27m梯形钢屋架设计doc

27m梯形钢屋架设计doc
⽬录
1.设计资料： (3)
2.结构形式与布置： (4)
3.荷载计算 (5)
3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载 (6)
3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载 (6)
3.3.全跨屋架（包括⽀撑）⾃重+半跨屋⾯板⾃重+半跨屋⾯活荷载: (6)
4.内⼒计算 (7)
5.杆件设计 (9)
5.1上弦杆： (9)
5.2下弦杆： (10)
5.3端斜杆aB: (11)
5.4腹杆eg－gK: (11)
5.5竖杆Ie： (12)
6.节点设计 (14)
6.1下弦设计：
6.1.1⽀座节点“a” (14)
6.1.2下弦节点b (16)
6.1.3下弦节点c (17)
6.1.4下弦节点d (18)
6.1.5下弦节点e (19)
6.1.6下弦节点f (20)
6.1.7下弦节点g (21)
6.2上弦设计
6.2.1上弦节点“B” (22)
6.2.2上弦节点D (23)
6.2.3上弦节点F (24)
6.2.4上弦节点H (26)
6.2.5上弦节点“I ” .......................................................27 6.2.6屋脊节点K . (28)
单层⼯业⼚房屋盖结构——梯形钢屋架设计
1.设计资料：
1．1由设计任务书的已知条件：某地⼀机械加⼯车间，长102m ，跨度30m ，柱距 6m ，车间内设有两台40/10T 中级⼯作制桥式吊车，轨顶标⾼18.5m ，柱顶标⾼27m ，地震设计烈度7度。

采⽤梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应⼒钢筋混凝⼟⼤型屋⾯板（1.43
/m kN ），上铺100mm 厚泡沫混凝⼟保温层（容重为13
/m kN ），三毡四油（上铺绿⾖砂）防⽔层（0.43
/m kN ），找平层2cm 厚（0.33
/m kN ），卷材屋⾯，屋⾯坡度i=1/10，屋架简⽀与钢筋混凝⼟柱上，混凝⼟强度等级C20，上柱截⾯400×400mm 。

钢筋选⽤Q235B ，焊条采⽤E43型。

屋⾯活荷载标准值0.73
/m kN ，积灰荷载标准值0.63
/m kN ，雪荷载为：0.353
/m kN ，风荷载为：0.453
/m kN 。

1.2屋架计算跨度：
mm m m l 7.2915.02300=?-=
1.3跨中及端部⾼度：
本题设计为⽆檩屋盖⽅案，采⽤平坡梯形屋架，取屋架在30m 轴线处的端部⾼度
mm h 990.1'
0=，屋架的中间⾼度：mm h 490.3=（为5.8/0l ）
，则屋架在29.7处，两端的⾼度为mm h 005.20=。

屋架跨中起拱按500/0l 考虑，取60mm 。

2.结构形式与布置：
图1.梯形钢屋架形式和⼏何尺⼨
根据⼚房长度（102m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向⽔平⽀撑。

因柱⽹采⽤封闭结合，⼚房两端的横向⽔平⽀撑设在第⼀柱间，该⽔平⽀撑的规格与中间柱间⽀撑的规格有所不同。

在所有柱间的上弦平⾯设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平⾯的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递⼭墙风荷载。

在设置横向⽔平⽀撑的柱间，于屋架跨中和两端各设⼀道垂直⽀撑。

梯形钢屋架⽀撑布置如图下图所⽰：
图2.桁架上弦⽀撑布置图
图3.架下弦⽀撑布置图
图4.垂直⽀撑1-1
图5.垂直⽀撑2-2
m 进⾏计算。

屋架沿⽔平投影⾯积分布的⾃重（包括⽀撑）按经验公式2
l)kN/m 0.011(0.117g ?+=计算，跨度单位为m 。

表 1 荷载计算表
设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：
3.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载：
kN 47.78161.50.90.840.983.573 F =++=）（
3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
kN 32.157 61.53.573 F 1=??=
半跨节点可变荷载：
kN 16.3861.51.82 F 2=??=
3.3.全跨屋架（包括⽀撑）⾃重+半跨屋⾯板⾃重+半跨屋⾯活荷载:
全跨节点屋架⾃重：
kN 5.427 61.50.603 F 3=??=
半跨节点屋⾯板⾃重及活荷载：
kN 25.8361.50.981.89 F 4=??+=
1、2为使⽤节点荷载情况，3为施⼯阶段荷载情况。

