21米梯形钢屋架设计书

1、21米梯形钢屋架设计书21米梯形钢屋架设计书13/1321米梯形钢屋架设计书一、设计资料天津地域一单跨物质库房，长96米，跨度为21米，钢筋混泥土柱（400400），柱距6米，混凝土标号为C30，采纳无檩屋盖系统，梯形钢屋架。屋面檐口离地面高度13.5米，设计温度高于-20。屋面坡度i=1:10，采纳1.5m6.0m预应力混凝土大型屋面板，标准值为1.4kN/m2；20厚水泥沙浆找平层，标准值为0.4kN/m2；泡沫混凝土保温隔热层，标准值为0.3kN/m2；八层做法卷材屋面防水层，标准值为0.35kN/m2。屋面积灰荷载0.45kN/m2，雪荷载为220.40kN/m，风荷载为0.5kN/m

2、。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm。依据天津地域的计算温度和荷载性质及连结方法，钢材采纳Q235-B。焊条采纳E43型，手工焊。二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，i1/10，采纳平坡梯形屋架。屋架计算跨度为L0L-30020700mm，端部高度取H01990mm，中部高度取HH0+1/2iL1990+0.12100/23040mm，屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆系统大多数采纳下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适合倾角，采纳再分式。屋架杆件几何长度（单位：mm）三、屋

3、盖支撑部署依据车间长度、屋架跨度和荷载状况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采纳关闭联合，为一致支撑规格，厂房两头的横向水平支撑设在第二柱间。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固，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传达山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两头共设四道垂直支撑。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，支撑部署见附图2。第1页共13页上弦支撑下弦支撑1CC1XG2XG2CC1CC1XG2XG2CC12233CCSSCC1XG1XG3XG3XG1SS1XG1XG1CCSXG1XG3XG3XG1S4

4、411CCCCSS02SCC2XG2XG2SCC2XG3XG3CC20CC20111442CCSXG1XG3XG3SCC1XG1SS1XG1XG1CXG1XG3XG3CSXG1S3322CCCCSSSSCC1XG2XG2CC1CC1XG2XG2CC1600600600600600060006000 x1260006000600060006000 x1260006000701-12-212附图2：屋面支撑部署图（单位：mm）四、荷载计算与组合1、荷载计算永远荷载设计值：0.35kN/1.2=0.42kN/m2防水层（八层做法）找平层（20mm厚水泥沙浆）0.4kN/1.2=0.48kN/m2泡沫

5、混凝土保温层0.35kN/1.2=0.42kN/m2预应力混凝土大型屋面板1.40kN/1.2=1.68kN/m2钢屋架和支撑自重（0.12+0.01121）1.2=0.42kN/共3.387kN/可变荷载设计值：0.40kN/1.4=0.56kN/m2雪荷载积灰荷载0.45kN/1.4=0.63kN/m2共1.19kN/因为屋面坡度不大，对荷载的影响较小，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，应试虑以下三种荷载组合：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”。恒荷载和活荷载惹起的节点荷载设计值P恒及P活分别为：P恒3.181

6、.5628.62kN第2页共13页P活1.191.5610.71kN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散布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出此刻左半跨，也可能出此刻右半跨，取决于屋面板的安装次序。当从屋架两头对称安装屋面板时，则不用考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载惹起的节点荷载设计值P恒和P活分别为：P恒0.421.563.78kNP活（1.68+0.63）1.5620.79kN五、内力计算采纳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。依据算得的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组归并求出各杆的最

7、不利内力。杆力组合表杆力系数内力值使用阶段施工阶段杆件P1P恒3P活1P活2P恒P活1P活2计算杆组合3名称内力项目在左在右全跨在左在右全跨在左半在右全跨半跨半跨恒载半跨半跨恒载跨半跨123456789AB-0.02-0.01-0.03-0.86-0.21-0.11-0.11-0.42-0.21-1.184+5+6BC-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6上CD-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6DE-7.35-3

8、.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6弦EF-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6FG-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6GH-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6ab3.021.094.11117.6332.3411.6715.5

