钢结构屋架设计.docx

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钢结构屋架设计

钢结构屋架设计

-CAL-FENGHAI.-（YICAI）-CompanyOne1

一、题目

某厂房总长度90m,跨度为18m,屋盖体系为无楝屋盖。

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18mo

2•屋架形式及荷载：

屋架形式、儿何尺寸及内力系数（节点荷载"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）无檯体系：

采用X预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）

荷载：

①屋架及支撑自重：

按经验公式中+,L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；②屋面活荷载：

施工活荷载标准值为m2,雪荷载的基本雪压标准值为So二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m2③屋面各构造层的荷载标准值：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层m2

水泥砂浆找平层m2

保温层kN/m2（按附表取）

预应力混凝土屋面板ft?

（a）18米跨屋架

ace

（b）18米跨屋架全跨单位荷载儿何尺寸作用下各杆件的内力值

0.5

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

F，

in

■

?

■o.oqq^M1了谈/-2.537\

-A5.636

90_、・0+

-4.55

^3.967

-5.312

-5,325\/

（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Wl.W2和

W3三

种编号

Im\7I

XX

XX

XX

IVTVl

l\7T\7l

1-1>2・2剖面图

2•荷载计算

三毡四油防水层kN/m2

水泥砂浆找平层

保温层m2

预应力混凝土屋面板m2

屋架及支撑自重+=m2

恒荷载总和n?

活荷载

积灰荷载m2

可变荷载总和m2

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。

1•全跨永宾前载+全跨可变荷载

可变荷载效应控制的组合：

F=X+X+XXXX6=

永久荷载效应控制的组合：

F二X+XX+XXXX6二

故F=

2.全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨永久荷载设计值：

F1=XXX6=

半跨可变荷载设计•值：

F2=X+XXXX6=

屋架杆件内力组合表

S

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

C

FXA

FIX

A+F2XC

FIX

A+F2XB

上弦

AB

BC

%

CD

DE

EF

FG

下弦

ac

ce

eg

441..64

斜腹杆

aB

Be

cD

De

eF

Fg

竖杆

Aa

Cc

Ee

Gg

4.截面选择

按腹杆最大内力N=查表选用中间节点板厚度t=10mm,荷载支座节点板厚度t=12mmo

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，当绕轴失稳时属于类b截面，山附表查得

^x=,需要的截面儿何量：

A=N/minf=/X310）=2

ix=lox/X=90=

iy=loy/A=300/90=

由附表选用2L80X10/A=\ix=/iy=

入x=lox/ix==

入y=loy/iy=300/=<[X]=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

b/t=

入yz=A,y（1+Vloy2t2）=>入y

故由Xmax=A.yz=,按b类查附表得W=

o=N/A=X=mm2

因截面无孔眼削弱，可不验算强度。

乂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11范围内不少于两块）」a=<40i=40

x=

2.下弦

下弦不改变截面，按最大内力计算：

Nrnax=,lox=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。

需要的截面儿何量：

A=N/f=310=2

ix=lox/[X]=300/350=

iy=loy/[）=1500/350=

由附表选用2L75X7,A=2,ix=,iy=

'x=lox/ix=300/=<[X]=350

\y=loy/iy=900/=<[入]=350

o=N/A=mm2

填板每个节间放一块,ll=150cm<80i=80X=184cm

3.斜腹杆

（1）杆件aB:

N=,lox=loy=

假设入=80,对于双角T形钢，当绕轴失稳时属于类b截面，山附表

查得血x=,需要的截面儿何量：

A=N/巾minf=/X310）=2

ix=lox/X=80=

iy=loy/X=

由附表选用2L100X6/A=2/ix=iy=

Xx=lox/ix==<[X]=150

Xy=loy/iy==

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=

入yz=Xb（l+loy2Xt2/4）/t=

故由Xmax=Xx=,按b类查附表得W=

o=N/A=X=mm2

因截面无孔眼削弱，可不验算强度。

乂因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局部稳定填板放两块Ja=<40i=40X=124cm

（2）杆件Bc:

N=,lox==X=Joy=

需要的截面儿何量：

A=N/f=31O=2

ix=lox/X=350=

iy=loy/A,=350=

由附表选用2L63X4,A=2,ix=,iy=

Xx=lox/ix==<[X]=350

Xy=loy/iy==<[X]=350

o=N/A=mm2

填板放两块，li=<80i=80X=.

（3）杆件Ee:

N=Jox==X=Joy=o内里较小

可按[M选择截面，需要的截面儿何量：

ix=lox/[X]=150=

iy=loy/[X]=150=

宙附表选用2L50X6/A=2/ix=/iy=

Xx=lox/ix==<[A]=150

Ay=loy/iy==<[X]=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Xyzb/t=

入yz=Xy（l+4/loy212）=

故由xrnax=入x=,按b类查附表得巾=

o=N/WA二X=mm2

因截面无孔眼削弱，可不验算强度。

乂因轧制钢翼缘和腹板，可不验算局部稳定填板放四J^,la=<40i=40X=

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g其他腹杆除Aa夕卜，lox二.

