钢结构屋架设计

1、、题目某厂房总长度90m跨度为18m屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距 6m>1. 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C30,屋面坡度i=L/10 ； L为屋架跨度。地区计算温度高于-20°C,无侵蚀性介质，屋 架下弦标高为18m2. 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）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50 型。3. 屋盖结构及荷载（1）无檩体系：采用1.5 x 6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用） 荷载：屋架及支撑自重：按经验公式 q=0.12+0.011L , L为屋架跨度

2、，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m为单 位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S=0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷 载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m2屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.45kN/m水泥砂浆找平层0.7kN/m2（按附表取）2保温层0.4 kN/m预应力混凝土屋面板1.45kN/m150Jz5n7 5.15071507历07”°】gCsE5C1 >0le = 9iW(a) 18米跨屋架TB1,0T3,470g1弐一 o7ooo10 i.o i°

3、63;102+ 7.962+ 9.279+ 9.279ace(b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值可匚ege(c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值二、设计内容1. 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置根据车间长度、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，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W、W和W 种编号IVK7I4/221-1、2-2剖面图2. 荷载计算三毡四油防水层水泥砂浆找平层 保温层预应力混凝土屋面板屋架及支撑自重恒荷载总和0.45 kN/m0.7kN/m0.4kN/m1.45kN/m0.12+0.011L=0.318kN

4、/m3.318kN/m活荷载0.7kN/m积灰荷载0.7kN/m可变荷载总和1.4kN/m屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋面可不考虑。3. 荷载组合1.全跨永久荷载+全跨可变荷载可变荷载效应控制的组合：F=(1.2 X 3.318+1.4 X 0.7+1.4 X 0.9 X 0.7) X 1.5 X 6=52.59kN 永久荷载效应控制的组合：F ' =(1.35 X 3.318+1.4 X 0.7 X 0.7+1.4 X 0.9 X 0.7) X 1.5 X 6=54.43kN 故 F=54.43KN2.全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：F

5、1=1.35 X 3.318 X 1.5 X 6=40.31kN半跨可变荷载设计值：F2=(1.4 X 0.7+1.4 X 0.9 X 0.7) X 1.5 X 6=16.76kN屋架杆件内力组合表杆件名称杆 件 编 号单位内力作用时的内力系数组合1组合2计算内里全跨A左半跨B右半跨CFX AF1XA+F2X CF1XA+F2X B上弦AB0.000.000.000.000.000.000.00BCCD-6.221-4.317-1.85-338.61-281.77-323.12-338.12DEEF-8.993-5.636-3.357-489.49-417.15-345.23-489.49FG

6、-9.102-4.551-4.551-495.42-443.18-443.18-495.42下弦ac3.4702.5370.933188.87155.51182.17188.87ce7.9625.3252.637433.37365.14410.20433.37eg9.2795.3123.967505.06441.64463.07505.06斜腹 杆aB-6.502-1.754-1.748-353.90-291.39-291.49-353.90Be4.7393.1581.581257.94217.53243.96257.94cD-3.382-1.862-1.520-184.08-161.80-1

7、67.54-184.08De1.8840.5401.344102.3298.4789.99102.32eF-0.6900.615-1.305-37.47-49.69-17.51-49.69Fg-0.462-1.6321.170-25.090.99-45.98-45.98竖杆Aa-0.5-0.50.00-27.16-20.16-28.54-28.54Ce-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Ee-1.0-0.10.00-54.43-40.31-57.07-57.07Gg0.8120.4060.40644.2039.5439.5444.204. 截面选择按腹杆最大

8、内力N=-353.9kN查表选用中间节点板厚度t=10mn,荷载支座节 点板厚度 t=12mm。1. 上弦 整个上弦不改变截面，按最大内里计算： 假定入=60,对于双角T形钢，当绕x.y轴失稳时属于类b截面，由附表查得 书x= 0.735 ，需要的截面几何量：A=N/ 书 minf=4954.2 / (0.735X 310)=21.74cm2ix=l ox/ 入=150.75/90=2.51cmiy=l oy/ 入=300/90=5.0cm由附表选用 2L80X 10,A=30.26cm2 ,i x=2.42cm,i y=3.74cm入 x=|ox/i x=150.75/2.26=62.290

9、入 y=l oy/i y=300/3.54=80.21<入=150双角T钢型截面绕对称轴(y)轴应按弯扭屈曲计算长细比入yz b/t=8.0<0.58loy/b=21.75, 故按下式计算入 yz= X y (1+0.475b? /l oy2 t2 ) =81.194> 入 y故由入max=X yz =81.94，按b类查附表得书=0.553(T =N/ 书 A=4954.2/(0.632 X 30.26)=296.06N/mm2 <f=310N/mn2因截面无孔眼削弱， 可不验算强度。 又因轧制钢翼缘和腹板， 可不验算局部稳定填板每个节间放一块 (满足 l 1范围内不

