1、第 1 页 共 13 页一、设计资料 天津地区一单跨物资仓库，长 96 米，跨度为 21 米，钢筋混泥土柱（400400） ，柱距 6 米，混凝土标号为 C30，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。屋面檐口离地面高度13.5 米，设计温度高于-20。屋面坡度 i=1:10，采用 1.5m6.0m 预应力混凝土大型屋面板，标准值为1.4kN/m2；20 厚水泥砂浆找平层，标准值为 0.4kN/m2；泡沫混凝土保温隔热层，标准值为 0.3kN/m2；八层做法卷材屋面防水层，标准值为 0.35kN/m2 。屋面积灰荷载0.45kN/m2，雪荷载为 0.40kN/m2，风荷载为 0.5kN/m2。屋架铰支在
2、钢筋混凝土柱上，上柱截面为 400mm400mm。其他资料参照相关标准规定。 根据天津地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用 Q235-B。焊条采用 E43型，手工焊。二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，i1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度为 L0L-30020700mm，端部高度取 H01990mm，中部高度取 HH 0+1/2iL1990+0.12100/23040mm，屋架杆件几何长度见附图 1 所示，屋架跨中起拱 42mm（按 L/500 考虑） 。为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板 1.5m 的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为 3.0m 的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角
3、，采用再分式。屋架杆件几何长度（单位：mm）三、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图 2。第 2 页 共 13 页12 211-2CC11XG2X2C1XG2X233SS4S34上 上60607060060x16x1
4、附图 2：屋面支撑布置图（单位：mm）四、荷载计算与组合1、荷载计算永久荷载设计值：防水层 （八层做法） 0.35kN/1.2=0.42kN/m 2找平层（20mm 厚水泥砂浆） 0.4kN/1.2=0.48kN/m 2泡沫混凝土保温层 0.35kN/1.2=0.42kN/m 2预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/1.2=1.68kN/m 2钢屋架和支撑自重 （0.12+0.01121）1.2=0.42kN/共 3.387kN/可变荷载设计值：雪荷载 0.40kN/1.4=0.56kN/m 2积灰荷载 0.45kN/1.4=0.63kN/m 2共 1.19kN/由于屋面坡度不大，对荷载的影响
5、较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。2、荷载组合计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：使用阶段“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载” 。恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值 及 分别为：恒P活3.181.56 28.62 kN恒P第 3 页 共 13 页1.191.56 10.71 kN活P施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载” 。这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合
6、。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值 和 分别为：恒P活0.421.56 3.78 kN恒（1.68+0.63 ）1.56 20.79 kN活五、内力计算采用图解法计算屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数。根据算得的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。杆力组合表杆力系数 内力值使用阶段 施工阶段P1 P恒 3P 活1P 活2P 恒3 P 活 1 P 活 2在左半跨在右半跨 全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨杆件 名称1 2 3 4 5 6 7 8 9计算杆内力组合项目AB -0.02 -0.01 -0.03 -0.86 -0.21 -0.1
7、1 -0.11 -0.42 -0.21 -1.18 4+5+6BC -5.33 -2.17 -7.5 -214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6CD -5.33 -2.17 -7.5 -214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6DE -7.35 -3.94 -11.29 -323.12 -78.72 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -444.04 4+5+6EF -7.35 -3.94 -11.29 -323.12 -78.72
8、 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -444.04 4+5+6FG -6.86 -5.32 -12.18 -348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+6上弦GH -6.86 -5.32 -12.18 -348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+6ab 3.02 1.09 4.11 117.63 32.34 11.67 15.54 62.79 22.66 161.65 4+5+6bc 6.68 3.09 9.77 279.62 71.
