梯形鋼屋架設(shè)計(jì)

1、 目 錄 一、設(shè)計(jì)資料.（2） 二、結(jié)構(gòu)形式與支撐布置.（2） 1.屋架形式及幾何尺寸.（2） 2.屋架支撐布置.（3） 三、荷載計(jì)算.（4） 1.荷載設(shè)計(jì)值.（4） 2.荷載組合.（4） 四、內(nèi)力計(jì)算.（6） 五、桿件設(shè)計(jì).（7） 1.上弦桿.（7) 2.下弦桿.（8) 3.斜腹桿“ba”.（9) 4.豎桿“gg”.(10) 5.各桿件的截面選擇計(jì)算.(10) 六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).(12) 1.下弦節(jié)點(diǎn)“c”.(12) 2.上弦節(jié)點(diǎn)“b”.(13) 3.屋脊節(jié)點(diǎn)“h”.(15) 4.支座節(jié)點(diǎn)“a”.(16) 七、屋架施工圖.(19) 附節(jié)點(diǎn)詳圖1-6.(20)一、設(shè)計(jì)資料 某廠房總長度為90m，跨

2、度為l=21m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距為6m。 1.結(jié)構(gòu)形式: 鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為c30，屋面坡度i=l/10，l為 屋架跨度。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200c，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7級，設(shè)計(jì)基本抗震加速度為0.1g.。二類場地。屋架下弦標(biāo)高為18m，廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。 2.屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載p=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用q345鋼，焊條為e50型。 3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載: 無檁體系：采用1.5m6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用

3、）。荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011l，l為屋架跨度，以m為單 位，q為屋架及支撐自重，以kn/m2為單位； 屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kn/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為 s0=0.65kn/m2，施工活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，而是取兩者的較大值，因此活荷載取0.7kn/m2.。 積灰荷載0.6kn/m2。 屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kn/m2 水泥砂漿找平層 0.4kn/m2 保溫層 0.35kn/m2 一氈二油隔氣層 0.05kn/m2 水泥砂漿找平層 0.3kn/m2 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kn/m2二、屋架

4、形式、尺寸、材料選擇及支撐布置 本方案為無檁屋蓋方案，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架計(jì)算跨度l0=l-300=2700mm,端部高度取h0=1990mm,中部高度h=3040mm,屋架幾何長度見圖鋼材采用q235鋼，焊條為e50型，手工焊。根據(jù)車間長度，屋架跨度和荷載情況，設(shè)置上下弦桿橫向水平支撐，垂直支撐和系桿 圖1 屋架形式及幾何尺寸 2.屋架支撐布置如下圖2所示：符號說明： sc上弦支撐 xc下弦支撐 cc垂直支撐 gg剛性系桿 lg柔性系桿圖2 屋架支撐布置三、荷載和內(nèi)力計(jì)算 1.荷載設(shè)計(jì)值 永久荷載設(shè)計(jì)值： 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 屋架及支撐自重 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 水泥

5、砂漿找平層 保溫層 0.3531.35=0.4725kn/m2 一氈二油隔汽層 水泥砂漿找平層 合計(jì) 4.457 可變荷載設(shè)計(jì)值： 屋面活荷載 積灰荷載 0.631.4=0.84 合計(jì) 1.82 2.荷載組合 設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下3種荷載組合： 使用階段荷載情況：（1）全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：f=(4.457+1.82)31.536=56.49kn （2） 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載： f1=4.45731.536=40.11kn 半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：f2=1.8231.536=16.38kn 施工階段荷載情況：（3）全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載 全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：f3=0.47

6、431.536=4.266kn 半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：f=(1.9575+0.98)31.536=26.438kn 屋架在上述3種荷載組合作用下的計(jì)算簡圖如下圖3所示： 圖3 荷載組合作用下的計(jì)算簡圖四、內(nèi)力計(jì)算由以下圖4得f=1時(shí)屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（f=1作用于全跨、左半跨和右半跨）21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值 21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖4 屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)由屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)求出各種組合荷載情況下的內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果見下表1：桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（f=1）第1種組合第2種組合第3種組合計(jì)算桿件內(nèi)力（kn）全跨左半跨右半跨上弦ab0.0000.000

7、0.000000000bc，cd-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196de，ef-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677fg，gh-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.199下弦ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.906ce9.7446.6633.08161

8、0.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383斜腹桿ba-7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479bc5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.47173.634363.930dc-4.409-2.6

9、33-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268de2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613-7.949-47.024-98.502fg0.328-1.0391.36720.552-5.28440.190-26.07037.54040.190-26.070hg0.7131.913-1.20044.67767.3578.52153.618-28.68467.357-28.684豎桿aa-

10、0.5-0.50.00-31.33-31.33-21.88-15.352-2.133-31.33cc，ee-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66gg-1.0-1.00.00-62.66-62.66-43.76-30.704-4.266-62.66表1 屋架桿件內(nèi)力組合表 注：=62.66kn，=43.76kn，=18.9kn，=4.266kn，=26.438kn五、桿件設(shè)計(jì) 腹桿最大內(nèi)力n= -481.479kn，查表7.4，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。 1.上弦桿（圖5）整個(gè)上弦采用等截面，按fg、gh桿