9、462.7922.66161.654+5+6下bc6.683.099.77279.6271.5433.0936.93138.8864.24384.254+5+6弦cd7.334.6411.97342.5878.5049.6945.25152.3996.47470.784+5+6de5.895.8811.77336.8663.0862.9744.49122.45122.25462.914+5+6aB-5.62-2.03-7.65-218.94-60.19-21.74-28.92-116.84-42.20-300.874+5+6斜Bb3.931.845.77165.1442.0919.7121.8

10、181.7038.25226.934+5+6bD-2.62-1.77-4.39-125.64-28.06-18.96-16.59-54.47-36.80-172.664+5+6杆Dc1.191.562.7578.7112.7416.7110.4024.7432.43108.164+5+6cF-0.05-1.51-1.56-44.65-0.54-16.17-5.90-1.04-31.39-61.354+5+6第3页共13页FddHAaCb竖杆EcGdHe-1.061.350.298.30-11.3514.461.10-22.0428.07-20.947+829.177+92.11-1.330.7

11、822.3222.60-14.242.9543.87-27.65-24.707+846.827+9-0.53-0.01-0.54-15.45-5.68-0.11-2.04-11.02-0.21-21.244+5+6-0.990-0.99-28.33-10.600.00-3.74-20.580.00-38.944+5+6-0.980-0.98-28.05-10.500.00-3.70-20.370.00-38.544+5+6-0.970-0.97-27.76-10.390.00-3.67-20.170.00-38.154+5+6-0.06-0.06-0.12-3.43-0.64-0.64-0.4

12、5-1.25-1.25-4.724+5+611110.511H0.5EF16G174140CD14153938AB1337363511122246293023135181912228433347212320532622a10b9c8d7e42434445RaRb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-479.04kN，l0 x1508mm，l0yl13016mm（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l1为两块屋面板宽）。依据腹杆最大设计杆力N-300.87kN，取中间节点板厚度t10mm，支座节点板厚t12mm。aB先由非对称轴选择截面，假定60，由附

13、表4-2查得0.807（由双角钢构成的T形和十字形截面均属b类），需要的截面面积：AsN479.0410322f0.8072152761mm27.61cm一般角钢厚度15mm，属第一组，故取2f215N/mm。需要的展转半径为lixsliysx0y150.82.51cm60301.65.03cm60上弦应采纳两不等边角钢以短边相连构成的T形截面。依据需要的As、ixs、iys查附表7-5，采纳2L1409010（短边相连）：A42.4cm2，ix2.56cm，iy6.77cm（节点板厚10mm），150。第4页共13页验算xsl0 x150.858.9，x0.810ix2.56N479.041

14、032f2故x139215N/mm。xA0.814240N/mm验算对称轴y的稳固承载力：1l0 x0.56301.612.06b/t14/1140.5614ix换算长细比ysb1l02yt214301.6212)54，查附表4-2，3.7(14)3.7(152.74150t52.7b1114y0.836；故，yN479.0410322yA0.8364240135N/mmf215N/mm。知足要求。垫板每节间搁置一块（知足l1范围内许多于两块），ld150.8/275.4cm40i404.47178.8cm（i为4.47cm）。2、下弦cd下弦也不改变截面，采纳最大设计杆力计算，N470.78

15、kN，l0 x3000mm，l0y20700/210350mm，需要的净截面面积为AnN470.7810322f2152190mm21.9cm采纳2L1409010（短边相连）：A42.4cm2，ix2.56cm，iy6.77cm。验算：在节点设计时，将位于下弦杆连结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沿距离不小于100cm，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算350）xl0 x300117ix2.56yl0y1035153iy6.77故N470.781032f2A4240111N/mm215N/mm。知足要求。垫板每节间搁置一块，ld150cm80i804.473

16、57.6cm（i为4.47cm）。3、端斜杆aBN-300.87kN，l0 x2524mm，l0y2524mm，需要的净截面面积为AN300.87103221399mm13.99cmnf215第5页共13页采纳2L140908（长边相连）：A36.08cm2，ix4.5cm，iy3.62cm，150验算：xl0 x252.4ix4.556b2/t90/811.250.48l0y0.48252.413.5，yl0y252.470b29iy3.62y(11.09b2470(11.099482150，查附表4-2，换算长细比ys22)22)l0yt252.40.8y0.675；故，N300.8710