9、54 33.09 36.93 138.88 64.24 384.25 4+5+6cd 7.33 4.64 11.97 342.58 78.50 49.69 45.25 152.39 96.47 470.78 4+5+6下弦de 5.89 5.88 11.77 336.86 63.08 62.97 44.49 122.45 122.25 462.91 4+5+6aB -5.62 -2.03 -7.65 -218.94 -60.19 -21.74 -28.92 -116.84 -42.20 -300.87 4+5+6Bb 3.93 1.84 5.77 165.14 42.09 19.71 21.8
10、1 81.70 38.25 226.93 4+5+6bD -2.62 -1.77 -4.39 -125.64 -28.06 -18.96 -16.59 -54.47 -36.80 -172.66 4+5+6Dc 1.19 1.56 2.75 78.71 12.74 16.71 10.40 24.74 32.43 108.16 4+5+6cF -0.05 -1.51 -1.56 -44.65 -0.54 -16.17 -5.90 -1.04 -31.39 -61.35 4+5+6斜杆Fd -1.06 1.35 0.29 8.30 -11.35 14.46 1.10 -22.04 28.07 -2
11、0.94 29.17 7+8 7+9第 4 页 共 13 页dH 2.11 -1.33 0.78 22.32 22.60 -14.24 2.95 43.87 -27.65 -24.70 46.82 7+8 7+9Aa -0.53 -0.01 -0.54 -15.45 -5.68 -0.11 -2.04 -11.02 -0.21 -21.24 4+5+6Cb -0.99 0 -0.99 -28.33 -10.60 0.00 -3.74 -20.58 0.00 -38.94 4+5+6Ec -0.98 0 -0.98 -28.05 -10.50 0.00 -3.70 -20.37 0.00 -38
12、.54 4+5+6Gd -0.97 0 -0.97 -27.76 -10.39 0.00 -3.67 -20.17 0.00 -38.15 4+5+6竖杆He -0.06 -0.06 -0.12 -3.43 -0.64 -0.64 -0.45 -1.25 -1.25 -4.72 4+5+6Ra Rb0.51 0.511ABCDEFGHbcde 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7812 278293013234 5 7 8 1 4 六、杆件截面选择1、上弦 FG、GH整个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。N-479.04kN，l 0x1508mm，l 0yl 13
13、016mm（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l1为两块屋面板宽） 。根据腹杆最大设计杆力 NaB-300.87kN，取中间节点板厚度t10mm，支座节点板厚 t12mm。先由非对称轴选择截面，假设 60，由附表 4-2 查得 0.807（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属 b 类） ，需要的截面面积：As 2761 mm227.61cm 2 215807.493fN一般角钢厚度15mm，属第一组，故取 215 N/mm 2。需要的回转半径为fcm51.260xslicm3.ysli上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的 T 形截面。根据需要的 、 、 查附表 7-sAxiys5，选用
14、2L1409010（短边相连）：A42.4cm 2， 2.56cm， 6.77cm（节点板厚xiy10mm） ，150。第 5 页 共 13 页验算 ， 0.8109.586.210xsilx故 N/mm2 215 N/mm 2。1340.7ANxf验算对称轴 y 的稳定承载力：b1/t14/1140.56 06.21.56.0xil换算长细比 150，查附表 4-54)17.53(47.).521(7.3 2410 btltyys2， 0.836 ；故， N/mm2 215 N/mm 2。y2086.93ANyf满足要求。垫板每节间放置一块（满足 l1范围内不少于两块） ，ld150.8/2
15、75.4cm40i404.47178.8cm（i 为 4.47cm） 。2、下弦 cd下弦也不改变截面，采用最大设计杆力计算，N470.78 kN，l 0x3000mm，l 0y20700/210350mm，需要的净截面面积为An 2190 mm 221.9cm 2215078.43f选用 2L1409010（短边相连）：A42.4cm 2， 2.56cm， 6.77cm。xiyi验算：在节点设计时，将位于下弦杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，且使栓孔中心到节点板近端边缘距离不小于 100cm，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（350）1756.230xil3.0yil故 N/m
16、m2 215 N/mm 2。142078.3ANf满足要求。垫板每节间放置一块，l d150cm80i804.47357.6cm（i 为 4.47cm） 。3、端斜杆 aBN-300.87 kN，l 0x2524mm，l 0y2524mm，需要的净截面面积为An 1399 mm 213.99cm 2215087.33f第 6 页 共 13 页选用 2L140908（长边相连）：A36.08cm 2， 4.5cm， 3.62cm，150xiyi验算： 56.420xilb2/t90/811.250.48 ，5.1394.28.02bly 7062.3450yil换算长细比 150，查附表 4-2
17、， ).5.1(7)09.1( 2424tlyys0.675；故， N/mm2 215 N/mm 2。y3608.ANyf满足要求。设两块垫板，l d84.1cm40i402.59103.6cm（i 为 2.59cm） 。4、斜腹杆 dHN46.82 kN，l 0x3395mm，l 0y3395mm，需要的净截面面积为An 218 mm22.18 cm 221508.463f选用 2L805：A15.82cm 2， 2.48cm， 3.56cm，150xiyi验算： 13748.90xilb/t80/5160.58 ，6.2485.39.0bly 956.30yil换算长细比 150，查附表