11、件的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。n= -763.199kn= -763199n，上弦桿平面內(nèi)計(jì)算長度；在屋架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，平面外計(jì)算長度。 因?yàn)?，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼短肢相并，選用，如下圖5所示：圖5 上弦桿截面圖 設(shè)，查附表4.2得 需要截面面積為： 需要的回轉(zhuǎn)半徑為： 根據(jù)需要的、查角鋼規(guī)格表，選用，截面特征為： ，=2.26cm，=6.11cm，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 滿足長細(xì)比要求。由于，只需求，查表得，于是 ， 所選桿件滿足要求。 2.下弦桿（圖6）圖6 下弦桿截面圖 整個(gè)下弦采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的計(jì)算。 , ， 所需截面面積為： 選用，因?yàn)?，故選用不等肢角鋼短肢

12、相并。 ，=2.00cm，=5.39cm ， 滿足長細(xì)比要求，故所選桿件滿足要求。 3.斜腹桿“ba”（圖7）圖7 斜腹桿“ba”截面圖 桿件軸力 計(jì)算長度，因?yàn)?，故采用不等肢角鋼長肢相并，使。 選用，則，=3.15cm，=2.72cm ， ，故只需求=0.601， ， 所選桿件滿足要求。 4.豎桿“gg”（圖8）圖8 豎桿“gg”截面圖 ， 由于內(nèi)力較小，故按選擇，所需的回轉(zhuǎn)半徑為： 查型鋼表，選擇截面的回轉(zhuǎn)半徑較計(jì)算的要略大些，故選用。 ，=1.75cm，=2.64cm 因?yàn)椋手恍枨螅?，桿件滿足要求。 5.其余各桿件的截面選擇計(jì)算過程不一一列出，其計(jì)算結(jié)果見表2（在下一頁）。六、節(jié)點(diǎn)設(shè)

13、計(jì) 1.下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖9）圖9 下弦節(jié)點(diǎn)“c” 詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計(jì)算用型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為。bc桿：設(shè)“bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為： dc桿：設(shè)“dc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為： cc桿：由于“cc”桿內(nèi)力很小，故焊縫尺寸可按構(gòu)造要求確定，取。（2）確定節(jié)點(diǎn)板尺寸根據(jù)上面求得的焊縫長度，按構(gòu)造要求留出桿件間應(yīng)有的間隙并考慮制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為。（3）下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為，取，焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差，對受力較大的肢背處焊

14、縫進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算：，焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)“b”(圖10)圖10 上弦節(jié)點(diǎn)“b”詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計(jì)算bc桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c” 相同。 ba桿：肢背和肢尖焊縫分別采用和，則所需的焊縫長度為： (2)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸(方法同下弦節(jié)點(diǎn)“c”) 確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為。(3)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算 應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)荷載和上弦相鄰節(jié)間內(nèi)力差的共同作用，并假定角鋼肢背槽焊縫承 受節(jié)點(diǎn)荷載的作用，肢尖角焊縫承受相鄰節(jié)間內(nèi)力差及其產(chǎn)生的力矩作用。肢 背槽焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算： 節(jié)點(diǎn)荷載，p=62.66kn 肢尖角焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算： 弦桿內(nèi)力差為， 軸力作用線至肢尖焊縫的偏心距

15、為 偏心力矩為， 則 滿足強(qiáng)度要求。 3.屋脊節(jié)點(diǎn)“h”（圖11） 圖11 屋脊節(jié)點(diǎn)“h” 詳圖（1） 腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計(jì)算方法與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同，計(jì)算過程略，結(jié) 果見圖11。（2）確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：（3）計(jì)算拼接角鋼長度弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。拼接角鋼規(guī)格與上弦桿相同，長度取決于其與上弦桿連接焊縫要求，設(shè)焊縫，則所需焊縫計(jì)算長度為（一條焊縫）：拼接角鋼總長度，。 豎肢需切去，取并按上弦坡度熱彎。（4）上

16、弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算上弦角鋼肢背與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載，焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算同上弦節(jié)點(diǎn)“b”，計(jì)算過程略。上弦角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫強(qiáng)度按上弦內(nèi)力的驗(yàn)算。設(shè)，節(jié)點(diǎn)板長度為，節(jié)點(diǎn)一側(cè)焊縫的計(jì)算長度為則 焊縫強(qiáng)度滿足要求。因屋架的跨度較大，需將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半跨的上弦桿、斜腹桿和豎腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半跨的上弦桿、斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工地焊縫。4.支座節(jié)點(diǎn)“a”（圖12）圖12 支座節(jié)點(diǎn)“a”詳圖為了便于施焊，下弦桿軸線至支座底板的距離取，在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等，厚度為。（1）支座底板的計(jì)算支座底板尺寸按采用，承受支座反力，若僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力作用，則承壓面積為，則柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度按下式驗(yàn)算：式中，為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對混凝土，。底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，見圖12。板的厚度由均布荷載作用下板的抗彎強(qiáng)度確定： 底板下的平均應(yīng)力為： 兩支承邊之間的對角線長度為：由相似三角形關(guān)系得：，為兩支承邊的相交點(diǎn)到對角線的垂直距離，由查表確定，查表得。每塊板單位寬度的最大彎矩為： 底板厚度為：根據(jù)構(gòu)造要求，屋架跨度為，取。底板尺寸為：。