17、31242f2yyA0.6753608N/mm215N/mm。知足要求。设两块垫板，ld84.1cm40i402.59103.6cm（i为2.59cm）。4、斜腹杆dHN46.82kN，l0 x3395mm，l0y3395mm，需要的净截面面积为AnN46.8210322f215218mm2.18cm采纳2L805：A15.82cm2，ix2.48cm，iy3.56cm，150l0 x339.5137验算：x2.48ixb/t80/5160.58l0y0.58339.524.6，yl0y339.595b8iy3.56换算长细比ysy(10.475b4950.47584101150，查附表4-2

18、，l02yt2)(1)339.520.52y0.549；故，N46.8210322yyA0.54954N/mmf215N/mm。1582知足要求。设两块垫板，ld84.9cm40i403.56142.4cm（i为3.56cm）。5、竖杆dG0.8l0.828882310mm，l2888mm竖杆不改变截面尺寸，N-38.15kN，l0 x0y采纳2L805：A15.82cm2，ix2.48cm，iy3.56cm，150验算：xl0 x23193ix2.48第6页共13页l0y0.58288.820.9，yl0y288.881b/t80/5160.588iy3.56b换算长细比ys0.475b40

19、.47584)89150，查附表4-2，y(1yt)81(10.52l022288.82y0.628；故，N38.151032f2y0.62838N/mm215N/mm。yA1582知足要求。设两块垫板，ld72.2cm40i403.56142.4cm（i为3.56cm）。其他各杆的截面选择见表。需注意连结垂直支撑的中央竖杆采纳十字形截面，其斜平面计算长度为l00.9l，其他腹杆除Aa和Ba外，l0 x0.8l。屋架杆件截面选择表计算长度（cm）展转半径长细比允许稳固杆件内力截面形式截面面（cm）长细计算应力系数名称（kN）和规格2）y比2l0 xl0y积（cmiyx（N/mm）ixyzAB-

20、1.14150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.8109010BC-285.53150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.81839010CD-285.53150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.81839010上-429.81150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.81125DE9010弦EF-429.81150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.811259010FG-463.69150.8301.62L14042.

21、42.566.7758.9541500.811359010GH-463.69150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.811359010ab156.4730010352L14042.42.566.77117153350369010bc371.9430010352L14042.42.566.77117153350879010下弦455.7030010352L14042.42.566.77117153350107cd9010de448.0830010352L14042.42.566.771171533501069010aB-291.24252.4252.42L14

22、036.084.53.6256821500.675120908斜杆219.66259.8259.82L14036.084.53.6258841500.66192Bb908第7页共13页bD-167.13286.2286.22L14036.084.53.6264901500.62175908Dc104.69285.2285.22L14036.084.53.6264901500.62148908cF-59.39312.5312.52L80515.822.483.56126951500.58832Fd-20.94311.5311.52L80515.822.483.56126951500.588322

23、9.17dH-24.70339.5339.52L80515.822.483.561371011500.5495446.82Aa-20.56159.21992L80515.822.483.5664511500.85615Cb-37.69182.3227.92L80515.822.483.5674741500.72633竖-37.31206.6258.32L80515.822.483.5683821500.67535Ec杆-36.93231288.82L80515.822.483.5693891500.62837GdHe-4.57243.23042L80515.822.483.5698921500

24、.6085注：角钢规格共3种七、节点设计在确立节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连结焊缝的长度。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l1：l1K1N2hf0.7hf1ffw2角钢肢尖所需焊缝长度l2：l2K2N2hf0.7hf2ffw2如腹杆aB，设计杆力N300.87kN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf18mm，hf26mm。因aB杆系不等边，角钢与长肢相连，故K10.65，K20.35。则：0.65300.871038125mml10.78160220.35300.87103690mml20.7616022其他腹杆所需焊缝长度的计算结果见表4。未列入表

