21米屋架鋼結構設計

1、 黃山學院21米跨工業(yè)廠房梯形屋架設計一、設計資料某單層單跨工業(yè)廠房總長度90米，跨度L（取21m）。廠房縱向柱距6m。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，地震設防烈度為6度，屋架下弦標高為18m；廠房內橋式吊車為2臺150/301（中級工作制），鍛錘為2臺5t。屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內力系數(shù)（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內力）如附圖所示。根據設計要求，屋架采用的鋼材焊條為：Q235鋼，焊條為E43型。荷載標準值（水平投影面計）（1）永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0

2、.4KN/m2水泥砂漿找平層0.4KN/m2保溫層0.45KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m2水泥砂漿找平層0.3KN/m2預應力混凝土大型屋面板1.45KN/m2屋架及支撐自重：按經驗公式q二0.12+0.011L=0.351KN/m2（2）可變荷載：屋面活荷載標準值：0.7KN/m2雪荷載標準值：0.35KN/m2積灰荷載標準值：1.2KN/m2注：實際取屋面活荷載標準值與雪荷載標準值的較大值，保溫層及積灰荷載取值參照學號。屋架計算跨度，幾何尺寸及屋面坡度見附圖1。鋼屋架的制造、運輸荷安裝條件：在金屬結構廠制造，運往工地安裝，工地有足夠的起重安裝條件。屋架幾何尺寸及屋架全跨上弦節(jié)點單

3、位荷載作用下構件內力系數(shù)見附圖。內力計算考慮下面三種情況（1）、滿載（全跨靜荷載加全跨活荷載）（2）、在吊裝過程中可能出現(xiàn)的半跨屋面板荷載和半跨活荷載（活荷載400N/m2）和全跨屋架自重。（3）、在使用過程中全跨靜荷載和半跨活荷載。設計附圖：/+50.5ceg7=105001.07.4721.01-01.01.0F-12.18-4+211.26+丄5+0A01.0+01.0HV12.1821米跨屋架幾何尺寸21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內力值1.01.0o1o1o1o1o1-5.319.f+4636LC14Ao5.0oo8aceggeca21米跨屋架半跨單位

4、荷載作用下各桿件的內力值二、屋蓋結構形式和支撐布置布置屋蓋支撐時應根據支撐布置原則，結合本設計具體情況，即廠房長度90m60m；跨度L=21m；有橋式吊車且吊車平臺較高等，考慮上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、垂直支撐應設幾道和其位置；下弦縱向水平支撐是否需要設置；系桿如何設置，設剛性系桿還是柔性系桿布置屋架支撐，并進行編號，鋼屋架代號GWJTOC o 1-5 h z支撐代號：屋架上弦橫向水平支撐sc屋架下弦橫向水平支撐xc屋架下弦縱向水平支撐zc垂直支撐cc剛性系桿LG1柔性桿件LG2屋架上弦支撐布置圖cciL：1XLG菁iLG2LG；L:5x1LMIsoWTL1CC3LXCL/L；1L；

5、XLGLG；7-LG2LG1scLQ11”,riI.60006000X15屋架下弦支撐布置圖6000單層21米跨工業(yè)廠房鋼結構屋架設計取8、9項中之大值 垂直支撐1-1cciLL?csj|_；1LG1L柱頂處屋架垂直支撐LG三、荷載內力計算1.荷載計算按屋面做法，已知各荷載標準值算出永久荷載設計值；按屋面活載及雪荷載兩者中取大值的原則，算出可變荷載的設計值。計算可列表1進行。表1荷載標準值及設計值計算234567荷載名稱三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層水泥砂漿找平層保溫層一氈二油隔氣層水泥砂漿找平亍預應力混凝土屋面板屋架及支撐自重-永久荷載總重屋面施工活荷載標準值雪荷載標準值積灰荷載標準值可變荷載

6、總重標準值（KN/m20.40.4互0050衛(wèi)0.3513.451ITT1.9設計值KN/m20.480.480.720.060.361.740.42124.26120.980391.682.66備注1.21.4單層21米跨工業(yè)廠房鋼結構屋架設計 荷載組合按三種情況進行組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載；P=(4.2612+2.66)X6X1.5二62.2908KN全跨永久荷載+半跨可變荷載；P1=4.2612X6X1.5=38.3508KNP2=2.66X6X1.5=23.94KN全跨屋架支撐自重+半跨屋面板重+半跨可變荷載重。P3=1.2X0.351X6X1.5=3.7908KNP4=(1.