4.内⼒计算
屋架在上述三种荷载组合作⽤下的计算简图如图所⽰：
图6.屋架计算简图
由图解法或数解法解得F＝1的屋架各杆件的内⼒系数（F＝1作⽤于全跨、左半跨和右半跨）。

然后求出各种荷载情况下的内⼒进⾏组合，计算结果见表2 屋架构件内⼒组合表
5.杆件设计 5.1上弦杆：
整个上弦采⽤等截⾯，按IJ 、JK 杆件的最⼤设计内⼒设计。

N ＝-1086.06kN
上弦杆计算长度：
在屋架平⾯内：为节间轴线长度
508.1l l o ==ox
在屋架平⾯外：本屋架为⽆檩体系，并且认为⼤型屋⾯板只起到刚性系杆作⽤，根据⽀持布置和内⼒变化情况，取oy l 为⽀撑点间的距离，
mm
522.4508.12507.1l oy =+?=
根据屋架平⾯外上弦杆的计算长度，上弦截⾯选⽤两个不等肢⾓钢，短肢相并。

腹杆最⼤内⼒N ＝-541.84kN ，查表得，中间节点板厚度选⽤12mm ，⽀座节点板厚度选⽤14mm 。

设60l =，查Q235钢的稳定系数表，可得0.807=?（由双⾓钢组成的T 型和⼗字形截⾯均属于b 类），则需要的截⾯积：
2
6259.5mm 215173.50506.1086N A =?==
f ?
需要的回转半径：
2
ox
mm 1.5260508.1l i ===λx ，2
oy mm 4.5760522.4l i ===λy
根据需要A 、y x i i 、查⾓钢规格表，选⽤2L180×110×12，肢背间距a ＝12mm ，则 A ＝67.422
cm ，cm 10.3 i x =，cm .748 i y =
按所选⾓钢进⾏验算： 48.6531.0
1508
i l ox ===
i l oy ==
=
y
y λ
满⾜长细⽐≤][λ＝150的要求。

由于x y λλ>，只需求y ?。

查表y ?＝0.847，则
a a a MP 215MP 19.901MP 742
6847.01086060
A N y <=?==
σ
所选截⾯合适，上弦截⾯如图所⽰：
图7.上弦截⾯
5.2下弦杆：
整个下弦杆采⽤同⼀截⾯，按最⼤内⼒所在的de 杆计算。

N kN 10569201056.92N ==
3000mm l =ox ，mm 14850229700l l o ===oy
（因跨中有通长系杆），所需截⾯积为:
2
249.16cm
mm 91.9154215
105690N A ====
f
选⽤2L180×110×10，因ox oy l l 〉〉，故⽤不等肢⾓钢，短肢相并。

A ＝56.82
cm >49.162
cm ， 3.13cm i x =，cm 71.8i y =
35077.6913
.3300
i l ox <===
x x λ 35049.17071
.81485
i l oy <==
=
y
y λ取 j=1，则：a a j s MP 215MP 77.156 742
611056920
A N y <=?==
所以满⾜要求。

下弦截⾯如图：
图8.下弦截
杆件轴⼒： N kN 541840541.84N -=-= 计算长度： mm l l oy ox 2530==
因为oy ox l l =，故采⽤不等肢⾓钢，长肢相并，使y i i ≈x 。

选⽤2L140×90×8。

则:
A ＝36.002
c m ，2x 4.50c i m =，2
y 3.77c i m =
22.654.5030
52i l ox ===
x x λ
38.6877
.32530
i l oy ==
=
y
y λ
由于x y λλ>，只需求y ?。

查表y ?＝0.760，则:
a a MP 215198.03MP 3600
760.0541840
A N y <=?==
σ\ 所选截⾯合适。

5.4腹杆eg －gK:
此杆在g 节点处不断开，采⽤通长杆件。

最⼤拉⼒： kN N kN N eg gK 89.104,13.136== 最⼤压⼒： kN N kN N eg gK 59.50,20.48-=-=再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平⾯内的计算长度取节点中⼼间距cm l ox 1.230=，
在桁架平⾯外的计算长度：
cm N N l l 76.454)59.5020.4825.075.0(2.460)25
.075.0(1210=?+?=+=
选⽤2L63×5，查⾓钢规格表得
A ＝12.292
c m ，4cm 9.1i x =， 3.04cm i y =
150118.61.94230.1
i l ox <===
x x λ
150 149.594
0.376
.454i l oy <==
=
y
y λ
由于x y λλ>，只需求y ?。

