2023梯形鋼屋架設(shè)計書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——2023梯形鋼屋架設(shè)計書一、設(shè)計資料

天津地區(qū)一單跨物資倉庫，長96米，跨度為21米，鋼筋混泥土柱（400×400），柱距6米，混凝土標號為C30，采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架。屋面檐口離地面高度13.5米，設(shè)計溫度高于-20℃。

屋面坡度i=1:10，采用1.5m×6.0m預應力混凝土大型屋面板，標準值為1.4kN/m2；20厚水泥砂漿找平層，標準值為0.4kN/m2；泡沫混凝土保溫隔熱層，標準值為0.3kN/m2；八層做法卷材屋面防水層，標準值為0.35kN/m2。屋面積灰荷載0.45kN/m2，雪荷載為0.40kN/m2，風荷載為0.5kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm×400mm。其他資料參照相關(guān)標準規(guī)定。

根據(jù)天津地區(qū)的計算溫度和荷載性質(zhì)及連接方法，鋼材選用Q235-B。焊條采用E43型，手工焊。

二、屋架形式及尺寸

無檁屋蓋，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。屋架計算跨度為L0＝L-300＝20700mm，端部高度取H0＝1990mm，

中部高度取H＝H0+1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm，

屋架桿件幾何長度見附圖1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考慮）。

為使屋架上弦承受節(jié)點荷載，協(xié)同屋面板1.5m的寬度，腹桿體系大部分采用下弦間長為3.0m的人字式，僅在跨中考慮到腹桿的適合傾角，采用再分式。

屋架桿件幾何長度（單位：mm）

三、屋蓋支撐布置

根據(jù)車間長度、屋架跨度和荷載狀況，設(shè)置四道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在其次柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，第一柱間下弦平面也設(shè)置剛性系桿以傳遞山墻風荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端共設(shè)四道垂直支撐。在屋脊節(jié)點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設(shè)置通長的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點處設(shè)置一道縱向通長的柔性系桿，支撐布置見附圖2。

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上弦支撐1CC1XG2XG3XG3XG2XG3XG3XG2XG3XG3XG2XG3XG3CC1CC1XG2下弦支撐XG2CC11SC2SC1SC1SC1SC1SC2SC2SC1SC1SC1SC1SC2SC3XG1XG1CC2XG1XG1XG1XG1CC2XG1XG1XG1XG1SC4SC4XG1XG1SC3CC16006000XG260006000x12XG26000CC1600600CC1XG260006000x12XG26000CC1600600060007060001-12-2

附圖2：屋面支撐布置圖（單位：mm）

四、荷載計算與組合

1、荷載計算

永久荷載設(shè)計值：

防水層（八層做法）0.35kN/㎡×1.2=0.42kN/m2找平層（20mm厚水泥砂漿）0.4kN/㎡×1.2=0.48kN/m2泡沫混凝土保溫層0.35kN/㎡×1.2=0.42kN/m2預應力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡×1.2=1.68kN/m2鋼屋架和支撐自重（0.12+0.011×21）×1.2=0.42kN/㎡

共3.387kN/㎡

可變荷載設(shè)計值：

雪荷載0.40kN/㎡×1.4=0.56kN/m2積灰荷載0.45kN/㎡×1.4=0.63kN/m2

共1.19kN/㎡

由于屋面坡度不大，對荷載的影響較小，未予考慮。風荷載為吸力，重屋蓋可不考慮。

2、荷載組合

計算屋架桿內(nèi)力時，應考慮如下三種荷載組合：使用階段“全跨恒荷載+全跨屋面均布活荷載〞和“全跨恒荷載+半跨屋面均布活荷載〞。恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值P恒及P活分別為：

P恒＝3.18×1.5×6＝28.62kN

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SC3SC4210002SC4SC3CC2XG3XG3CC22P活＝1.19×1.5×6＝10.71kN

施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載〞。這時只有屋架及支撐自重是分布于全跨的恒荷載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數(shù)值）即可能出現(xiàn)在左半跨，也可能出現(xiàn)在右半跨，取決于屋面板的安裝順序。當從屋架兩端對稱安裝屋

'面板時，則不必考慮此種荷載組合。施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值P恒和'分別為：P活'＝0.42×1.5×6＝3.78kNP恒'＝（1.68+0.63）×1.5×6＝20.79kNP活