7、2X1.45+2.38)X6X1.5=37.08KN桿件內力桿件軸心力=節(jié)點荷載X桿件內力系數(shù)。對于上、下弦荷靠近支座的腹桿，僅需按組合(1)算出相應的內力選定為內力設計值。而靠近跨度中間部分的腹桿則需分別按三種組合求出相應的內力。經比較，其最不利的數(shù)值選定為內力設計值。具體計算可列表進行。下表給出了半跨荷全跨上弦節(jié)點單位荷載作用下的桿件內力系數(shù)。表2屋架桿件內力組合表桿件名稱內力系數(shù)(F=l)第1種組合px(1)第2種組合第3種組合計算桿件內力(kN)全跨左半跨(2)右半跨ppp2p3xG）+Px（3）上弦AB0000.000.0000.0000.0000.0000BC/CD-7.472-5

8、.31-2.162-465.44-413.679-338.315-225.220-108.492-465.44DE、EF-11.262-7.339-3.923-701.52-607.602-525.823-314.822-188.157-701.52FG/GH-12.18-6.861-5.319-758.70-631.365-594.450-300.578-243.400-758.70下弦ac4.13.011.09255.39229.298183.333127.15355.959255.39ce9.7446.6633.081606.96533.202447.449284.002151.1816

9、06.96eg11.9627.3264.636745.12634.137569.738316.994217.248745.12gh11.7685.8845.884733.04592.175592.175262.789262.789733.04斜腹桿aB-7.684-5.641-2.043-478.64-429.733-343.597-238.297-104.883-478.64Be5.8083.961.848361.78317.544266.983168.85490.541361.78cD-4.409-2.633-1.776-274.64-232.123-211.606-114.345-82.

10、568-274.64De2.7921.2221.57173.92136.330144.66155.89668.800173.92eF-1.572-0.047-1.525-97.92-61.413-96.796-7.702-62.506-97.92Fg0.328-1.0391.36720.43-12.29545.305-37.28351.93251.93gH0.7131.913-1.244.4173.141-1.38473.637-41.79373.64豎直桿Aa-0.5-0.50-31.15-31.145-19.175-20.435-1.895-31.15Ce/Ee-1-10-62.29-62

11、.291-38.351-40.871-3.791-62.29Gg-1-10-62.29-62.291-38.351-40.871-3.791-62.29表中的桿件名稱與下圖中的對應1507.51507.51507.51507.5D1507.51507.51507.5氣312150：1350ce1500X7=10500四、桿件截面選擇1、按腹桿最大內力N=-478.64KN查表選用中間節(jié)點板厚度t=10mm,荷載支座節(jié)點板厚度t=12mm.2、上弦桿整個上弦桿不改變截面，按上弦桿FH的最大計算內力設計值，按軸心受壓構件設計截面。根據鋼結構基本原理可知，單軸對稱截面的軸心受壓構件在繞非對稱主軸失穩(wěn)

12、時呈彎曲屈曲，但繞其對稱軸失穩(wěn)時通常呈彎扭屈曲。yz62+九2yz12九yz彎扭屈曲換算長細比九GB50017規(guī)范給出了雙角鋼截面換算長細比的簡化公式，將直接用于設計中。計算內力設計值：N=-758.70KN計算長度：屋架平面內取節(jié)點中心間軸線長度l=l=1507.5mmox屋架平面外根據屋蓋支撐布置和上弦桿內力變化取值l=2l=2x1507.5=3015mmoy截面選擇：由于l=2l選用不等邊角鋼，短邊相連。設九=80，查表知oyox為b類截面，查附表（b類截面軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)申）得申二0.688。需要的截面特性：A二雞二758700M0.688x215=5129.12mm2l1507

