21m跨廠房梯形鋼屋架設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目 錄 一、設計資料.（2） 二、結構形式與支撐布置.（2） 1.屋架形式及幾何尺寸.（2） 2.屋架支撐布置.（3） 三、荷載計算.（4） 1.荷載設計值.（4） 2.荷載組合.（4） 四、內力計算.（6） 五、桿件設計.（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算.(10) 六、節(jié)點設計.(12) 1.下弦節(jié)點“c”.(12) 2.上弦節(jié)點“B”.(13) 3.屋脊節(jié)點“H”.(15) 4.支座節(jié)點“a”.(16) 七、屋架施工圖.(19) 附節(jié)點詳圖1-6.(20)一、設計資料

2、某廠房總長度為90m，跨度為L=21m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距為6m。 1.結構形式: 鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=L/10，L為 屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質，不考慮地震設防，屋架下弦 標高為18m，廠房內橋式吊車為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、幾何尺寸及內力系數（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q345鋼，焊條為E50型。 3.屋蓋結構及荷載: 無檁體系：采用1.5m×6.0m預應力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）。荷載

3、：屋架及支撐自重：按經驗公式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：施工活荷載標準值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標準值為 S0=0.35kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值， 積灰荷載0.8kN/m2。 屋面各構造層的荷載標準值： 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 0.65kN/m2 一氈二油隔氣層 0.05kN/m2 水泥砂漿找平層 0.3kN/m2 預應力混凝土屋面板 1.45kN/m2二、結構形式與支撐布置 1.屋架形式及幾何尺寸如

4、下圖1所示： 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、荷載計算由于屋架的受荷水平投影面積為：，故按建筑結構荷載規(guī)范取屋面活荷載（按上人屋面）標準值為0.7kN/m2，雪荷載為0.35kN/m2，取屋面活荷載與雪荷載中較大值0.7kN/m2。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式q=0.12+0.011L計算，L為屋架跨度，以m為單位。 1.荷載設計值 永久荷載設計值： 預應力混凝土屋面板 屋架及支撐自重 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 水泥砂漿找平層 保溫層 一氈二油

5、隔汽層 水泥砂漿找平層 合計 4.862 可變荷載設計值： 屋面活荷載 積灰荷載 合計 2.1 2.荷載組合 設計屋架時，應考慮以下3種荷載組合： 使用階段荷載情況：（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點永久荷載： 半跨節(jié)點可變荷載： 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)點屋架自重： 半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載： 屋架在上述3種荷載組合作用下的計算簡圖如下圖3所示： 圖3 荷載組合作用下的計算簡圖四、內力計算由以下圖4得F=1時屋架各桿件的內力系數（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）2

6、1米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內力值 21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內力值圖4 屋架各桿件的內力系數由屋架各桿件的內力系數求出各種組合荷載情況下的內力，計算結果見下表1：桿件名稱內力系數（F=1）第1種組合第2種組合第3種組合計算桿件內力（kN）全跨左半跨右半跨上弦AB0.0000.0000.000000000BC，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

7、.677FG，GH-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.199下弦ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.906ce9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.76320

8、5.763737.383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-4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De2.7921.2221.570174.947145.274151.85144.21853.418174.947Fe-1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97

9、.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-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-

10、62.66表1 屋架桿件內力組合表 注：=62.66kN，=43.76kN，=18.9kN，=4.266kN，=26.438kN五、桿件設計 腹桿最大內力N= -481.479kN，查表7.4，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm。 1.上弦桿（圖5）整個上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大內力設計。N= -763.199kN= -N，上弦桿平面內計算長度；在屋架平面外，根據支撐布置和內力變化情況，平面外計算長度。 因為，故截面宜選用兩個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，查附表4.2得 需要截面面積為： 需要的回轉半徑為： 根據需要的、查角鋼規(guī)

11、格表，選用，截面特征為： ，=2.26cm，=6.11cm，按所選角鋼進行驗算： 滿足長細比要求。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 整個下弦采用同一截面，按最大內力所在的計算。 , ， 所需截面面積為： 選用，因為，故選用不等肢角鋼短肢相并。 ，=2.00cm，=5.39cm ， 滿足長細比要求，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 計算長度，因為，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”

12、（圖8）圖8 豎桿“Gg”截面圖 ， 由于內力較小，故按選擇，所需的回轉半徑為： 查型鋼表，選擇截面的回轉半徑較計算的要略大些，故選用。 ，=1.75cm，=2.64cm 因為，故只需求， ，桿件滿足要求。 5.其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出，其計算結果見表2（在下一頁）。六、節(jié)點設計 1.下弦節(jié)點“c”（圖9）圖9 下弦節(jié)點“c” 詳圖（1）腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度的計算用型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值為。Bc桿：設“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫和，則所需的焊縫長度為： Dc桿：設“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”桿內力很小，故焊縫尺寸可

13、按構造要求確定，取。（2）確定節(jié)點板尺寸根據上面求得的焊縫長度，按構造要求留出桿件間應有的間隙并考慮制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的尺寸為。（3）下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的強度驗算下弦與節(jié)點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力差，對受力較大的肢背處焊縫進行強度驗算：，焊縫強度滿足要求。2.上弦節(jié)點“B”(圖10)圖10 上弦節(jié)點“B”詳圖（1）腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度的計算Bc桿與節(jié)點板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點“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)點板尺寸(方法同下弦節(jié)點“c”) 確定節(jié)點板尺寸為。(3)

14、上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的強度驗算 應考慮節(jié)點荷載和上弦相鄰節(jié)間內力差的共同作用，并假定角鋼肢背槽焊縫承 受節(jié)點荷載的作用，肢尖角焊縫承受相鄰節(jié)間內力差及其產生的力矩作用。肢 背槽焊縫強度驗算： 節(jié)點荷載，P=62.66kN 肢尖角焊縫強度驗算： 弦桿內力差為， 軸力作用線至肢尖焊縫的偏心距為 偏心力矩為， 則 滿足強度要求。 3.屋脊節(jié)點“H”（圖11） 圖11 屋脊節(jié)點“H” 詳圖（1） 腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度的計算方法與以上幾個節(jié)點相同，計算過程略，結 果見圖11。（2）確定節(jié)點板尺寸為：（3）計算拼接角鋼長度弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊

15、，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)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內力計算。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，設焊縫，則所需焊縫計算長度為（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）上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的強度驗算上弦角鋼肢背與節(jié)點板之間的槽焊縫承受節(jié)點荷載，焊縫強度驗算同上弦節(jié)點“B”，計算過程略。上弦角鋼肢尖與節(jié)點板的連接焊縫強度按上弦內力的驗算。設，節(jié)點板長度為，節(jié)點一側焊縫的計算長度為則 焊縫強度滿足要求。因屋架的跨度較大，需將屋架分為兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設置

16、工地拼接，左半跨的上弦桿、斜腹桿和豎腹桿與節(jié)點板連接用工廠焊縫，而右半跨的上弦桿、斜腹桿與節(jié)點板連接用工地焊縫。4.支座節(jié)點“a”（圖12）圖12 支座節(jié)點“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)點中心線上設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板高度相等，厚度為。（1）支座底板的計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度按下式驗算：式中，為混凝土強度設計值，對混凝土，。底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點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度確定： 底板下的平均應力為： 兩支承邊之間的對角線長度為：由相似三角形關系得：，為兩支承邊的相交點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：根據構造要求，屋架跨度為，取。底板尺寸為：。（2）加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算設，焊縫計算長度。加勁肋與節(jié)點板間的豎向焊縫計算與牛腿焊縫相似，偏于安全的假