五、內(nèi)力計算

采用圖解法計算屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)。根據(jù)算得的節(jié)點荷載和桿力系數(shù)，進行桿件內(nèi)力組合并求出各桿的最不利內(nèi)力。

桿力組合表桿力系數(shù)內(nèi)力值使用階段桿件名稱P＝1在左在右全跨半跨半跨1ABBCCDDEEFFGGHabbccddeaBBbbDDccF23-7.5-7.5-0.02-0.01-0.03-5.33-2.17-5.33-2.17施工階段P恒×P活×1P活×2計算桿組合3內(nèi)力項目在右全跨在左半在右半跨恒載跨半跨6789-0.21-1.184+5+6-0.11-0.11-0.42P恒×3P活×1P活×2全跨恒載4-0.86在左半跨5-0.21-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6上弦-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+63.026.687.335.893.931.191.093.094.645.881.841.564.119.7711.9711.775.772.75117.6332.34279.6271.54342.5878.50336.8663.08165.1442.0978.7112.7411.6715.5462.7922.66161.654+5+6384.254+5+6470.784+5+633.0936.93138.8864.2449.6945.25152.3996.47下弦62.9744.49122.45122.25462.914+5+619.7121.8181.7016.7110.4024.7438.2532.43226.934+5+6108.164+5+6-5.62-2.03-7.65-218.94-60.19-21.74-28.92-116.84-42.20-300.874+5+6-2.62-1.77-4.39-125.64-28.06-18.96-16.59-54.47-36.80-172.664+5+6-0.05-1.51-1.56-44.65-0.54-16.17-5.90-1.04-31.39-61.354+5+6斜桿第3頁共13頁

Fd-1.061.350.298.3022.32-11.3514.461.10-22.0428.0743.87-27.65-20.9429.17-24.7046.827+87+97+87+9dH2.11-1.330.78AaCb豎Ec桿GdHe10.522.60-14.242.95-0.53-0.01-0.54-0.99-0.98-0.97000-0.99-0.98-0.97-15.45-5.68-28.33-10.60-28.05-10.50-27.76-10.39-3.43-0.64-0.11-2.04-11.02-0.210.000.000.00-3.74-20.58-3.70-20.37-3.67-20.170.000.000.00-1.25-21.244+5+6-38.944+5+6-38.544+5+6-38.154+5+6-4.724+5+6-0.06-0.06-0.12-0.64-0.45-1.25111110.5F16G17E15C13D14BA1112H414039383736352832426429233022212053121323419102518633aRab9c87de42434445Rb27

六、桿件截面選擇

1、上弦FG、GH

整個上弦不變截面，取上弦最大設(shè)計桿力計算。N＝-479.04kN，l0x＝1508mm，l0y＝l1

＝3016mm（按大型屋面板與屋架保證三點焊接考慮，取l1為兩塊屋面板寬）。根據(jù)腹桿最大設(shè)計桿力NaB＝-300.87kN，取中間節(jié)點板厚度t＝10mm，支座節(jié)點板厚t＝12mm。先由非對稱軸選擇截面，假設(shè)λ＝60，由附表4-2查得?＝0.807（由雙角鋼組成的T形和十字形截面均屬b類），需要的截面面積：

N479.04?103As＝＝2761mm2＝27.61cm2??f0.807?215一般角鋼厚度≤15mm，屬第一組，故取f＝215N/mm2。需要的回轉(zhuǎn)半徑為

ixs?l0x?150.8?2.51cm60?l0yiys???301.6?5.03cm60上弦應采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的T形截面。根據(jù)需要的As、ixs、iys查附表7-5，選用2L140×90×10（短邊相連）：A＝42.4cm2，ix＝2.56cm，iy＝6.77cm（節(jié)點板厚10mm），[λ]＝150。

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驗算?xs?l0x150.8??58.9≤[λ]，?x＝0.810ix2.56N479.04?10322

故?x???139N/mm≤f＝215N/mm。

?xA0.81?4240驗算對稱軸y的穩(wěn)定承載力：

b1/t＝14/1＝14＞0.56

l0x0.56?301.6??12.06ix14l02yt2b114301.62?12)?3.7?(1?)?54＜[λ]＝150，換算長細比?ys?3.7(1?查附表4-2，44t152.7b152.7?143N479.04?1022