13、.5i=-ox=x九80=18.84mml3015oy=九80=37.69mm根據需要的A、相連，、y查型鋼表選用2/25&0“2不等邊角鋼，短邊y截面特性：A二2340 x2=4680mm2,i=22.4mm,i=61.5mmxy截面驗算：九=x=67.30九=150九=-oy=49.0 x=150 xi22.4yi61.5xyb125l3015由=10.40.56-=0.56=13.5t12b1251則可近似取九=X=49.0yzy滿足長細比要求，因X.八亠由X=67.30查附表9=0.7672xyyz，xxQ=一=211.31N/mm2f=215N/mm2滿足要求。9A0.7672x2x

14、2340下弦桿整個下弦桿不改變截面，按下弦桿eg的最大計算內力設計值，按軸心受拉構件設計截面。計算內力設計值：N=745.12KN計算長度：l=1500oxl=1500oyx2=3000mmx4=6000mm截面選擇：N745120A=3465.67mm2f215根據需要的A、Iy查型鋼表選用2Z125X80X10不等邊角鋼,短邊相連。80 xxy截面特性：A=3940mm2,i=22.6mm,x截面驗算：i=61.1mmy九=li=xix300022.6=13.27k=150l06000九=旦=98.20yi61.1y150b=7二牆=189.1N/mm2八215N/mm2滿足要求。4、斜腹

15、桿（1）端斜桿aB計算內力設計值：N=-478.64KN計算長度：/二/二2530mmoxl=l=2350mmoy截面選擇：選用不等邊角鋼，設x=80,b類截面查附表得9=0.688。需要的截面特性：A=比=4786409f0.688x215=3235.80mm2lioxxx253080=31.625mml2530oyX8031.625mm根據需要的Aix，y查型鋼表選用2/25沖長邊相連y8080 xy截面驗算：截面特性：A=3200mm2,i=40.1mm,i=32.7mmyX=Lx=2530=63.09xxi40.1x=Ly=2530=77.370.56.=0.56t8b1251bl2t

16、2則九=3.7xx(1+oy)=3.7xyzt52.7b41X1xyz，滿足長細比要求，因九4786402530=11.3邏x(1+23502X82)=60852.7xl254由九=77.37查附表得申=.705Ncy=A0.705X3200=212.16N/mm2f=215N/mm2滿足要求。(2)腹桿Bc計算內力設計值：N=361.78KN計算長度：l=0.8l=0.8x2613=2090.4mmoxl=l=2613mmoy截面選擇：A=“=361780=1682.70mm2f215根據需要的Aixiy查型鋼表選用Mg等邊角鋼。截面驗算：截面特性：l_ox=ix_NA=1150X2mm2,

17、i=22.8cm,xi=35.0mmyl2613r.吟=74.66L九i35.0yA_1150 x2(3)腹桿cD361780=ms/mm2f=215N/mm2滿足要求。計算內力設計值：N=-274.64KN計算長度：l=0.8l=0.8x2864=2291.2mmoxl=l=2864mmoy截面選擇：選用等邊角鋼，設X=80,b類截面查附表得p=0.688。需要的截面特性：A牛=牆=呎杯加2291.280=28.64mml2864l=-y=yX80根據需要的All查型鋼表選用2Z75X10,截面驗算:xy截面特性：A=1413X2mm2,i=22.6cm,i=35.4mmxyX=仏=2291

