钢结构梯形屋架设计指导书-副本

1、钢结构课程设计指导书土木教研室2012.51. 设计背景1.1设计资料某地区一金加工车间。厂房总长度为150,柱距6m，跨度为24m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。钢屋架设计可不考虑抗震设防。屋面采用1.5m6.0m预应力大型屋面板,屋面坡度为i=1:10，上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面可变荷载标准值为,雪荷载标准值为, 积灰荷载标准值为。 屋架采用梯形钢屋架, 其两端铰支于钢筋混凝土柱上。 柱头截面为, 所用混凝土强度等级为C20。1.2设计要求根据该地区的温度及荷载性质,钢材采用,其设计强度,焊条采用E43型,手工焊接。构件采用钢板及热轧型钢, 构件与支撑的连

2、接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度:, 端部高度: (轴线处), (计算跨度处), 屋架跨中起拱。2. 结构形式与布置2.1屋架形式及几何尺寸 屋架形式及几何尺寸见图 1所示.图1 屋架形式及几何尺寸2.2屋架支撑布置屋架支撑布置见图2所示。由于屋架的纵向长度为150mm，所以在屋架的两端以及纵向和处各设置一道支撑。屋架上弦支撑布置图屋架下弦支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑1-1符号说明：GWJ-(钢屋架)：SC-（上弦支撑）；XC-（下支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）LG-（柔性系杆）图2屋架支撑布置图3. 荷载与内力计算3.1荷载计算屋面可变荷载与雪荷载不会同时出现,故取两

3、者较大的活荷载计算.永久荷载标准值 防水层(三毡四油上铺小石子) 找平层(厚水泥砂浆) 保温层(厚泡沫混凝土) 0.7预应力混凝土大型屋面板 1.40钢屋架和支撑自重 管道设备自重 0.10 总计 3.33可变荷载标准值 屋面可变荷载 0.70 积灰荷载 0.5 总计 1.2 永久荷载设计值 可变荷载设计值 3.2荷载组合设计屋架时,应考虑以下三种组合：组合一:全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(4.00+1.68)1.56=51.12kN/m2组合二:全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=4.001.56=36.00kN/m2 P2=1.681.56=15.12kN/m

4、2组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 屋架上弦节点荷载P3=1.20.381.56=4.10kNP4=(1.21.4+1.40.7)1.56=23.94kN3.3内力计算本设计采用图解法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。但如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设屋面板，则可避免内力变号而不用组合三。4. 杆件截面设计4.1屋架杆件内力组合表腹杆最大内力，N=458.76kN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取

5、12mm。表1 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（P=1）组合一组合二组合三计算内力（kN）全跨左半跨右半跨P上弦杆ABC-0.67-0.670.0012-34.25-34.25 -24.10-18.79 -2.72-34.25CDE-14.06-9.59-4.47-718.75-651.16 -573.75-287.23 164.66-718.75EFG-14.06-9.59-4.47-718.75-651.16 -573.75-287.23 164.66-718.75GHJ-15.19-7.83-7.36-776.51-665.23 -658.12-249.73 238.48-776.5

6、1下弦杆ab8.646.192.45441.68404.63 348.08183.61 94.08441.68cd15.139.096.04773.45682.12 636.00279.65 206.63773.45斜腹杆Ad0.810.81-0.001541.4041.41 29.1422.71 3.2941.41Cd-10.25-7.1-3.15-523.98-476.35 -416.63-212.00 -117.44-523.98ad-11.11-7.96-3.15-567.94-520.32 -447.59-236.11 -120.96-567.94Ce6.744.222.52344.

7、55306.45 280.74128.66 87.96344.55be6.013.492.52307.23269.13 254.46108.19 84.97307.23Ee0.80.8040.9040.90 28.8022.43 3.2840.90Ef0.730.73037.3237.32 26.2820.47 3.0037.32bf-2.39-0.18-2.21-122.18-88.76 -119.46-14.11 -62.71-122.18Gf-1.580.62-2.21-80.77-47.51 -90.308.36 -59.39-90.30 8.36Gg-0.017-1.811.79-0

8、.87-27.98 26.45-43.40 42.78-43.40 42.79gc-0.67-2.461.79-34.25-61.32 2.94-61.64 40.11-61.64 40.11gJ0.720.72036.8136.81 25.9220.19 2.9536.81竖杆Aa-1.02-1.020.00096-52.14-52.14 -36.71-28.60 -4.16-52.14Bd-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12De-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12Eb-2-20-102.24-1

9、02.24 -72.00 -56.08 -8.20-102.24Ff-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12Hg-1-10-51.12-51.12 -36.00-28.04 -4.10-51.12Jc0.930.4650.46547.5440.51 40.5114.95 14.9547.54注：表内负值表示压力；正值表示拉力。4.2上弦杆整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=776.51kN（压）计算长度 屋架平面内取节间轴线长度 屋架平面外根据支撑和内力变化取因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，上弦杆截面见图3。图3 上弦截面设，查