10、少于两块) ,l a=75.38cm<40i=40X 2.42=96.8cm2. 下弦下弦不改变截面，按最大内力计算：Nmax=505.06kN,l ox=300cm,loy=900cm 连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘 的距离约为100cm(eg节间)，可不考虑螺栓孔削弱。需要的截面几何量：A=N/f=5050.6/310=16.29cm2i x=l ox/ X =300/350=0.86cmiy=l oy/ X =1500/350=2.57cm由附表选用 2L75X 7， A=20.26cm2 ,i x=2.30cm,i y=3.47cmX x=l ox/i x=300/2.30=1

11、30.43< X =350X y=l oy/i y=900/3.47=259.37< X =350(T =N/A=249.29N/mr2 <f=310N/mn2填板每个节间放一块， l 1=150cm<80i=80X2.30=184cm3. 斜腹杆(1)杆件 aB:N=-353.90kN,l ox=l oy=253.0cm假设入=80,对于双角T形钢，当绕x.y轴失稳时属于类b截面，由附表 查得书x= 0.574 ，需要的截面几何量：A=N / 书 minf=3539.0 / (0.574 X 310)=19.82cm2ix=l ox/X =253.0/80=3.16c

12、miy=l oy/X =3.16cm由附表选用 2L100X 6,A=23.86cm2 ,i x=3.10cm,i y=4.44cmX x=l ox/i x=253.0/3.10=81.61< X =150X y=l oy/i y=253.0/4.44=56.98双角T钢型截面绕对称轴(y )轴应按弯扭屈曲计算长细比入yzb/t=16.7<0.58loy/b=14.67,故按下式计算入 yz=3.9 X b(1+loy 2 X t2 /18.6b ? )/t=71.20< 入 x故由入max=X x=81.61，按b类查附表得书=0.563(T =N/ 书 A=3539.0/

13、(0.563 X 23.86)=263.45N/mm2 vf=310N/mn2 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局 部稳定填板放两块，l a=84.30cm<40i=40 X 3.仁124cm(2) 杆件 Bc:N=257.94kN,l ox=0.8l1=0.8/ X 261.3=209.04cm,l oy=261.3cm 需要的截面几何量：A=N/f=2579.4/310=8.32cm 2ix=l ox/ 入=209.04/350=0.60cmiy=l oy/ 入=261.3/350=0.75cm由附表选用 2L63X 4, A=9.96cm2 ,ix=1

14、.96m,iy=2.94cm入 x=l ox/i x=209.04/1.96=106.65<入=350入 y=l oy/i y=261.3/2.94=88.88<入=350(T =N/A=258.98N/mr2 <f=310N/mn2填板放两块，l 仁87.1cm<80i=80X 1.96=156.8cm.(3) 杆件 Ee:N=-50.07kN,l ox=0.8l1=0.8 X 259.0=207.20cm,l oy=259.0cm。内里 较小可按入选择截面，需要的截面几何量：ix=l ox/入=207.20/150=1.38cmiy=l oy/入=259.0/150

15、=1.73cm由附表选用 2L50X6,A=11.38cm2 ,i x=l.51cm,i y=2.48cm入 x=l ox/i x=207.20/1.51=137.22<入=150入 y=l oy/i y=259.0/2.21=104.44<入=150双角T钢型截面绕对称轴(y )轴应按弯扭屈曲计算长细比入yz b/t=8.33<0.58loy/b=29.93,故按下式计算入 yz=X y (1+0.475b? /loy 2 t2 ) =105.72< 入 x 故由入max=入x=137.22，按b类查附表得书=0.260(T =N/ A=500.7/(0.260 X

16、11.38)=166.04N/mm2 <f=310N/mn2因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局 部稳定填板放四块,l a=51.8cm<40i=40 X 1.51=55.2cm其余杆件截面选择见表，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l o=0.9l,其他腹杆除Aa外，l ox=0.8l.物价杆件截面选用表杆杆内里计算长度(cm)所用截件件设计面名号值称(kN)截面 积(cm2计算应力(N/mm2 )容许 长细 比入杆件端部 的角钢肢 背和肢尖焊缝填板 数丿l oxl oy上FG-495.150.75300.02L80 X 128

17、.2274.35150每节:弦420106间1下eg505.0 1300.001500.2L75X7 120.2249.29 :350每节:弦606间1aB-353.253.0253.02L100X23.8263.451506-160290664-120斜Bc257.9209.04261.32L63 X 49.96258.983504-1702腹404-90杆cD-184.229.12286.42L90 X 621.2169.281506-90308084-70De102.3229.12286.42L30 X 44.56224.363504-703204-40eF-49.6249.92312.