18、.2=101.38lx=150 xl22.6x286435.4=80.90由b-75tJt75-9375詛2-詛8譽-2215yz(0.475b4一(0.475x7541+81.83x1+11嚴)(28642x82丿=84.17滿足長細比要求，由九=101.38查附表得申二0.546則九九yc178N/mm2九由九=91查附表得0=0.612xyzy，xN31150a=45.69N/mm2f=215N/mm2A0.612x557x2滿足要求（2）豎桿Gg計算內力設計值：N=-62.29KN計算長度：l=l=2312mmoxl=l=2890mmoy截面選擇：選用等邊角鋼，設X=80,b類截面查附

19、表得p=0.688。=421.11mm2需要的截面特性：A=上=62290pf0.688x215=28.9mml2312l=-ox=xX80i丄=型=36.12mmy九80根據需要的Aixy查型鋼表選用2Z7X4驗算：截面特性：A=557X2mm2,i=21.8mm,i=32.1mmxy九=-ox=106.1九=150 xi21.8x=loy=2890=90.03x=150i32.1y由b=70=175。58=7=295則尢=尢yyz(0.475b4|(0.475x704=90.03x1+112t21(28902x42丿oyx=97.71滿足長細比要求，因九九九由九=106.1查附表得0二0.

20、517yzy，x62290=108.15N/mm2f=215N/mm2NCJ=以0.517x557x2滿足要求.其他桿件截面的選擇見下表表3屋架桿件截面選擇表桿件計算內力(KN)截面規(guī)格截面面積/mm2計算長度(mm)回轉半徑(mm)長細比容許長細比入穩(wěn)定系數(shù)應力0(N/mm2)名稱編號l0 xl0yixiy入x入y入yzXy上弦桿FG-758.702Z125X80X12,短邊相并46801507.5301522.461.567.349.0491500.7672211.31下弦桿eg745.122Z125X80X10,短邊相并39403000.006000.022.661.113.2798.2

21、0350189.1aB-478.642Z125X80X&長邊相并32002530.002530.040.132.763.0077.00601500.705212.16Be361.782Z75X823002090.402613.022.83591.6874.66350157.3cD-274.642Z75X1023002291.2286422.835101.3880.8084.171500.546178De173.922Z70X411142291.2286421.832.1105.1089.22350147.1eF-97.922Z70X411142499.2312421.832.1114.6097

22、.32841500.466177.73Fg-37.2832Z70X411142499.203124.021.832.1114.6097.3297.321500.46771.751.93235046.62gH-41.7932Z70X411142712.003390.021.832.1124.40105.61105.611500.41390.8473.63735066.1Aa-31.152Z70X411141990.001990.021.832.191.2861.99781500.61243.69Ce-62.292Z70X411141832.002290.021.832.184.0471.3471

23、.341500.66179.7Ee-62.292Z70X411142072.002590.021.832.195.0580.6980.691500.58889.6Gg-62.292Z70X411142312.002890.021.832.1106.1090.0397.711500.517108.15四.節(jié)點設計重點設計“a”“B”點類同。A0.000B-465C44-D-7012F-758g70-31.62478.6.361.7815a255.39285029-274.64173.92-62A-97.92-62.29.2951.932c606.96e745.1230003000H73.6377

24、3.637g733.043000e”“H”四個典型節(jié)點（如圖下圖），其余節(jié)11850桿件內力（KN）用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值fw160N/mm2，角f焊縫的焊角尺寸和焊縫計算長度的限制和構造要求。經查表得，取5mm的倍數(shù)得各桿件截面中性軸距角鋼背面的距離分別如下表表4截面中性軸距翼緣邊緣的長度桿件型號Z125X80X12短邊相并Z110X70X10短邊相并Z125X80X8長邊相并2Z75X82Z70X4中性軸距角鋼背面距離（單位:mm）20204020201.下弦節(jié)點“e”先計算腹桿焊縫長度，然后定出節(jié)點板的形狀和尺寸，最后計算下弦桿與節(jié)點板之間的連接焊縫。(1)De