25、中的腹杆均因杆力很小，可按结构取f1.5t1.5105，l12fhl8h+1085+1050mm表4腹杆杆端焊缝尺寸设计内力肢背焊缝肢尖焊缝杆件名称（kN）l1（mm）ht（mm）l2（mm）ht（mm）aB-300.871258906Bb226.931008706bD-172.66808606第8页共13页Dc108.16558406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，按比率绘制节点详图，进而确立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hf5mm，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差NNbc-Nab384.25

26、-161.65222.6kN。验算肢背焊缝的强度：K1N0.75222.61032ww为2)f20.7hflw20.75480251N/mmff(ff160N/mm5知足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能知足要求。竖杆bC下端应伸至距下弦肢尖为20mm处，并沿肢尖和肢背与节点板满焊。附图4：下弦节点“b”2、上弦节点“B”按表4所列腹杆Ba、bB所需焊缝长度，确立节点板形状和尺寸，如附图5所示。量得上弦与节点板的焊缝长度为400mm，设hf5mm，因节点板伸出上弦肢背15mm，故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P28.62+10.7139.33kN和弦杆内力差NNBC-NAB294.9

27、8-1.18293.8kN的共同作用。忽视P对焊缝的偏爱并视其与上弦垂直，则上弦肢背的焊缝应力为：第9页共13页附图5：上弦节点“B”22PK1N1.2240.7hflw20.7hflw39.3310320.75293.8103240.75(40025)20.75(40025)1.222ww为281N/mm)ff(ff160N/mm知足要求。因为肢尖的焊缝hf也为5mm，故应力更小，定能知足要求。3、下弦中央拼接节点“e（附图6）附图6：下弦中央拼接节点“e”（1）拼接角钢计算因节点双侧下弦杆力相等，故用一侧杆力Ned462.91kN计算。拼接角钢采纳与下弦同样的截面2L1409010，设与下

28、弦的焊缝的焊脚尺寸hf8mm，竖直肢应切去t+hf+510+8+523mm，节点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为：Nef462.91103lww40.78129mm40.7hfff160拼接角钢需要的长度为：L2（lw+16）+102（129+16）+10300mm为保证拼接节点处的刚度取，L500mm。（2）下弦与节点板的连结焊缝计算下弦与节点板的连结焊缝按0.15Ned计算。取焊脚尺寸hf5mm，节点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度l1、l2分别为：l1K10.15Ned100.750.15462.9110346mm20.7hfffw20.7516010l2K20.15Ned100.2

29、50.15462.9110326mm20.7hfffw20.7516010在附图6中，节点板宽度是由连结竖杆的结构要求所决定的，从图中量得每条肢背焊缝长度为155mm，每条肢尖焊缝长度为120mm，知足要求。4、屋脊节点“H”（附图7）（1）拼接角钢计算第10页共13页附图7：屋脊节点“H”拼接角钢采纳与上弦同样的截面2L1409010。设二者间的焊脚尺寸hf8mm，竖直肢应切去t+hf+510+8+523mm。按上弦杆力NGH479.04kN计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点每侧每条焊缝需计算长度为：NGH479.04103lww40.78134mm40.7hfff160拼接角钢需要的长度为：2

30、（lw+16）+102（134+16）+20320mm为保证拼接节点处的刚度取，L700mm。2）上弦与节点板间焊缝计算上弦与节点间在节点双侧共8条焊缝，共同承受节点荷载P与双侧上弦内力的协力。近似地取sintan0.1，该协力的数值为：2Nsin-P2479.040.1-39.3356.48kN设焊脚尺寸hf5mm，每条焊缝所需要长度为：2NsinP1056.48103l80.71023mm80.7hfffw5160由图量得焊缝长度为220mm。知足要求。5、支座节点“a”（附图8）（1）底板计算第11页共13页附图8：支座节点“a”底板承受屋架的支座反力R7P739.33275.31kN，柱采纳C20混凝土，混凝土2的轴心抗压强度设计值fc10N/mm。底板需净面积An为：AnR275.31103275312fc10mm锚栓直径d25mm，锚栓孔部署见附图8，栓孔面积为：22A50402+