18、4-2， 1)5.397.1()475.1( 220tlyys0.549；故， N/mm2 215 N/mm 2。y 4584.06ANyf满足要求。设两块垫板，l d84.9cm40i403.56142.4cm（i 为 3.56cm） 。5、竖杆 dG竖杆不改变截面尺寸，N-38.15 kN，l 0x0.8l0.828882310mm，l 0y2888mm选用 2L805：A15.82cm 2， 2.48cm， 3.56cm，150xiyi验算： 9348.10xil第 7 页 共 13 页b/t80/5160.58 ，9.208.5.0bly 8156.320yil换算长细比 150，查附
19、表 4-2， 8)5.47.1()475.01( 22tlyys0.628；故， N/mm2 215 N/mm 2。y3856.038ANyf满足要求。设两块垫板，l d72.2cm40i403.56142.4cm（i 为 3.56cm） 。其余各杆的截面选择见表。需注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度为 l00.9l，其它腹杆除 Aa 和 Ba 外，l 0x0.8l。屋架杆件截面选择表计算长度（cm）回转半径（cm） 长细比杆件 名称内力（kN）l0x l0y截面形式和规格截面面积（cm 2） ix iy x y yz容许长细比稳定系数计算应力（N/mm 2）AB -1
20、.14 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 0BC -285.53 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 83CD -285.53 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 83DE -429.81 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 125EF -429.81 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2
21、.56 6.77 58.9 54 150 0.81 125FG -463.69 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 135上弦GH -463.69 150.8 301.6 2L1409010 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 135ab 156.47 300 1035 2L1409010 42.4 2.56 6.77 117 153 350 36bc 371.94 300 1035 2L1409010 42.4 2.56 6.77 117 153 350 87cd 455.70 300 103
22、5 2L1409010 42.4 2.56 6.77 117 153 350 107下弦de 448.08 300 1035 2L1409010 42.4 2.56 6.77 117 153 350 106斜杆 aB -291.24 252.4 252.42L140908 36.08 4.5 3.62 56 82 150 0.675 120第 8 页 共 13 页Bb 219.66 259.8 259.8 2L140908 36.08 4.5 3.62 58 84 150 0.661 92bD -167.13 286.2 286.2 2L140908 36.08 4.5 3.62 64 90
23、150 0.621 75Dc 104.69 285.2 285.2 2L140908 36.08 4.5 3.62 64 90 150 0.621 48cF -59.39 312.5 312.5 2L805 15.82 2.48 3.56 126 95 150 0.588 32Fd -20.94 29.17 311.5 311.5 2L805 15.82 2.48 3.56 126 95 150 0.588 32dH -24.70 46.82 339.5 339.5 2L805 15.82 2.48 3.56 137 101 150 0.549 54Aa -20.56 159.2 199 2L
24、805 15.82 2.48 3.56 64 51 150 0.856 15Cb -37.69 182.3 227.9 2L805 15.82 2.48 3.56 74 74 150 0.726 33Ec -37.31 206.6 258.3 2L805 15.82 2.48 3.56 83 82 150 0.675 35Gd -36.93 231 288.8 2L805 15.82 2.48 3.56 93 89 150 0.628 37竖杆He -4.57 243.2 304 2L805 15.82 2.48 3.56 98 92 150 0.608 5注：角钢规格共 3 种七、节点设计在
25、确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为：角钢肢背所需焊缝长度 ：1l fwfhNK27.021角钢肢尖所需焊缝长度 ：2l ff.2如腹杆 aB，设计杆力 N300.87 kN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为hf18mm，h f26mm。因 aB 杆系不等边，角钢与长肢相连，故 K10.65，K 20.35。则：mm125816087.235031 lmm90.32l其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见表 4。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取 hf ，l 1l 28h f+1085+1050 mm50.15.t表 4 腹杆杆端
26、焊缝尺寸肢背焊缝 肢尖焊缝杆件 名称 设计内力 （kN）l1（mm） ht（mm） l2（mm） ht（mm）aB -300.87 125 8 90 6Bb 226.93 100 8 70 6第 9 页 共 13 页bD -172.66 80 8 60 6Dc 108.16 55 8 40 6表中 1l、1 2为取整后数值1、下弦节点“b”按表 4 所列 Bb、bD 杆所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（附图 4） 。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为 480mm，焊脚尺寸 hf5mm，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差NN bc-Nab384.25-161.65222.