查表 y ?＝0.31，则
a a MP 215MP 79.132 1229
31.050590
A N y <=?==
σ
拉应⼒： a a MP 215MP 76.110 1229
136130A N <===σ 5.5竖杆Ie ：
N kN 6909069.09N -=-=
255.2cm 319.00.80.8l l =?==ox ，cm oy 319l =
由于杆件内⼒较⼩，按150][==λλ选择，需要的回转半径为
cm l i ox x 70.11502
.255][===
λ
[==
=
λ
查型钢表，选截⾯的x i 和y i 较上述计算的x i 和y i 略⼤些。

选⽤2L63×4，其⼏何特性为：
A ＝9.962
c m ， 1.96cm i x =， 3.02cm i y =
150130.201.96255.2i l ox <===
x x λ
150 105.662
0.3319.1
i l oy <==
=
y
y λ
由于x y λλ>，只需求y ?。

查表y ?＝0.39，则:
a a MP 215205.72MP 9.96
386.069090
A N x <=?==
σ其余各杆件的截⾯选择列于如表：
表3 屋架杆件截⾯选择表
12
6.节点设计 6.1⽀座设计： 6.1.1⽀座节点“a ”
为了便于施焊，下弦杆⾓钢⽔平肢的底⾯与⽀座底板的净距离取160mm 。

在节点中⼼线上设置加劲肋，加劲肋的⾼度与节点板的⾼度相等，厚度14mm 。

（1）⽀座底板的计算：⽀座反⼒： N R 477810=
设⽀座底板的平⾯尺⼨采⽤mm mm 400280?，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受⽀座反⼒，则承
压⾯积为2
65520
234280mm =?。

验算柱顶混凝⼟的抗压强度： MPa f MPa A R c n 6.929.765520477810
=<===
σ
式中：c f －混凝⼟强度设计值，对C25混凝⼟，MPa f c 6.9=。

⽀座底板的厚度按屋架反⼒作⽤下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边⽀承⽽另两相邻边⾃由的板，每块板的单位宽度的最⼤弯矩为：
2a M σβ=
式中：σ－底板下的平均应⼒，即σ=8.49MPa ，
2a －两边⽀承之间的对⾓线长度，即mm a 6.172110)2
14140(222
=+-=
2β－系数，由22/b a 查表确定。

2b 为两边⽀承的相交点到对⾓线2a 的垂直距离。

由此得：
49
.06.1728
.84,8.846.172133110222===?=
a b mm b
查表得
2β＝0.0546。

则单位宽度的最⼤弯矩为：
mm N a M ?=??==63.138096.17249.80546.022
22σβ
底板厚度：
mm f M t 63.1921563
.1380966?==
，取t ＝22mm
所以底板尺⼨为22234280??。

（2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算⼀个加肋的连焊缝风所承受的内⼒取为
cm kN Ve M kN R V ?=?=====
36.79465.645.119,45.11944778104
加劲肋⾼度、厚度取与中间节点板相同（12140495??）。

采⽤mm h f 6=，验算焊缝应⼒：对V: MPa
f 44.29)12495(67.02119450
=-=
τ
对M:
MPa f 06.206)
12495(67.0225.2110794360062
=-=
）
—（σ应⼒验算:
MPa MPa f
f f 16045.15144.29)22
.106.206(2222<=+=+τβσ）（
（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算
设焊缝传递全部⽀座反⼒N R 477810=，其中每块加劲肋各传N R 119452.5/4=，节点板传递
N R 238905/2=。

节点板与底板的连接焊缝长度
mm l
w
536)12280(2=-?=∑，所需焊脚尺⼨为
mm f l R h w f w f 3.322
.11605367.0238905
22.17.02/==??=
∑，取mm h f 6=。

每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为
mm
156)1220110(2=-?=∑—
所需焊缝尺⼨
mm f l R h w
f w f 5.622
.11601567.0119452.5
22.17.04/==??≥
∑
所以取mm h f 8=。

节点如图:
图9.下弦节点“a ”
6.1.2下弦节点b
已知采⽤⽤E43型焊条，⾓焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160w
f f Mpa =。

