30米跨梯形屋架設(shè)計(jì)例題

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)（B組乙（-a）一、設(shè)計(jì)資料1 設(shè)計(jì)資料（1）某車間，長(zhǎng)240m，跨度27m，柱距6m，車間內(nèi)無(wú)吊車、無(wú)天窗、無(wú)振動(dòng)設(shè)備。采用梯形鋼屋架， 1.56m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（1.0 kN/m2），二氈三油加綠豆沙防水層（0.25 kN/m2），20mm厚水泥砂漿找平層（0.2 kN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架簡(jiǎn)支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，上柱截面400400mm。鋼材選用Q235B，焊條采用E43型。屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.50 kN/m2。（2）屋架計(jì)算跨度 （3）跨中及端部高度：設(shè)計(jì)為無(wú)檁屋蓋方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度（為）。二、

2、屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置本例題為無(wú)檁屋蓋方案，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架計(jì)算跨度為L(zhǎng)0=L-300=29700mm，端部高度取H0=1990mm，中部高度取H=3490mm（為L(zhǎng)0/8.5）,屋架桿件幾何長(zhǎng)度見附圖1（跨中起拱按L/500考慮）。根據(jù)建造地區(qū)的計(jì)算溫度和荷載性質(zhì)，鋼材選用Q235-B。焊條采用E43型，手工焊。根據(jù)車間長(zhǎng)度、屋架跨度和荷載情況，設(shè)置上、下、弦橫向水平支撐、垂直支撐和系桿，見附圖2。因連接孔和連接零件上的區(qū)別圖中給出了W1、W2和W3等三種編號(hào)。 附圖1：屋架桿件幾何長(zhǎng)度及設(shè)計(jì)內(nèi)力附圖2：屋面支撐布置圖3 荷載計(jì)算3.1 永久荷載設(shè)計(jì)值預(yù)應(yīng)力鋼

3、筋混凝土大型屋面板： 二氈三油防水層及找平層（20mm）： 支撐重量： 3.2 可變荷載設(shè)計(jì)值屋面活荷載： 3.3 荷載組合永久荷載可變荷載為主要荷載組合，屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載為：3、內(nèi)力計(jì)算用圖解法或數(shù)解法均可計(jì)算出全跨荷載作用下，屋架的桿件內(nèi)力。其內(nèi)力設(shè)計(jì)值見附圖1。四、截面選擇腹桿最大軸力為556.3KN，查表8.4，選用中間節(jié)點(diǎn)板厚t=12mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚t=14mm。1、上弦整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。Nmax=-1124.7KN，lox=150.8cm，loy=300cm (l1取兩塊屋面板寬度)。選用2L14012，A=65.0cm2，=4.31cm，=6.23cm由于所以

4、由查b類截面的填板每節(jié)間放一塊（滿足范圍內(nèi)不少于兩塊）2、下弦整個(gè)下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。Nmax=1088.8KN，lox=300.0cm，loy=1500cm ，連接支撐的螺栓孔中心至節(jié)點(diǎn)板邊緣的距離約為100mm（de節(jié)間），可不考慮螺栓孔的削弱。選用2L18011010（短肢相并），A=56.8cm2，=3.13cm，=8.71cm填板每節(jié)間放一塊3、腹桿 桿件A-aN=-24.8KN，lox=199cm，loy=199cm 。由于內(nèi)力較小，可按長(zhǎng)細(xì)比選擇截面。選2L635, A=12.3cm2，=1.94cm，=3.04cm由于所以由查b類截面的填板放兩塊 桿件B-aN=-

5、556.3KN，lox=253.5cm，loy=253.5cm (l1取兩塊屋面板寬度)。選用2L1409010，A=44.6cm2，=4.47cm，=3.73cm由于所以由查b類截面的填板放兩塊 桿件B-bN=446.6KN，lox=0.8260.8=208.6cm，loy=260.8cm。選用2L806，A=21.2cm2，=2.47cm，=3.73cm填板放兩塊 桿件C-b、E-c、G-d、J-g此四根桿件受力相同而且較小，以最不利桿件G-d（長(zhǎng)度最大）確定斷面。由于受力較小，可按長(zhǎng)細(xì)比選擇截面。N=-49.5KN，lox=0.8289.0=231.2cm，loy=289.0cm。選用2

6、L505，A=9.6cm2，=1.721.54cm，=2.771.93cm由于所以由查b類截面的桿件C-b長(zhǎng)度l=229.0cm，放2塊填板。略大于桿件E-c長(zhǎng)度l=259.0cm、桿件G-d長(zhǎng)度l=289.0cm。各放3塊填板略大于桿件J-g長(zhǎng)度l=159.5，放1塊填板略大于在實(shí)際工程中，節(jié)點(diǎn)板寬度較大，故仍可用。 桿件k-g、g-eN=114.9KN，由于內(nèi)力不大，可按壓桿長(zhǎng)細(xì)比控制截面（跨中兩側(cè)腹桿在半跨荷載作用下可能內(nèi)力反號(hào)）。lox=230.6cm，loy=461.1cm。選用2L705，A=13.74cm2，=2.16cm，=3.31cm填板各放兩塊。 桿件k-f該豎腹桿內(nèi)力為0