25、桿焊縫計算N=-173.92KN角焊縫強度設計值fw二160N/mm2,根據構造要求：f板厚t6mm時，ht，取h=4mm,則焊縫所需長度為ff0.7N0.7x173920肢背l=135.88mm,取150mmlw2hefw2x0.7x4x160肢尖lw-0.3N2hfw0.3x1739202x0.7x4x160取70mm2)Ee桿焊縫計算N=-62,29KN角焊縫強度設計值f;二160N/mm，根據構造要求設焊縫件=4mm，則焊縫所需長度為焊縫長度32mm=8h/60h=240mmfwf肢背：l=0.7N=一0758691=45.85mm,根據構造要求取60mmw2hfw2x0.7x4x16

26、0ef肢尖：l=0.3N=0358691=19.65mm,根據構造要求取50mmw2hfw2x0.7x4x160ef3)Fe桿焊縫計算N=-97.92KN角焊縫強度設計值f=160N/mm2，根據構造要求設焊縫hf=4mm，則焊縫所需長度為焊縫長度32mm=8hl60h=240mmfwf肢背：l=0.7N=0.792262=72.08mm,根據構造要求取90mmw2hfw2x0.7x4x160ef肢尖：l=0.3N=一0392262=30.89mm,根據構造要求取50mmw2hfw2x0.7x4x160ef(4)下弦桿焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰內力之差：N=745.12-606.

27、96=138.16KN根據節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為400X320mm,見圖受力最大肢背焊逢應力驗算：設h=6mmf=160N/mm20.75AN0.75x130176/t=29.95N/mm22x0.7hl=80.45N/mm2(0.25x438.538)+(58.691/(2x1.22)2x0.7h”l”fw=27.38N/mm2fw=160N/mm23.屋脊節(jié)點“H”（1）上弦桿拼接計算上弦桿常采用同鋼號鋼拼接，為了連接緊密和便于施焊，常需將拼接角鋼的棱角削圓并切去垂直肢的一部分寬度=+hf+5mm=10+6+5=21mm.拼接接頭一側的連接焊縫長度按上弦桿內力計算，設焊縫長度h=9mm,

28、每f條焊縫所需長度為N4x0.7hfw7148544x0.7x9x160=177.3mm取拼接角鋼長度L=2(l+2h)+20=410.6mm取L=800mmwfAg卜A758.70KN辜二2Z70X473673KN2/70X473.637KN73.637KN2/125X80X12-7n屋脊節(jié)點“H”2/125X80X122)上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算上弦桿與節(jié)點板之間的槽焊縫承受節(jié)點荷載，強度足夠上弦桿肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，按上弦桿內力的15計算。設h=6mm，節(jié)點板的長度為430mm,節(jié)點一側的焊縫長度為fl=430/2-20-12=183mmw焊縫應力驗算：0.15N0.15x7148

29、542hl2x0.7x6x183=69.76N/mm2fw0.15Nxex60.15x714854x60 x62hl22x0.7x6x1832=137.22N/mm269.762+137.22、2I1.22=132.36N/mm2u-i2Z125X80X82110X70X102632KKM十/IVrXoc4111.1111加勁肋計算簡圖支座節(jié)點“a”1)支座底板計算支座反力：R=7P=7X62.2908=436.04KN所需底板凈面積：a二蘭=436040nfc14.3=30492mm2(4)支座節(jié)點“a”設底板尺寸為250X380mm底板平面凈面積：A=250 x250=62500mm2R410840=6.57N/mm2A62500n單位寬度彎矩為底板下平均應力為：Gn底板為兩相鄰邊支撐板，M=paa21a=250 x旦177mm2b=a/2=89mmIIb由f=0.5,近似采用三邊簡支板系，查表7-13(陳紹蕃主編鋼結構a1基礎P273)得p=0.058M=0.058x6.57x(177)2=11938N-mm所需底板厚度:t=6M=6x11938=18.25mm,取t=20mm215(2)加勁肋與節(jié)點板的連接焊