设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为（按等肢⾓钢连接的⾓焊缝内⼒分配系数计算）：
肢背： mm l w 17282160
87.02420950
321=?+=，取180mm 。

肢尖： mm l w 16162160
67.02420950
312=?+=
，取120mm 。

设“bD ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为：肢背： mm l w 15082160
87.02360750
321=?+=，取160mm 。

肢尖： mm l w 10162160
67.02360750
312=?+=
，取110mm 。

“Cb ”杆的内⼒很⼩，焊缝尺⼨可按构造确定，取mm h f 5=。

根据上⾯求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按⽐例绘出节点详图，从⽽确定节点板尺⼨为360mm ×445mm 。

图10.下弦节点“b ”
下弦与节点板连接的焊缝长度为44.5cm ，mm h f 6=。

焊缝所受的⼒为左右两下弦杆的内⼒差
47kN .430302.45733.92==?—N ，受⼒较⼤的肢背处的焊缝应⼒为
MPa f MPa w f 16078.91244560.72430470
32＝）
—（<==
τ，焊缝强度满⾜要求。

6.1.3下弦节点c
设“Dc ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为（按等肢⾓钢连接的⾓焊缝
w 160
87.021肢尖： mm l w 59.962160
67.02257540
312=?+=
，取80mm 。

设“cF ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为：肢背： mm l w 91.1982160
87.02202110
321=?+=，取100mm 。

肢尖： mm l w 49.5962160
67.020
20211312=?+=
，取60mm 。

“Ec ”杆的内⼒很⼩，焊缝尺⼨可按构造确定，取mm h f 5=。

根据上⾯求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按⽐例绘出节点详图，从⽽确定节点板尺⼨为305mm ×365mm 。

图11.下弦节点“c ”
下弦与节点板连接的焊缝长度为36.5cm ，mm h f 6=。

焊缝所受的⼒为左右两下弦杆的内⼒差
231.73kN 733.92965.65==?—N ，受⼒较⼤的肢背处的焊缝应⼒为
MPa f MPa w f 16052.101236560.72231730
32＝）
—（<==
τ
焊缝强度满⾜要求。

6.1.4下弦节点d
87.021肢尖： mm l w 35.2962160
67.02125190
312=?+=
，取40mm 。

设“dH ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为：肢背： mm l w 46.9882160
87.0283280
321=?+=，取60mm 。

肢尖： mm l w 27.4962160
67.0283280
312=?+=
，取40mm 。

“Gd ”杆的内⼒很⼩，焊缝尺⼨可按构造确定，取mm h f 5=。

根据上⾯求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按⽐例绘出节点详图，从⽽确定节点板尺⼨为250mm ×300mm 。

图12.下弦节点“d ”
下弦与节点板连接的焊缝长度为30cm ，mm h f 6=。

焊缝所受的⼒为左右两下弦杆的内⼒差
kN 27.1965.96592.1056=-=?N ，受⼒较⼤的肢背处的焊缝应⼒为
MPa f MPa w f 16015.521200360.721270
932＝）
—（<==
τ
焊缝强度满⾜要求。

6.1.5下弦节点e
设“He ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为（按等肢⾓钢连接的⾓焊缝
w 160
87.021肢尖： mm l w 25.3762160
67.0250390
312=?+=
，取40mm 。

设“eg ”杆的肢背和肢尖焊缝mm mm h f 68和=，则所需的焊缝长度为：肢背： mm l w 55.282160
87.02104890
321=?+=，取70mm 。

肢尖： mm l w 38.0162160
67.02104890
312=?+=
，取50mm 。

“eI ”杆的内⼒很⼩，焊缝尺⼨可按构造确定，取mm h f 5=。

根据上⾯求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按⽐例绘出节点详图，从⽽确定节点板尺⼨为320mm ×445mm 。

图13.下弦节点“e ”
下弦与节点板连接的焊缝长度为44.5cm ，mm h f 6=。

焊缝所受的⼒为左右两下弦杆的内⼒差
42.53kN 1014.39-1056.92==?N ，受⼒较⼤的肢背处的焊缝应⼒为
MPa f MPa w f 1607.791244560.7242530
32＝）
—（<==
τ
焊缝强度满⾜要求。

6.1.6下弦节点f
（1）弦杆与拼接⾓钢连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为60cm ，mm h f 8=。

焊缝所受的。