?y＝0.836；故，?y???135N/mm≤f＝215N/mm。

?yA0.836?4240滿足要求。

墊板每節(jié)間放置一塊（滿足l1范圍內(nèi)不少于兩塊），ld＝150.8/2＝75.4cm＜40i＝40×4.47＝178.8cm（i為4.47cm）。2、下弦cd

下弦也不改變截面，采用最大設(shè)計桿力計算，N＝470.78kN，l0x＝3000mm，l0y＝20700/2＝10350mm，需要的凈截面面積為

N470.78?103An＝?＝2190mm2＝21.9cm2

f215選用2L140×90×10（短邊相連）：A＝42.4cm2，ix＝2.56cm，iy＝6.77cm。

驗算：在節(jié)點設(shè)計時，將位于下弦桿連接支撐的螺栓孔包在節(jié)點板內(nèi)，且使栓孔中心到節(jié)

點板近端邊緣距離不小于100cm，故截面驗算中不考慮栓孔對截面的減弱，按毛截面驗算（[λ]＝350）

?y?

l0yiy?1035?153≤[λ]6.77N470.78?103??111N/mm2≤f＝215N/mm2。故??A4240滿足要求。

墊板每節(jié)間放置一塊，ld＝150cm＜80i＝80×4.47＝357.6cm（i為4.47cm）。3、端斜桿aB

N＝-300.87kN，l0x＝2524mm，l0y＝2524mm，需要的凈截面面積為

N300.87?103An＝?＝1399mm2＝13.99cm2

f215選用2L140×90×8（長邊相連）：A＝36.08cm2，ix＝4.5cm，iy＝3.62cm，[λ]＝150

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肢應切去△＝t+hf+5＝10+8+5＝23mm。按上弦桿力NGH＝479.04kN計算拼接角鋼與上弦的焊縫，節(jié)點每側(cè)每條焊縫需計算長度為：

NGH479.04?103lw???134mm

4?0.7hfffw4?0.7?8?160拼接角鋼需要的長度為：

L＝2（lw+16）+10＝2×（134+16）+20＝320mm為保證拼接節(jié)點處的剛度取，L＝700mm。（2）上弦與節(jié)點板間焊縫計算

上弦與節(jié)點間在節(jié)點兩側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點荷載P與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力。近似地取sinα＝tanα＝0.1，該合力的數(shù)值為：

2Nsinα-P＝2×479.04×0.1-39.33＝56.48kN設(shè)焊腳尺寸hf＝5mm，每條焊縫所需要長度為：

2Nsin??P56.48?103l??10??10?23mmw8?0.7?5?1608?0.7hfff由圖量得焊縫長度為220mm。滿足要求。

5、支座節(jié)點“a〞（附圖8）（1）底板計算附圖8：支座節(jié)點“a〞

底板承受屋架的支座反力R＝7P＝7×39.33＝275.31kN，柱采用C20混凝土，混凝土

2

的軸心抗壓強度設(shè)計值fc＝10N/mm。底板需凈面積An為：

R275.31?1032

An???27531mm

fc10錨栓直徑d＝25mm，錨栓孔布置見附圖8，栓孔面積為：

△A＝50×40×2+π×252＝5963mm2底板需面積為As＝An+△A＝27531+5963＝33494mm2

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按構(gòu)造要求底板面積取為A＝280×350＝98000mm2＞As，滿足要求。底板承受的實際均布反力

R275.31?1032

??3.0N/mm＜fcq?A??A98000?5963節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊一致的兩相鄰邊支承板，它們對角線長度α1及內(nèi)角頂點到對角線的距離b1分別為：

α1＝1402?1752?224mm，b＝0.5α1＝112mm

b1/α1＝0.5，查得β＝0.058，兩相鄰邊支撐板單位板寬的最大彎矩為：M＝βqα21＝0.058×3×2242＝8731N.mm所需底板厚度為

t＝

6M6?8731??15.6mm（取t＝20mm）f215實取底板尺寸為-280×350×20。

（2）加勁肋與節(jié)點板的焊縫計算

焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點板高度。由節(jié)點圖量得焊縫長度為492mm，計算長度lw＝492-12-15＝465（mm）（設(shè)焊腳尺寸hf＝6mm），每塊加勁肋近似的按承受R/4計算，R/4作用點到焊縫的距離為e＝（140-6-15）/2+15＝74.5mm。則焊縫所受剪力V及彎矩M為：

V＝275.31/4＝68.