1、钢 结 构 课 程 设 计第 页24 米跨梯形屋架设计一、设计资料某车间跨度 24 米，长度 192 米，柱距 6 米。车间内设有两台 20/5T 中级工作制吊车。计算温度高于-20，地震设防烈度为 7 度。采用 3.06m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，8cm 厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度为 i=1/10。雪荷载为 0.4KN/m2，积灰荷载为0.75KN/m2。屋架简支于钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400400，混凝土标号为 C20。要求设计屋架并绘制屋架施图。二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置本例题为无檩屋盖方案，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度为 L0=L-30
2、0=23700mm，端部高度取 H0=1990mm，中部高度取 H=2790mm（为 L0/8.5）,屋架杆件几何长度见附图 1（跨中起拱按 L/500 考虑） 。根据建造地区的计算温度和荷载性质，钢材选用 Q235-B。焊条采用 E43 型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下、弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，见附图 2。因连接孔和连接零件上的区别图中给出了 W1、W2 和 W3 等三种编号。附图 1：屋架杆件几何长度及设计内力钢 结 构 课 程 设 计第 页附图 2：屋面支撑布置图三、荷载和内力计算1、荷载计算 ：二毡三油上铺小石子 0.35 KN/m2找平层（2cm 厚）
3、 0.40 KN/m2泡沫混凝土保温层（8cm 厚） 0.50 KN/m2预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 1.40 KN/m2悬挂管道 0.10 KN/m2屋架和支撑自重 （0.12 +0.011L）=0.12+0.011 24=0.384 KN/m2恒载总和 3.134 KN/m2活荷载（或雪荷载） 0.50 KN/m2积灰荷载 0.75 KN/m2由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。2、荷载组合一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆（一般为跨中每侧各两根斜腹杆）可考虑半跨组合，本例题在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必考虑半跨荷载作用情况
4、，只计算全跨满载时的杆件内力。节点荷载：组合一：Fd=(1.23.134+1.40.4+1.40.90.75)63.0=94.78KN组合二：Fd=(1.353.134+1.40.70.4+1.40.90.75) 63.0=100.22KN节点荷载取 100.22KN，支座反力 Rd=4Fd=4100.22=400.9KN3、内力计算用图解法或数解法均可计算出全跨荷载作用下，屋架的杆件内力。其内力设计值见附图 1。四、截面选择腹杆最大轴力为 574.56KN，查表 8.4，选用中间节点板厚 t=8mm，支座节点板厚 t=10mm。1、上弦整个上弦不改变截面，按最大内力计算。Nmax=-738.
5、92KN，l ox=301.5cm，l oy=301.5cm (l1 取两块屋面板宽度 )。选用 2L14010， A=54.7cm2， =4.34cm， =6.05cmxiyi钢 结 构 课 程 设 计第 页5.6934.01xil80yil由于 5.17.14bltby所以 1508.915.30478.49.022 tlyyz由 查 b 类截面的yz 75.zfmNAN223.190.475.098填板每节间放一块（满足 范围内不少于两块）1lcila 4.72328.12、下弦整个下弦也不改变截面，按最大内力计算。Nmax=759.46KN，l ox=600.0cm，l oy=600c
6、m ，连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为 100mm（de 节间） ，可不考虑螺栓孔的削弱。选用 2L18011010（短肢相并） ，A=56.8cm 2， =3.13cm， =8.56cmxiyi507.193.60xil 2.5.80yil fmNAN2237.10.6479填板每节间放一块 cila 468.5323、腹杆 杆件 A-F、C-G：NAF=-50.2KN，l ox=161.2cm，l oy=201.5cm ; NCG =100.22KN，l ox =208cm，l oy =260cm。由于内力较小，可按长细比选择截面，按内力较大者计算。钢 结 构 课 程 设 计第
7、页选 2L636, A=14.58cm2， =1.93cm， =2.91cmxiyi1503.891.600yil 1508.0793.120yxil由于 .3.628.56.0bltby所以 150926.04751.947.12420 tlyyz由 查 b 类截面的yz .zfmNAN2238.1508.1456.0填板放两块 cila 6.79473.2 杆件 E-H：N=46.8KN 该杆件内力较小，按长细比控制截面。为了便于连接垂直支撑，截面采用十字行截面。lo =0.9 320=288cm选用 2L100 10 , A=38.52 cm2， 3.84。xi150784.320ilx
8、 杆件 B-F：N=-574.56KN， lox=366.3cm，l oy=366.3cm。选用 2L180 110 10（长肢相并） ， A=56.8cm2， =5.81cm， =4.23cmxiyi150.6381.50xil.2.40yil由于 ， 故0.163.48.0.122 bltby 150996.09. 2424 tlyyz钢 结 构 课 程 设 计第 页由 查表得 ，yz576.0yzfmNAN223.184填板放两块。cila .53.01.3.6 杆件 B-G：N=301.06KN，l ox=302.4cm，l oy=378cm。选用 2L63 6， A=14.58cm2
9、， =1.93cm， =2.91cmxiyi507.1593.40xil 2280yil fmNAN2235.06158.4填板放两块。cila .194.637 杆件 D-G、D-H ：N=-119.36KN， lox=333.6cm，l oy=417.3cm。选用 2L80 6， A=18.8cm2， =2.47cm， =3.58cmxiyi150.347.0 xil6.158.0yil由于 ， 故3.08.4175.0.3.0bltby 1502.66.147512420 tlyyz由 查表得 （b 类截面）yz3.z钢 结 构 课 程 设 计第 页fmNANx 22317608.61.