10、轴心受力稳定系数表，需要截面积需要回转半径 根据 查角钢型钢表，选用2，,。按所选角钢进行验算： 满足刚度要求。由于，只需求出，查轴心受力稳定系数表， 所选截面合适。4.3下弦杆整个下弦杆采用用同一截面，按最大内力计算，N=773.45KN(拉)计算长度：屋架平面内取节间轴线长度 屋架平面外根据支撑布置取计算需要净截面面积 选用2（短肢相并），下弦杆截面见图4。图4 下弦截面A=3942，。按所选角钢进行截面验算，取（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于100mm，则不计截面削弱影响） 所选截面满足要求。4.4端斜杆ad已知N=567.94kN（压），因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使，选用角钢

11、2，端斜杆截面见图5。图5 端斜杆截面截面验算 所选截面满足要求。4.5中竖杆Jc已知 N=47.54kN（压） m根据螺栓排列要求，中间竖杆最小应选用263（）的角钢，并采用十字形截面，见图6。图6 中竖杆截面 查表得所选截面满足要求。其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表2。4.6杆件截面选择表表2 杆件截面选择表杆件内力kN截面规格面积（）计算长度（cm）回转半径（cm）长细比应力（N/mm）名称编号上弦-776.512140901252.80150.8301.62.546.8159.371500.811-181.34下弦773.452125801039.426006002.26

12、6.11265.48350196.21斜腹杆Ad41.41T形截面263512.29131.0163.71.942.9667.535033.69Cd-523.98长肢相并2125801039.42193.22.263.3185.481500.652-203.87ad-567.94长肢相并2125801039.42173.82.263.3176.91500.707-203.78ce344.55T形截面270616.32150.9188.62.153.2670.2350211.12be307.23T形截面270616.32150.9188.62.153.2670.2350188.25Ee40.90

13、T形截面263512.29166.9208.61.942.9686.035033.28Ef37.32T形截面263512.29151.2189.01.942.9677.935030.37bf-122.18T形截面280618.80167.3209.12.473.6567.71500.765-84.95Gf-90.308.36T形截面280618.80167.3209.12.473.6567.71500.765-62.794.45Gg-43.4042.79T形截面263512.29166.6208.21.942.9685.91500.648-54.4934.82gc-61.6440.11T形截面

14、263512.29166.6208.21.942.9685.91500.648-77.3932.6gJ36.81T形截面263512.29184.4230.51.942.9695.135029.95竖杆Aa-52.14T形截面263512.29201.5201.51.942.96103.91500.529-80.2Bd-51.12T形截面24558.5884.81061.372.2661.91500.797-74.76De-51.12T形截面24558.581041301.372.2675.91500.714-83.45Eb-102.24T形截面263512.292082601.942.961

15、07.21500.510-163.12Ff-51.12T形截面24558.581041301.372.2675.91500.714-83.45Hg-51.12T形截面24558.581281601.372.2693.41500.598-99.63Jc47.54十字形截面263512.29288288=2.45117.5535085.965. 节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值各杆内力由表1查得。最小焊缝长度不应小于8。5.1下弦节点b（见图7）图7 下弦节点“b”（1）斜杆eb与节点板连接焊缝计算：N=307.23kN设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝

16、长度为：肢背：+12=165.2mm，取=170mm肢尖：+10=100.5mm，取=110mm（2）斜杆fb与节点板的连接焊缝的计算：N=122.18kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为 肢背 肢尖 (3) 竖杆Eb与节点板连接焊缝计算：N=102.24kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为 肢背 肢尖 （4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差，设肢背与肢尖的焊角尺寸为6mm。所需焊缝长度为： 肢背 肢尖 （5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比例作出构造详图，从而定出节点

17、板尺寸。本设计确定节点板尺寸可在施工图中完成，校核各焊缝长度不应小于计算所需的焊缝长度。5.2 上弦节点C（见图8） 图8 上弦节点“C”（1）斜杆ce与节点板连接焊缝计算，N=307.23kN设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为6mm和5mm。所需焊缝长度为：肢背：+12=183.8mm，取=190mm肢尖：+10=111.5mm，取=120mm（2）斜杆cd与节点板连接焊缝计算，N=523.98kN。设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为10mm和6mm。所需焊缝长度 肢背 肢尖 （3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：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

18、点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直。设焊角尺寸为6mm。 假定集中荷载P由槽焊缝承受，P=51.84kN 所需槽焊缝长度为 取上弦肢尖焊缝受力为左右上弦弦杆的内力差 偏心距 e=90-21.2=68.8mm设肢尖焊脚尺寸8mm，需焊缝长度为500mm ,则（4）节点板尺寸：方法同前，在施工图上确定。5.3屋脊节点J（见图9）图9 屋脊节点“J”（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆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。 拼接一

19、侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=776.51KN设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm 。则需焊缝长度为取 拼接角钢长度取（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假设承受节点荷载，验算从略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。 N=776.5115%=116.5kN, 设焊脚尺寸为8，弦杆一侧焊缝长度为200,（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=47.54kN此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸焊缝长度5.4下弦跨中节点c（见图10）图10 下弦跨中节点“c”（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递弦杆内力N=773.45kN设肢尖、肢背焊脚尺寸为8。则需焊缝长度为取拼接角钢长度不小于(2)弦