27、6 kN。验算肢背焊缝的强度：51 N/mm2 ( 为 160 N/mm2)5248057.216.7.0231wfflhK wff满足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能满足要求。竖杆 bC 下端应伸至距下弦肢尖为 20mm处，并沿肢尖和肢背与节点板满焊。附图 4：下弦节点“b”2、上弦节点“B”按表 4 所列腹杆 Ba、bB 所需焊缝长度，确定节点板形状和尺寸，如附图 5 所示。量得上弦与节点板的焊缝长度为 400mm，设 hf5mm，因节点板伸出上弦肢背 15mm，故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载 P28.62+10.7139.33 kN 和弦杆内力差NN BC-NAB294.9
28、8-1.18293.8 kN 的共同作用。忽略 P 对焊缝的偏心并视其与上弦垂直，则上弦肢背的焊缝应力为：第 10 页 共 13 页附图 5：上弦节点“B”2127.07.042.1wfwf lhNKlhP2323 )540(5.18.9)5(59 81 N/mm 2 ( 为 160 N/mm2)wff满足要求。由于肢尖的焊缝 hf也为 5mm，故应力更小，定能满足要求。3、下弦中央拼接节点“e（附图 6）附图 6：下弦中央拼接节点“e”（1）拼接角钢计算因节点两侧下弦杆力相等，故用一侧杆力 Ned462.91 kN 计算。拼接角钢采用与下弦相同的截面 2L1409010，设与下弦的焊缝的焊脚
29、尺寸 hf8mm，竖直肢应切去t+h f+510+8+523 mm，节点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为：mm1296087.4927.043wfewhNl拼接角钢需要的长度为：L2（l w+16）+102（129+16）+10300 mm为保证拼接节点处的刚度取，L500 mm。（2）下弦与节点板的连接焊缝计算第 11 页 共 13 页下弦与节点板的连接焊缝按 0.15Ned计算。取焊脚尺寸 hf5mm，节点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度 l1、l 2分别为：mm4610657.09.4.7.02531 wfedhNKlmm2.2.1.1. 32fedl在附图 6 中，节点板宽度是由连
30、接竖杆的构造要求所决定的，从图中量得每条肢背焊缝长度为 155mm，每条肢尖焊缝长度为 120mm，满足要求。4、屋脊节点“H” （附图 7）（1）拼接角钢计算附图 7：屋脊节点“H”拼接角钢采用与上弦相同的截面 2L1409010。设两者间的焊脚尺寸 hf8mm，竖直肢应切去t+h f+510+8+523 mm。按上弦杆力 NGH479.04 kN 计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点每侧每条焊缝需计算长度为：mm1346087.497.04wfGHwhNl拼接角钢需要的长度为：L2（l w+16）+102（134+16）+20320 mm为保证拼接节点处的刚度取，L700 mm。（2）上弦与节点
31、板间焊缝计算上弦与节点间在节点两侧共 8 条焊缝，共同承受节点荷载 P 与两侧上弦内力的合力。近似地取 sintan0.1，该合力的数值为：2Nsin-P2479.040.1-39.3356.48 kN设焊脚尺寸 hf5mm，每条焊缝所需要长度为：mm2310657.08417.08sin23wfPNl由图量得焊缝长度为 220mm。满足要求。5、支座节点“a” （附图 8）（1）底板计算第 12 页 共 13 页附图 8：支座节点“a”底板承受屋架的支座反力 R7P739.33275.31 kN，柱采用 C20 混凝土，混凝土的轴心抗压强度设计值 fc10 N/mm 2。底板需净面积 An为
32、：mm27531103.75cnfA锚栓直径 d25mm，锚栓孔布置见附图 8，栓孔面积为：A50402+25 25963 mm 2底板需面积为 A sA n+A27531+596333494 mm 2按构造要求底板面积取为 A28035098000 mm 2A s，满足要求。底板承受的实际均布反力N/mm2f c 0.3596801.27Rq节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板，它们对角线长度 1及内角顶点到对角线的距离 b1分别为： 1 mm，b0.5 1112 mm24742b1/ 10.5，查得 0.058，两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为：Mq 210.0583224
33、28731 N.mm所需底板厚度为t mm（取 t20mm）6.158736f实取底板尺寸为-28035020。（2）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。由节点图量得焊缝长度为 492mm，计算长度 lw492-12-15465（mm） （设焊脚尺寸 hf6mm） ，每块加劲肋近似的按承受R/4 计算，R/4 作用点到焊缝的距离为 e（140-6-15）/2+1574.5 mm。则焊缝所受剪第 13 页 共 13 页力 V 及弯矩 M 为：V275.31/468.8 kNMVe68.874.55126 kN.mm焊缝强度验算227.0.167.0wfwf lhMl
34、h2323 46518465.2829.5 N/mm 2 wf满足要求。（3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为（设 hf8mm）l w2280+2/（280-12-215）-481004 mm所需焊脚尺寸为mm0.21467.021357.021 wff lRhhf尚应满足角焊缝的构造要求：h f1.5 1.5 7 tmm，h f1.2t1.21214.4 mm，实取 hf8mm。6、节点板计算（1）节点板在受压腹杆的压力作用下的计算所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆的净距离 c 与节点板厚度 t 之比，均小于或等于 10 。所有与竖杆相连的节点板，c/t 均小于或等于 15yf/235，因而节点板的稳定均能保证。yf/235（2）所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均能保证。此外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于 15，斜腹杆与弦的夹角均在 3060之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于 60 ，都满足构造要求，节点板均安yf/235全可靠。