18、42L56 X 816.7130.761506-4049044-30Fg-45.9249.92312.42L56 X 816.7121.01506-4048044-30Aa-28.5199.0199.02L45 X 610.1121.081506-403竖464-30杆Cc-57.0183.2229.02L45 X 610.1209.591506-403764-30Ee-57.0207.20259.02L50 X 611.3166.041506-404784-30Gg44.20289 X+ 36 X 56.7665.382006-4030.9=260.14-305.节点设计(1)下弦节点设计”

19、 c”先算腹杆与节点板的连接焊缝：Bc杆肢背及肢尖的焊缝的焊脚尺寸取 hfi=hf2=4mm则所需的焊缝长度(考虑起灭弧缺陷)：肢背 I w仁257940/(3 X 0.7 X 4X 200)+2 X 4= 161.54mm,用 170mm;肢尖 | w2=257940/(6 X 0.7 X 4X 200)+2 X 4=84.77mm用 90mm.腹杆Cc和cD的杆端焊缝同理计算，其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差 N=Nce-Nac=433.37-188.87=244.5kN > 75.76kN .由斜腹杆焊缝决定的节点板量得节点板长度是52.0cm,角焊缝计算长度l v=52.0

20、-1.2=50.8cm,采用hf=6mm肢背焊缝应力为：t 1=244500/(3 X 0.7 X 6X 508)=38.20N/mm2 vff =200N/mm下线节点“ c”(2) 上线节点“ B”腹板aB,Bc的杆端焊缝计算同上。这里验算上线与节点板的连接焊缝：节点 板缩进8mm肢背采用塞焊缝，承受节点荷载：Q=54.43kN,hf =t/2=5mm,l wi=l w2=48.0-1.0=47.0cm(T =54430/(2 X 0.7 X 5X 470)=16.55N/mm2 <B ff=1.22 X 200=244N/mm 肢尖焊缝承担弦杆内力差 N=MBNBC=338.12-

21、0=338.12kN >74.31kN,偏 心距 e=8-2.5=5.5cm 偏心力矩 M=A Ne=338.12 X 5.5=18.60kN m,采用h f=10mm则对厶 N:t =338120/(2 X 0.7 X 10X 508)=47.54N/mm2对 M :(T f=6M/(2 X he X l W2 )=6 X 18600000/(2 X 0.7 X 10 X5082 )=30.89N/mm2则焊缝强度为：2(a f/ B f) 2 +t f2 =53.86N/mn2 <ff=200N/mm上弦节点“ B'(3)屋脊节点“ G'腹杆杆端焊缝计算从略。弦

22、杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定 焊缝尺寸，可不计算。这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截 面2L80X 10,除倒棱外，竖肢需切去 =t+hf+5=10+10+5=25mr按上线坡 度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度(设hf=10mm刀 I w=N/(0.7h f x f f )=353.87mm共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：I w=353.87/4+20=108.47mm拼接角钢总长度为：1=21 w+20=236.94mmv 600mm取拼接角钢长度为600mm.5寸1010101-30L Z6-4?屋脊节点“ a”(4)支座节点“ a”(

23、5)支座节点“ a”杆端焊缝计算从略，以下给出底板等的计算 底板计算支反力Q=327.18kN,混凝土强度C30, fc=14.3N/mn2 ,所需底板净面积：An=327180/14.3=22879.72mm2 =228.80cm2锚栓直径取d=25mm锚栓孔直径为50mm则所需底板毛面积：A=A n+Ao=228.80+2 X 4 X 5+3.14 X 52 /4=2580.43cm2按构造要求采用地板面积为aX b=28X 28=784cn2 >280.43cm2 ,垫板采用-100X 100X 12,孔径26mm实际底板净面积为：An=784-2 X 4X 5-3.14 X 52 /4=724.4cm2底板实际应力：q=3271.8/724.4=4.52N/mm2a仁V(14-0.5) 2 +(14-0.6) 2 =18.92cmb 仁 13.5 X 13.4/18.92=9.45cmb "a 仁9.45/18.92=0.50,查表得 B =0.056，则:M= B qa2 =0.056 X 4.52 X 189.2 2 =9060.85N mm所需底