21米梯形鋼屋架設計書.

1、一、設計資料天津地區(qū)一單跨物資倉庫，長 96米，跨度為21米，鋼筋混泥土柱（400X400）,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，設計溫度高于-20 C。屋面坡度i=1:10，采用1.5mX 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 400

2、mX 400mm 其他資料參照相關標準規(guī)定。根據天津地區(qū)的計算溫度和荷載性質及連接方法，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二1/10，采用平坡梯形屋架。屋架計算跨度為L。= L-300 = 20700mm端部高度取 H = 1990mm中部高度取 H= H）+1/2iL = 1990+0.1 X 2100/2 = 3040mm屋架桿件幾何長度見附圖1所示，屋架跨中起拱42mn（按L/500考慮）。為使屋架上弦承受節(jié)點荷載，配合屋面板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宜傾角，采用再分式。屋架桿件幾何長度

3、（單位：mr）三、屋蓋支撐布置根據車間長度、屋架跨度和荷載情況，設置四道上、下弦橫向水平支撐。因柱網采用 封閉結合，為統(tǒng)一支撐規(guī)格，廠房兩端的橫向水平支撐設在第二柱間。在第一柱間的上弦 平面設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置剛性系桿以傳遞山 墻風荷載。在設置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端共設四道垂直支撐。在屋脊節(jié) 點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設置通長的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點處設置一道縱向通長的柔 性系桿，支撐布置見附圖2。CC1XG2XG2CC1CC1XG2XG2CC1S XG1XG3XG3XG1XG1、N-C/XG1XG3XG3、，CXG1XG1C cES CC2X

4、G2XG2CC2CCC2 、XG3XG3SCC20S XG1XG3XG3XG1Sc cCZXG11XG1S XG1XG3XG3/ XG1S3CjPxC6001 XG2 11 XG21CC6I00Iiccyr6001XG2XG2rCUT60060006000ij6000x126000j6000600060006000x1260006000i751L2L21EZX_二二1-1W3OC n=:ME工二U2-2附圖2:屋面支撐布置圖（單位：mm四、荷載計算與組合0.35 kN/ m2x 1.2=0.42kN/m220.4 kN/ m2x 1.2=0.48kN/m0.35 kN/ m2x 1.2=0.4

5、2kN/m221.40kN/ m2x 1.2=1.68kN/m(0.12+0.011X21) x 1.2=0.42kN/tf1、荷載計算 永久荷載設計值： 防水層（八層做法） 找平層（20mm厚水泥砂漿） 泡沫混凝土保溫層預應力混凝土大型屋面板 鋼屋架和支撐自重可變荷載設計值: 雪荷載積灰荷載共3.387kN/ m20.40kN/ mx 1.4=0.56kN/m220.45 kN/ mx 1.4=0.63kN/m 共1.19 kN/ m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

6、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)點荷載設計值 只恒及P活分別為：Pfi = 3.18 x 1.5 x 6= 28.62 kNP活 = 1.19 X 1.5 X 6= 10.71 kN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(取屋面活荷載數值)即可能出 現在左半跨，也可能出現在右半跨，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)點荷載設計值P恒和P活分別為：P恒 = 0.42 X 1.5 X 6= 3.

7、78 kNP活=(1.68+0.63 ) X 1.5 X 6 = 20.79 kN五、內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。根據算得的節(jié)點荷載 和桿力系數，進行桿件內力組合并求出各桿的最不利內力。桿力組合表桿件 名稱桿力系數內力值計算桿內力組合 項目P= 1使用階段施工階段P恒X 3P活X 1P活X 2P恒X3P活X 1P活X 2全跨全跨 恒載全跨 恒載在左 半跨在右 半跨在左 半跨在右 半跨在左半 跨在右 半跨123456789上 弦AB-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

8、.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6CD-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6DE-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6EF :-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6fgI-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-

9、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+6下 弦ab3.021.094.11117.6332.3411.6715.5462.7922.66161.654+5+6be6.683.099.77279.6271.5433.0936.93138.8864.24384.254+5+6cd7.334.6411.97342.5878.5049.6945.25152.3996.47470.784+5+6de5.895.8811.77336.8663.08

10、62.9744.49122.45122.25462.914+5+6斜 桿aB I-5.62-2.03-7.65-218.94-60.19-21.74-28.92-116.84-42.20-300.874+5+6Bb3.931.845.77165.1442.0919.7121.8181.7038.25226.934+5+6bD-2.62-1.77-4.39-125.64-28.06-18.96-16.59-54.47-36.80-172.664+5+6De I1.191.562.7578.7112.7416.7110.4024.7432.43108.164+5+6eF-0.05-1.51-1.5