7、，按長(zhǎng)細(xì)比控制截面。為了便于連接垂直支撐，截面采用十字形截面。lo=0.9349.0=314.1cm選用2L635，A=12.3cm2，=2.45cm填板放5塊。其余桿件截面選擇見表1。需注意的是除上面已經(jīng)計(jì)算的桿件外，其余桿件lox=0.8 l，loy=l。屋架桿件截面選用表 表一桿件名稱桿件號(hào)內(nèi)力設(shè)計(jì)值N(KN)計(jì)算長(zhǎng)度(m)選用截面截面積A(cm2)計(jì)算應(yīng)力（N/mm2）容許長(zhǎng)細(xì)比桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫（mm）填板數(shù)l0xl0y上弦桿I-JJ-K-1124.71.5083.0002L1401265.0207.7150每節(jié)間1下弦桿d-e1088.83.00015.0002L1801

8、101056.8191.7250每節(jié)間腹桿A-a-24.8199019902L63512.326.91502B-a-556.32.5352.5352L140901044.6170150.10-2006-1702B-b446.60.82.608=2.0862.6082L80621.2210.73508-2006-1402C-b-49.50.8.290=1.8322.2902L5059.685.21502D-b-371.10.82.869=2.2952.8692L100831.2156.51508-1706-1202D-c273.40.82.859=2.2872.8592L70513.74137.

9、43506-1805-1002E-c-49.50.82.590=2.0722.5902L5059.697.51503F-c-209.00.83.129=2.5033.1292L90621.2142.01506-1505-802F-d133.80.83.119=2.4953.1192L5059.6139.43505-1205-802G-d-49.50.82.890=2.3122.8902L5059.6100.91503H-d-75.60.83.395=2.7163.3952L70513.7499.51506-605-603H-e15.90.83.385=2.7083.3852L5059.616.

10、63503I-e-74.30.83.190=2.5523.1902L63512.3119.61503I-g32.30.82.079=1.6622.0792L5059.633.651503J-g-49.50.81.595=1.2761.5952L5059.666.61501K-g114.92.3064.6112L70513.7483.61505-1005-802g-e79.22.3054.6112L70513.7457.61505-1005-802K-f00.93.490=3.1412L63512.302005五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”先計(jì)算腹板與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：B-b桿肢背及肢尖焊腳尺

11、寸分別取hf1=8mm，hf2=6mm，則所需焊縫長(zhǎng)度：肢背： 用200mm肢尖： 用140mm腹桿C-b和D-b的桿端焊縫同理計(jì)算，其中C-b桿件內(nèi)力較小，焊縫按構(gòu)造采用。其次驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的可、連接焊縫，內(nèi)力差N=Nbc-Nab=747.5-296.8=450.7KN。由斜腹桿焊縫決定的節(jié)點(diǎn)板尺寸，量得實(shí)際節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為43.5cm，肢背及肢尖焊腳尺寸均取為6mm，則計(jì)算長(zhǎng)度lw=43.5-1.2=42.3cm。肢背焊縫應(yīng)力為：附圖3 下弦“b”節(jié)點(diǎn) 2、上弦“B”節(jié)點(diǎn)（見附圖4）同樣先計(jì)算腹桿B-b、B-a的桿端焊縫，方法同上。由腹桿焊縫決定的節(jié)點(diǎn)板尺寸，實(shí)際量得節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為46.5c

12、m?，F(xiàn)驗(yàn)算上弦與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫：節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)8mm，肢背采用塞焊縫，承受節(jié)點(diǎn)荷載F=49.5KN，hf=t/2=6mm，lw1=46.5-1.2=45.3cm肢尖焊縫承擔(dān)弦桿內(nèi)力差N=NBC-NBA=565.9-0=565.9KN，偏心距e=14-4=10cm，偏心力矩M=Ne=565.910=5659KNcm，采用hf2=10mm，lw2=46.5-2=44.5cm，則對(duì)N： 對(duì)M： 附圖4 上弦“B”節(jié)點(diǎn)3、屋脊“K”節(jié)點(diǎn)（附圖5）腹桿桿端焊縫計(jì)算從略。弦桿和節(jié)點(diǎn)板的連接計(jì)算方法同上，須注意的是公式中的N應(yīng)取弦桿最大內(nèi)力的15%，豎向集中荷載應(yīng)取F/2。一般而言弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫受力不

13、大，可按構(gòu)造要求決定焊縫尺寸，可不計(jì)算。拼接計(jì)算，拼接角鋼采用與弦桿截面相同的2L14012，焊腳尺寸hf取10mm，則拼接角鋼除到角外，豎肢需切去 =t+hf+5=12+10=5=27mm，取=30mm，并按上弦坡度熱彎。拼接角鋼與上弦連接焊縫在接頭一側(cè)的總長(zhǎng)度共四條焊縫，認(rèn)為平均受力，每條焊縫實(shí)際長(zhǎng)度為拼接角鋼總長(zhǎng)度為取拼接角鋼長(zhǎng)度為700mm。附圖5 屋脊節(jié)點(diǎn)“K”4、支座節(jié)點(diǎn)“a”（附圖6）腹桿和弦桿桿端焊縫計(jì)算從略。以下給出底板等的計(jì)算。、底板計(jì)算支反力Rd=495.3KN，fc=10N/mm2，所需底板凈面積：取錨栓直徑d=24mm，錨栓孔直徑為50mm，則所需底板面積為：按構(gòu)造要求采用底板面積為ab=2828=784564.9cm2，底板凈面積為：墊板采用-10020100，孔徑