物价杆件截面选用表

杆件号

里计直kN内设（）

计算长度（cm）

所用截

而

截面积

（cm2

）

计算应力

（N/mm

2）

杆件端部的角钢肢背和肢尖

焊缝

填板数

□

n

ox

loy

上弦

FG

n

n

n

n

n

LJ

每节

间1

S

a

每节

间1

斜腹杆

B

o

15

2

H

o

5

3

2

n

o

15

oo

97

■■

64

3

H

o

5

3

oo

-7-4

d4-

3

H

o

15

oo

-4-3

6-4-

4

B

o

15

oo

-4-3

6-4-

4

竖杆

B

o

15

oo

-4-3

6-4-

3

n

o

15

oo

-4-3

6-4-

3

o

15

oo

-4-3

6-4-

4

s

=

X

9

8

2

5

X

6

+3

00

2

oo

-4-3

&4-

3

5•节点设计

（1）下弦节点设计〃c〃

先算腹杆与节点板的连接焊缝：

Be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lwi=257940/（3XX4X200）+2X4「用170mm;

肢尖Iw2=257940/（6XX4X200）+2X4=,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=.由斜腹杆焊缝决

定的节点板量得节点板长度是，角焊缝计算长度I”采用hf=6mmz肢背焊缝应力为：

t1=244500/（3XX6X508）=mm2

M

下线节点“C”

（2）上线节点“B”

腹板aB,Bc矗杆端焊缝计算同上。

这里验算上线与节点板的连接焊缝：

节点板缩进8mm肢背釆用塞焊缝，承受节点荷载：

Q=/hf=t/2=5mm,lwl=lw2=o=54430/（2XX5X470）=mm2

200=244N/mm2

肢尖焊缝承担弦杆内力差AN=Nab-Nbc==>,偏

心距e==偏心力矩M=ANe=X=•m採用

hf=10mm/WJ

对AN：

t=338120/（2XX10X508）=mm2

对M：

o仁6M/（2XheXlw2）=6X/（2XX10X5082）=mm2

则焊缝强度为：

J（Qf/Pf）Tf2=mm2

F

上弦节点

（3）屋脊节点

腹杆杆端焊缝计算从略。

弦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，拼接角钢釆用与上弦杆相同截

面2L80X10,除倒棱外，竖肢需切去△=t+hf+5=10+10+5=25mmz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）Elw=N/Xff）=

共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：

lw=4+20=

拼接角钢总长度为：

l=2lw+20=<600mm

取拼接角钢长度为600mm.

屋脊节点%"

（4）支座节点%"

（5）

支座节点

杆端焊缝讣算从略，以下给出底板等的讣算

1底板计算

支反力Rd=，混凝土强度C30,fc=mn<所需底板净面积：

An=327180/=2=2

锚栓直径取d=25mm,锚栓孔直径为50mm,则所需底板毛面积：

A=An+Ao=+2X4X5+X52/4=2

按构造要求釆用地板面积为aXb=28X28=784cm2>2，垫板采用700X100X12,孔径26mm,实际底板净面积为：

An=784-2X4XX52/4=2

底板实际应力：

q==mm2ai=V2+2=

bl=X=

bi/ai==,查表得0=，则:

M=Pqa2=XX2=•mm

所需底板厚谨：

V6Mmax/f=V6X205=

用t=18mm,底板尺寸为・280X280X18

2加劲肋与节点板连接焊缝计算

一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为V=R/4=4=

M=Ve=X=•劲肋高度、厚度与中间节点板相同

（即-378X140X10）o采用hf=6mm/验算焊缝应力:

对Vtf=81800/（2XX6X483）=mm2

对Mof=6X5439700/（2XX6X4832）=N/mm2

V（af/pf）2+T2=V（）2+2=mm2

3节点板、加劲肋与底板连接焊缝讣算采用hf=8mm,实际焊缝总长度：

Slw=2X（28+X2）-12X=

焊缝设计应力：

0仁327180/X8X936）=mm2

（5）下弦中央节点“g”

腹杆杆端焊缝讣算从略，弦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，拼接角钢釆用与上弦杆相同截面2L75X7,除倒棱外，竖肢需切去A=t+hf+5=7+8+5=20mm,。

拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设hf=8mm）

Llw=N/Xff）=

共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：

lw=4+16=

拼接角钢总长度为：

l=2lw+16=600mm

取拼接角钢长度为600mm.

Ng9

下弦中央节点