1、重屋面钢屋架设计一、设计资料1、工程地点：河北邯郸，设计使用年限：50 年。2、工程规模：单层单跨封闭式工业厂房，长度90m，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，屋架跨度24m，柱距6m, 屋面离地20m, 吊车起重量为20t，工作制为A5，无较大的振动设备。3、屋面作法：预应力混凝土屋面板（卷材防水），无檩体系，屋面坡度为1/10，无天窗。4、自然条件：基本风压为0.35 kN/m2，基本雪压为 0.25kN /m2，积灰荷载标准值为0.5kN /m2地震设防烈度为7度。地面粗糙度类别为B类，场地类别类5、材料选用：（1）屋架钢材采用 碳素钢结构GB/T700-2006规定的Q235B镇静钢（2）焊条
2、采用碳钢焊条 GB/T5117-1995中规定的E43 型焊条（3）普通螺栓采用等级为4.6 级的C级螺栓，锚栓采用Q235 级钢制成（4）角钢型号按热轧型钢 GB/T706-2008选用，（5）混凝土强度等级为 C256、结构及各组成构件形式：（1）钢屋架：梯形钢屋架（2）屋面板：卷材防水的1.5 x6m2预应力钢筋混凝土屋面板，可按图集1.5x6m 2预应力钢筋混凝土屋面板04G410-12选用（3）屋盖支撑：可从相关标准图集中选用7、主要建筑构造做法及建筑设计要求纪少祥 11231076 土木 1104重物面（预应力混凝土屋面板）做法：二毡三油防水层上铺小豆石（0.35kN/m 2）；2
3、0mm 厚水泥砂浆找平层（0.4 kN/m 2） ；100mm 厚加气混凝土保温层（ 0.6 kN/m2） ；冷底子油一道、热沥青二道（0.05 kN/m 2） ；二、屋架形式的选定和结构平面布置1、屋架形势和几何尺寸由于采用 1.5x6m2 大型屋面板加卷材防水屋面，i=1/10，故采用缓坡梯形屋架屋架计算跨度：l 0=l-300=24000-300=23700屋架端部高度取h 0=2000mm跨中高度：h=h 0+i =2000+0.1x =3185mml02 237002屋架高跨比h/l 0=3.185/23.7=0.134，在屋架常用的高度范围内屋架起拱度f=l/500=24000/5
4、00=48mm，取50mm为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，上弦节点水平间距取1500mm，屋架各杆件尺寸见下图2、根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑，屋脊处纪少祥 11231076 土木 1104与檐口位置上、下弦处分别各设一道竖向系杆。在屋盖两端开间内的屋脊处与两端支座处 设屋架间的垂直支撑。由于有吊车，所以设置下弦纵向F(23700， 2)水平支撑。如下图：纪少祥 11231076 土木 1104三、屋架荷载和内力计算1、荷载计算屋架和支撑重按经验公式计算（0.12+0.011l 0）x1.2=0.381x1.2 kN/m2，取0.4x1.2 kN/m2，且因
5、屋架下弦无其他荷载，可假定屋架和支撑重量全都作用在上弦节点。根据建筑结构荷载规范可知，屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，屋面活荷载为kN/m 2（不上人），大于雪荷载kN/m 2，取屋面活荷载kN/m 2。由于是重屋面，不考虑风荷载作用。屋面做法和屋面板荷载按屋面倾斜面积计算，但因屋面坡度较小，故近似地将全部荷载均按水平投影面积计算，屋架全部荷载的设计值为：标准永久荷载：预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 1.4+0.1=1.5 kN/m2二毡三油防水层上铺小豆石 0.35 kN/m220mm 厚水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2100mm 厚加气混凝土保温层 0.6 kN/m2冷底子油一道、热沥青
6、二道 0.05 kN/m2屋架和支撑重 0.48 kN/m2共 3.38 kN/m2标准可变荷载：屋面活荷载 0.5 kN/m2积灰荷载 0.5 kN/m2纪少祥 11231076 土木 1104共 1.0 kN/m2设计桁架时，应考虑以下四种组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主的组合）全跨节点荷载设计值：F=(1.35x3.38+1.4x0.7x0.5+1.4x0.9x0.5) x1.5 x0.6=51.147kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载F1=1.35x3.38x1.5x6=41.067kN F2=1.4x(0.7x0.5+0.9x0.5)x1.5 x6=10.08