10、09填板四块 cila 8.94.4.357屋架杆件截面选用表 表一计算长度(m)杆 件名 称 杆 件号内力设计值N(KN) l0x l0y选用截面 截面积A(cm2)计算应力（ N/mm2）容许长细比 杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数上弦杆A-BD-E -738.92 301.5 301.5 2L14010 54.7 179.2 150 2下弦杆G-H 759.46 600 600 2L18011010 56.8 133.7 250 1A-F -50.12 161.2 201.5 2L636 14.58 67.9 150 2C-G -100.22 208 260 2L636 14.
11、58 135.8 150 2E-H 46.8 288 288 2L10010 38.52 1.62 200 4B-F -574.56 366.3 366.3 2L18011010 56.8 175.6 150 2B-G 301.06 302.4 378 2L636 14.58 206.5 250 2D-G -59.68 333.6 417.3 2L806 18.8 176 150 4腹杆D-H -16.84 333.6 417.3 2L806 18.8 49.6 150 4五、节点设计1、下弦节点“G”先计算腹板与节点板的连接焊缝：B-G 杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取 hf1=8mm，h f2=
12、6mm，则所需焊缝长度：钢 结 构 课 程 设 计第 页肢背： 用 140mmmlw1286087.23131 肢尖： 用 100mml.31腹杆 C-G 和 D-G 杆件的内力较小，焊缝按构造采用，肢背：h f1=6mm, lw1 取 80mm肢尖：h f2=6mm, lw2 取 80mm其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差 N=NGH-NFG=759.46-434.66=342.8KN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为 63cm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为 6mm，则计算长度 lw=63-1.2=61.8cm。肢背焊缝应力为： 223 /160/0.46187.023
13、mfmw2、上弦“B”节点（见附图 4）同样先计算腹杆 B-F、B-G 的杆端焊缝，方法同上。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为 81cm。现验算上弦与节点板的连接焊缝：节点板缩进 8mm，肢背采用塞焊缝，附图 3 下弦“G” 节点钢 结 构 课 程 设 计第 页承受节点荷载 F=100.22KN，h f=t/2=4mm，l w1=81-0.8=80.2cm wfmN 23/8.140267.21肢尖焊缝承担弦杆内力差 N=NBC-NAB=676.98-0=676.98KN，偏心距 e=10-2.8=7.2cm，偏心力矩 M= Ne=676.987.2=4874KNcm，采用 h
14、f2=10mm，l w2=81-2=79cm，则对 N： 23/1.970.21f 对 M： 224/586mNf 222 /1609.813fwff 3、屋脊“E”节点（附图 5）计算腹杆与节点板的连接焊缝：E-H 杆件内力较小，按构造设置焊缝，即取 hf1=6mm， hf2=6mm, lw1 =80mm, lw2 附图 4 上弦“B”节点钢 结 构 课 程 设 计第 页=80mm。验算弦杆和节点板的连接焊缝：由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为 40cm。节点板缩进 8mm，肢背采用塞焊缝，节点竖向集中荷载 , hf KNF1.502.=t/2=4mm，l w1 =40-0.8
15、cm。wfmN 23/7.407.215肢尖焊缝内力差 N=0,可按构造要求设置焊缝。拼接计算：拼接角钢采用与弦杆截面相同的 2L10012，焊脚尺寸 hf取 8mm，则拼接角钢除到角外，竖肢需切去 = t+hf+5=12+8=5=25mm，按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度 mflww 8241607.937.03共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度为 lw248拼接角钢总长度为 ml 451010取拼接角钢长度为 600mm。 附图 5 屋脊节点“E”钢 结 构 课 程 设 计第 页4、支座节点“F” （附图 6）、腹杆杆端焊缝计：B-F 杆由前面计算结果取肢背
16、及肢尖角焊缝尺寸分别为： hf1=8mm，h f2=6mm, lw1 =220mm, lw2 =170mm。A-F 杆件内力较小，按构造设置焊缝，即肢背及肢尖角焊缝尺寸均为 6mm，焊缝长度为 lw=80mm。验算弦杆焊缝：由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为 42 cm。肢背及肢尖焊角尺寸均取为 8mm，则计算长度 lw1 = 42-1.6=40.4cm。肢背焊缝应力为：wfmN 23/05.1467.0259、底板计算支反力 Rd=400.9KN，f c=10N/mm2，所需底板净面积： 2239.4040919.40cmAn 取锚栓直径 d=24mm，锚栓孔直径为 50mm，
17、则所需底板面积为： 220 5.741.352. cn 按构造要求采用底板面积为 ab=2626=676470.5cm2，底板净面积为：2.60.567cmAn 垫板采用 10020100，孔径 26mm。底板实际应力为： 223/1.04.69Nqcma7.812cb37.0.6531，查表 5.8， ，则.07.1a2mNaqM 1490621所需底板厚度ft .205496用 t=24mm，底板尺寸为 -28024280。 钢 结 构 课 程 设 计第 页、加劲肋与节点板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为 ，KNRV2.1049.，加劲肋高度低于 A-F 杆下端 18mm，厚度取与中间cmKNeVM3.65142.10节点板相同为 10mm。采用 hf=6mm，验算焊缝应力对 V： 23/.12567.02mNf 对 M： 224/70.f 2222 /160/1.317 mMfmNwff 、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算取 hf=8mm，实际焊缝总长度： clw 86)216(2焊缝设计应力： wff 3.807.94其余节点见施工图。
