eoco Bona g他。 Gnnn Frwn kmn miyn柠nnn k(nn桁架下弦示意图四、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：NU=-580.3KN, l°x=150.8cm, l°y=301.6cm故截面应选择等边角钢截面。假定入

6、=50,那么2=0.856 , Areq=N/ f=5803/ (0.856 X 215) 31.5 cmi yreq=l ox/ 入=150.8/50=3.02cmi yreq= l oy / 二 301.6/50 二 6.03cm由附表7.6选2L110X 10,肢背间距a=10mm2A=2X 19.26=38.52cm、i x=3.05cm、i y=4.52cm截面验算:x = I ox/i x = 150.8/3.05=49.4<y = l oy/ i y=301.6/4.52=66.7<b/t=10/1=10 v 0.58 X 301.6/10=17.5yz0.415b4

7、 y 12 2loyt69.7yz > x ,故 maxyz查表得 =0.7528由 N/ A=5803/0.7528 X 38.52=200.1N/mm2v f=215 N/mm2故上弦杆采用2 L110 X 102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°x = 300cm l oy=1185cm2Anqeq=N/f=26.83cm由附表 7.6 选 2 L100 X 8 , a=10mmA= 2X 15.64 = 31.28 cm 2 , i x = 3.08cm, i y = 4.48cm=N/An =5769/31.28=185N/ mm2&l

8、t; 215 N/ mm2 满足x 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 X 83腹杆aBN=-336.7KN ,1 ox=l oy=253cm 选用截面 2L90X 8, a=10mm 截面几何特性：几何面积：2A=27.88cm回转半径：i x=2.76cm, i y=4.09cm长细比：253.5x91.71502.76y 253.5 61.9150y 4.09b/t=9/0.8=11.25 V 0.58 X 253/9=16.3yzy 140.42

9、152b66 x 91.7At2maxx91.7查表得x =0.610那么 =N/ xA=3367/0.610 X27.88=198N/mm2 < 215 N/ mm2 满足所以选择截面为2L90X 8的等肢角钢，肢背间距为a=10mm3腹杆BcN=262.1KN, lcx=0.8 X 261.3=209cm, loy=261.3cm选 2 L70 X 5, a=10mmA= 2 X 6.88 = 13.76 cm 2 , i x = 2.16cm, i y = 3.24cm2 2=N/An =2621/13.76= 190.5N/ mm < 215 N/ mm 满足x = l o

10、x/ i x = 209/2.16=96.8< = 350满足y = l oy/ i y=261.3/3.24=80.6<= 350满足选用截面 2L70X 5 , a=10mm5腹杆FgN=43KN, l ox=l oy=0.8 X 312.4=249.9cm选 2L56X 5, A=2X 5.42=10.84cm2满足最小角钢要求x=1.72cm,i y = 2.69cmlox 249.9145.3150满足要求xix1.72loy 312.4116.1150满足要求yiy 2.69(6)腹杆gHN=0.46KN, I °x=0.8 X 339=271.2cm, I

11、°y=339cm 选 2L63X5, i x = 1.94cm, i y = 2.97cmx=|ox/i x=139.8 v 150 满足y=|oy/i y=114.1 v 150 满足。(7) 腹杆HiN=-40.9KN l ox=0.8 X 339=271.2cm, l°y=339cm选 2L63X5, i x = 1.94cm, i y = 2.97cmx =l ox/i x=139.8 v 150 满足y =l oy/i y=114.1 v 150 满足。按第二种荷载组合Nni压力略微增加，但其值小，可满足要求。(8) 腹杆IiN=78.2KN l ox =0.9

12、X 319=287.1cm选 2L63X 5,十字相连,A=12.28, i x = 2.45cmx =l ox/i x=117.2 v 350 满足承载力验算：=N/ A=782/12.28=63.7N/mm2v 215(满足)所以选择截面为2L63X 5的等肢角钢，肢背间距为a=10mm其余截面选择见下表:屋架杆件截面选用表杆件 名称杆 件 号内力设 计值(kN)计算长度所用截面截面 积(cm2)计算 应力(N/ cni)容许长 细比入填板数l ox(m m)10y(mm)上弦 杆FG、GH-953.69150830002 L125 >80X1039.4204.48150每节间1下弦

13、 杆gi948.061500120002 L125 X0X246.8202.58350每节间1腹杆aB-554.34253525352L90X 1240.62189.001502Be429.97208626082L90 X 827.88202.053502cD-339.98228728592L90X 1240.62127.21502De231.24228728592L90 X 827.8882.943502eF-153.74250331292L90X 1240.6262.561502Fg78.44249531192L90 X 827.8828.133502gH-42.29271733962L6

14、3 X 614.5884.811503Hi-95.52269633702L63 X 614.58189.91503Aa-31.25199019902L63 X 614.5839.991502Ce-62.50183222902L63 X 614.5875.471502Ee-62.50207225902L63 X 614.5884.381503Gg-62.50231228902L63 X 614.5898.091503Ii26.87289128912L63 X 614.5818.432003五、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，

15、角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷载，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=0.15X 562=84.3(kN).其产生的偏心弯矩 M= Ne=84.3 103 50=4215000(N?mm现取节点板尺寸如下图。设肢尖焊脚尺寸hf2=6mm那么焊缝计算长度lw2=200-2X 16-5=183 (mm。验算肢尖焊缝强度:f26M22 0.7 hf2lw22N2 0.7 hf 2!w26 421500021.22 2 0.7 618384.3 1032 0.7 6 183=91.9(N/mrn ) < ffW =160N/mrn (满足要求)

16、上弦杆起拱后坡度为1 c。拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成型。拼/9.6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hf =t -2=10- 2=8 (mm。那么接头一侧需要的焊缝计算长度为:562 1034 0.7 8 160156.8 mm拼接角钢的总长度为:1l 2 lw 2hfa 2 156.8 2 810 2100376.4(mm)9.6取 l =400mm拼接角钢竖肢需切去的高度为：=t hf 510 8 523(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hf

17、t 2 8 2 6(mm)，那么接头一侧所需要的焊缝计算长度为:lwAf4 0.7hf ffw31.28 102 2154 0.7 6 160250.2(mm)拼接角钢的总长度为:l 2 lw hf a 2250.2 2 610 534.4(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。拼接角钢竖肢需切去的高度为：t h 5 8 6 5 19mm mri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

18、中心那么取 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那么尾数。节点板按布置腹杆杆端焊缝需要，采用一330 X 10 X 380。3支座节点。根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用一380X 12X 440. 为便于施焊，取底板上外表至下线轴线的距离为160mm且在支座中线处设加劲肋一90 X 10,高度与节点板相同，亦为 440mm1底板计算。支座反力：R 8F 305.6kN根据构造需要，取底板尺寸为280mX 380mm锚栓采用2M24并用图示U形缺口。柱采用的C20混凝土 fcc 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平安地仅取加劲肋局部5.68N /mm2< fcc=1