11、6-44.65-0.54-16.17-5.90-1.04-31.39-61.354+5+6Fd-1.061.350.298.30-11.3514.461.10-22.0428.07-20.9429.177+87+9dH2.11-1.330.7822.3222.60-14.242.9543.87-27.65-24.7046.827+87+9豎 桿Aa-0.53-0.01-0.54-15.45-5.68-0.11-2.04-11.02-0.21-21.244+5+6Cb-0.990-0.99-28.33-10.600.00-3.74-20.580.00-38.944+5+6Ec :-0.980-0

12、.98-28.05-10.500.00-3.70-20.370.00-38.544+5+6Gdl-0.970-0.97-27.76-10.390.00-3.67-20.170.00-38.154+5+6He-0.06-0.06-0.12-3.43-0.64-0.64-0.45-1.25-1.25-4.724+5+6六、桿件截面選擇1、上弦FG GH整個上弦不變截面，取上弦最大設計桿力計算。 N= -479.04kN , l ox= 1508mm l oy= l 1 =3016m（按大型屋面板與屋架保證三點焊接考慮，取 l i為兩塊屋面板寬）。根據腹桿最 大設計桿力2b= -300.87kN，取

13、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 入=60,由附表4-2查得二0.807 （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:479.04 1030.807 2152 2=2761 mm= 27.61cm般角鋼厚度w 15mm屬第一組，故取f = 215 N/mni需要的回轉半徑為xsysl 0xl 0y150.860二 2.51 cm301.660=5.03 cm上弦應采用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的T形截面。根據需要的As、ixs、iys查附表7-5，選用 2L140X 90 X 10（短邊相連）：A= 42.4cm，ix = 2

14、.56cm，iy = 6.77c m （節(jié)點板厚 10mm，入=150o驗算x101 = 150.8 =58.9 0.56I 0x56 306 =12.06142 2lyt換算長細比ys =3.7b1(1t 52.7b2 24*3.7 中1 301.6 152.7 144 54 入=150查附表 4-2，y = 0.836 ;故，二 yyA479.04 1030.836 42402= 135 N/mmW2=215 N/mm。滿足要求。墊板每節(jié)間放置一塊（滿足 l 1范圍內不少于兩塊），ld= 150.8/2 = 75.4cmv40i = 40 x 4.47 = 178.8cm （i 為 4.4

15、7cm）。2、下弦cd下弦也不改變截面，采用最大設計桿力計算，N= 470.78 kN, 10x = 3000mml oy= 20700/2 =10350mm需要的凈截面面積為An =N 470.78 103f 2152 2=2190 mm= 21.9cm選用 2L140X 90x 10 （短邊相連）：A= 42.4cm2，ix = 2.56cm，iy = 6.77cm。驗算：在節(jié)點設計時，將位于下弦桿連接支撐的螺栓孔包在節(jié)點板內，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削弱，按毛截面驗算（入二 350）0x3002.56-117 入ix0yiy103

16、56.77= 153W 入CJ3470.78 10424022= 111 N/mmW f = 215 N/mm。滿足要求。墊板每節(jié)間放置一塊，ld= 150cm 80i = 80X 4.47 = 357.6cm (i 為 4.47cm)。3、端斜桿aBN =3002 2=1399 mm= 13.99cmN= -300.87 kN，l cx = 2524mm I oy = 2524mm 需要的凈截面面積為選用 2L140X 90x 8 (長邊相連)：A= 36.08cm2, ix = 4.5cm, iy = 3.62cm,入=150驗算： x =l0xix空56 入4.5b/t=90/8 = 1

17、1.25 v 0.48 二 0.48 252.4b2= 13.5 ,l 0yiy換算長細比ysy(1伽2loyt21.09 94I。（1事“=82 v 入=150,查附表4-2 ,y = 0.675 ;故,300.87 1030.675 36082 2= 124 N/mm f = 215 N/mm。滿足要求。設兩塊墊板，ld = 84.1cmv40i = 40x2.59 = 103.6cm (i 為 2.59cm)。4、斜腹桿dHN= 46.82 kN , l 0x = 3395mm l oy = 3395mm 需要的凈截面面積為H4682 103f 2152218 mm= 2.18 cm2選