7、kN（3）全跨屋架包括支撑 +半跨屋面板重和半跨活荷载：F3=1.2 x0.4 x1.5 x6=4.32kN F4=（1.2 x1.4 +1.4 x0.5）x1.5 x6=21.42kN（4）竖向地震作用效应和其他荷载效应组合G=3.38x1.5x6=30.42kNGE=30.42+0.5 x0.4 x1.5 x6+0.5 x0.5 x1.5 x6=34.47kNFEvk=25.31 x0.10=2.532kNF5=1.2 x30.42+1.3 x2.531=40kN（1） 、 （2）为使用阶段荷载情况， （3）为施工阶段荷载情况2、内力计算先计算桁架各杆件的内力系数和支座反力（F=1 作用于
8、全跨、左半跨、右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合。纪少祥 11231076 土木 1104四、杆件设计1、上弦杆截面设计整个上弦采用等截面，按最大内力设计。上弦杆的最大内力在 FG、GH 节间，最大内力为 N=-800.60kN，上弦杆计算长度：纪少祥 11231076 土木 1104在桁架平面内，节间轴线长度 lox=1507mm；在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化，取 loy=3x1507=4521mm因为 loy=3lox，故界面宜选两个不等肢角钢，短肢相拼，如上图所示，腹杆最大内力 N=-467.84kN，查表可知，节点板厚度选用 10mm，支座节点板厚度选用12mm。设
9、 =60，查得 =0.807，需要截面面积：A= = =4614.3mm28006000.807215需要的回转半径：i x=1507/60=25.12mm iy=4521/60=75.35mm根据需要的 A，i x、i y，查角钢规格表，选用 2160X100X10，A=5062mm 2，i x=28.4mm，i y=77mm，按所选角钢进行验算：x=lox/ix=1507/28.4=52.983701.16mm2，i x=22.4mm，i y=60mm， x=lox/ix=3000/22.4=134y,需求 y=0.671 纪少祥 11231076 土木 1104= =189.26N/mm
10、2As满足要求，仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：A=280x200=56000 mm2验算柱顶混凝土的挤压强度：= = =7.31N/ mm2409.210356000节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两边支撑板，它们的对角线长度a1，及内角顶点到对角线的距离b 1分别为：纪少祥 11231076 土木 1104a1= =163.7mm b1= =76.9mm(140122)2+(100122)2 13494163.7b1/a1=0.5，查表的=0.058，则二相邻边支承板单位板宽的最大弯矩为：M=qa12=0.058x7.31x163.72=11361.68Nmm所需的底
11、板厚度：t= = =17.8mm，取t=20mm6 611361.68215实际底板尺寸为400mmx280mmx20mm加劲肋与节点板的焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。设焊脚尺寸为6mm，焊缝长度为410mm ，计算长度 lw=410-10-20=380mm，而l w=60hf=360mm21.5cm ，焊缝应力为：49.55 2ffw=160 2=0.1577457020.75335= / /11.4 2 ffw=160 2=0.15774570（ 10022.8）20.753352 = / /纪少祥 11231076 土木 1104=50.43 2 ffw=160 2（
12、11.41.22)2+49.552 / /（2）上弦支座节点与竖杆节点这两类节点的弦杆内力或节点两边内力差值均等于零，因此弦杆肢背焊缝节点力可不必验算，肢尖焊缝也不受力，采用构造焊缝（3）上弦节点“B”“aB”杆肢背的焊脚尺寸h f=8mm，焊缝长度l w=170mm，肢尖的焊脚尺寸hf=6mm，焊缝长度l w=120mm；“Bc” 杆肢背的焊脚尺寸h f=6mm，焊缝长度lw=190mm；肢尖的焊脚尺寸 hf=5mm，焊缝长度l w=100mm。由表可知上弦肢背槽焊缝及角钢肢尖焊缝的应力均满足强度要求。（4）上弦节点“D”“cD”杆肢背的焊脚尺寸h f=6mm，焊缝长度 lw=150mm，肢
13、尖的焊脚尺寸hf=5mm，焊缝长度l w=80mm；“De“杆肢背的焊脚尺寸h f=6mm，焊缝长度lw=110mm；肢尖按构造设计，焊脚尺寸 hf=5mm，焊缝长度l w=60mm。同理，由表可知上弦肢背槽焊缝及角钢肢尖焊缝的应力均满足强度要求。（5）上弦节点“F”“eF”杆肢背的焊脚尺寸h f=6mm，焊缝长度l w=80mm，肢尖按构造设计，焊脚尺寸h f=5mm，焊缝长度l w=60mm；“Fg” 杆肢背和肢尖均按构造设计，焊脚尺寸h f=5mm，焊缝长度l w=60mm。同理，由表可知上弦肢背槽焊缝及角钢肢尖焊缝的应力均满足强度要求。（6）上弦节点“H”“gH”、 “Hk”杆肢背和肢尖均按构造设计，焊脚尺寸 hf=5mm，焊缝长度纪少祥 11231076 土木 1104lw=60mm。同理，由表可知上弦肢背槽焊缝及角钢肢尖焊缝的应力均满足强度要求。