18、用 2L80X 5: A= 15.82cm , ix = 2.48cm, iy = 3.56cm,入=150驗算: 0ix339.5K137三入b/tl 0 y=80/5 = 16v 0.58 b03924.6 ,lyy 二 7 iy339.5953.5640.475b 換算長細比ys = y(1 loyt240.475 895(1339.520.52)=101 v 入=150,查附表 4-2 ,y = 0.549 ;故,46.82 1054 N/mm f = 215 N/mnt0.549 1582ld = 84.9cmv40i = 40x3.56 = 142.4cm (i 為 3.56cm)

19、。滿足要求。 設兩塊墊板，5、豎桿dG豎桿不改變截面尺寸，N= -38.15 kN , l cx= 0.8l = 0.8 x 2888= 2310mm I oy= 2888mm選用 2L80X 5: A= 15.82cm2, ix = 2.48cm, iy = 3.56cm,入=150驗算:x .ixb/t = 80/5 = 16v 0.58l0y0.58 288.820.9 , y =1 0yly288.8 =813.5640.475b 換算長細比 y = y (1 -loyt2)=81 (1。雪 8 2) =89 v288.80.5150,查附表4-2 ,y = 0.628 ;故，匚 yy

20、A38.15 1038 N/mm2 1.5 t =1.5,10 =5，丨1= 12= 8hf+10= 8X 5+10= 50 mm表4腹桿桿端焊縫尺寸桿件名稱設計內力(kN)肢背焊縫肢尖焊縫l 1 (mmht ( mml 2 (mmht (mmaB-300.871258906Bb226.931008706bD-172.66808606表中1i、I2為取整后數值1、下弦節(jié)點“ b”按表4所列Bb、bD桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀 和尺寸（附圖4）。由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為480mm焊腳尺寸hf = 5mm焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內力差 N= 2e-Nab=

21、384.25-161.65 = 222.6 kN。驗算肢背焊縫 的強度：Kv N2 0.7hfh0.75 222.6 103=512 0.7 5480-2 52N/mm ffw( ffw 為 160 N/mn2)滿足要求。肢尖的焊縫應力更小，定能滿足要求。豎桿 處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點板滿焊。bC下端應伸至距下弦肢尖為 20mm2、上弦節(jié)點“ B”按表4所列腹桿Ba bB所需焊縫長度，確定節(jié)點板形狀和尺寸，如附圖 5所示。量 得上弦與節(jié)點板的焊縫長度為 400mm設hf = 5mm因節(jié)點板伸出上弦肢背15mm故由弦 桿與節(jié)點板的四條焊縫共同承受節(jié)點集中荷載P= 28.62+10.71 = 39

22、.33 kN和弦桿內力差 N= NNab= 294.98-1.18 = 293.8 kN的共同作用。忽略 P對焊縫的偏心并視其與上弦垂 直，則上弦肢背的焊縫應力為：卩二/附圖5:上弦節(jié)點“ B”J /2/、P+KN|j.22江427hflw y(2x0.7hflw 2339.33 103 20.75 293.8 10 ! 2 0.7 5 (400-2 5)222 x 4 x 0.7 x 5 x (400 2 x 5)丿=81 N/mn2 L I8令1J附圖8:支座節(jié)點“ a”底板承受屋架的支座反力 R= 7P= 7X 39.33 = 275.31 kN,柱采用C20混凝土，混凝土 的軸心抗壓強

23、度設計值fc= 10 N/mml。底板需凈面積A為：275.31 103102=27531 mm錨栓直徑d= 25mm錨栓孔布置見附圖8,栓孔面積為：2 2 A= 50 X 40 X 2+ n X 25 = 5963 mm底板需面積為 A s= A+A A= 27531+5963= 33494 mrm按構造要求底板面積取為 A= 280X 350= 98000 mrfiA,滿足要求 底板承受的實際均布反力RA- A32=3.0 N/mm v f c275.31 1098000 -5963節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊相同的兩相鄰邊支承板，它們對角線長度a 1及內角頂點到對角線的距離b1分別為：a 1= 1402 +1752 = 224 mm, b = 0.5 a 1 = 112 mmb1/ a 1 = 0.5，查得B = 0.058，兩相鄰邊支撐板單位板寬的最大彎矩為：2 2M = B q a 1 = 0.058 X 3X 224= 8731 N.mm 所需底板厚度為” :麗(68731/怖 * 杯亠t =15.6 mm (取 t = 20mmV f 215實取底板尺寸為-280 X 350 X 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