21米梯形鋼屋架設(shè)計(jì)書(shū)

1、21米梯形鋼屋架設(shè)計(jì)書(shū)21米梯形鋼屋架設(shè)計(jì)書(shū)13/1321米梯形鋼屋架設(shè)計(jì)書(shū)一、設(shè)計(jì)資料天津地域一單跨物質(zhì)庫(kù)房，長(zhǎng)96米，跨度為21米，鋼筋混泥土柱（400400），柱距6米，混凝土標(biāo)號(hào)為C30，采納無(wú)檁屋蓋系統(tǒng)，梯形鋼屋架。屋面檐口離地面高度13.5米，設(shè)計(jì)溫度高于-20。屋面坡度i=1:10，采納1.5m6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，標(biāo)準(zhǔn)值為1.4kN/m2；20厚水泥沙漿找平層，標(biāo)準(zhǔn)值為0.4kN/m2；泡沫混凝土保溫隔熱層，標(biāo)準(zhǔn)值為0.3kN/m2；八層做法卷材屋面防水層，標(biāo)準(zhǔn)值為0.35kN/m2。屋面積灰荷載0.45kN/m2，雪荷載為220.40kN/m，風(fēng)荷載為0.5kN/m

2、。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為400mm400mm。依據(jù)天津地域的計(jì)算溫度和荷載性質(zhì)及連結(jié)方法，鋼材采納Q235-B。焊條采納E43型，手工焊。二、屋架形式及尺寸無(wú)檁屋蓋，i1/10，采納平坡梯形屋架。屋架計(jì)算跨度為L(zhǎng)0L-30020700mm，端部高度取H01990mm，中部高度取HH0+1/2iL1990+0.12100/23040mm，屋架桿件幾何長(zhǎng)度見(jiàn)附圖1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考慮）。為使屋架上弦承受節(jié)點(diǎn)荷載，配合屋面板1.5m的寬度，腹桿系統(tǒng)大多數(shù)采納下弦間長(zhǎng)為3.0m的人字式，僅在跨中考慮到腹桿的適合傾角，采納再分式。屋架桿件幾何長(zhǎng)度（單位：mm）三、屋

3、蓋支撐部署依據(jù)車(chē)間長(zhǎng)度、屋架跨度和荷載狀況，設(shè)置四道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采納關(guān)閉聯(lián)合，為一致支撐規(guī)格，廠房?jī)深^的橫向水平支撐設(shè)在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設(shè)置剛性系桿保證安裝時(shí)上弦桿的穩(wěn)固，第一柱間下弦平面也設(shè)置剛性系桿以傳達(dá)山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩頭共設(shè)四道垂直支撐。在屋脊節(jié)點(diǎn)及支座節(jié)點(diǎn)處沿廠房縱向設(shè)置通長(zhǎng)的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一道縱向通長(zhǎng)的柔性系桿，支撐部署見(jiàn)附圖2。第1頁(yè)共13頁(yè)上弦支撐下弦支撐1CC1XG2XG2CC1CC1XG2XG2CC12233CCSSCC1XG1XG3XG3XG1SS1XG1XG1CCSXG1XG3XG3XG1S4

4、411CCCCSS02SCC2XG2XG2SCC2XG3XG3CC20CC20111442CCSXG1XG3XG3SCC1XG1SS1XG1XG1CXG1XG3XG3CSXG1S3322CCCCSSSSCC1XG2XG2CC1CC1XG2XG2CC1600600600600600060006000 x1260006000600060006000 x1260006000701-12-212附圖2：屋面支撐部署圖（單位：mm）四、荷載計(jì)算與組合1、荷載計(jì)算永遠(yuǎn)荷載設(shè)計(jì)值：0.35kN/1.2=0.42kN/m2防水層（八層做法）找平層（20mm厚水泥沙漿）0.4kN/1.2=0.48kN/m2泡沫

5、混凝土保溫層0.35kN/1.2=0.42kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板1.40kN/1.2=1.68kN/m2鋼屋架和支撐自重（0.12+0.01121）1.2=0.42kN/共3.387kN/可變荷載設(shè)計(jì)值：0.40kN/1.4=0.56kN/m2雪荷載積灰荷載0.45kN/1.4=0.63kN/m2共1.19kN/因?yàn)槲菝嫫露炔淮?，?duì)荷載的影響較小，未予考慮。風(fēng)荷載為吸力，重屋蓋可不考慮。2、荷載組合計(jì)算屋架桿內(nèi)力時(shí)，應(yīng)試慮以下三種荷載組合：使用階段“全跨恒荷載+全跨屋面均布活荷載”和“全跨恒荷載+半跨屋面均布活荷載”。恒荷載和活荷載惹起的節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值P恒及P活分別為：P恒3.181

6、.5628.62kN第2頁(yè)共13頁(yè)P(yáng)活1.191.5610.71kN施工階段“屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載”。這時(shí)只有屋架及支撐自重是散布于全跨的恒荷載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數(shù)值）即可能出此刻左半跨，也可能出此刻右半跨，取決于屋面板的安裝次序。當(dāng)從屋架兩頭對(duì)稱(chēng)安裝屋面板時(shí)，則不用考慮此種荷載組合。施工階段恒荷載和活荷載惹起的節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值P恒和P活分別為：P恒0.421.563.78kNP活（1.68+0.63）1.5620.79kN五、內(nèi)力計(jì)算采納圖解法計(jì)算屋架在左半跨單位集中荷載作用下的桿力系數(shù)。依據(jù)算得的節(jié)點(diǎn)荷載和桿力系數(shù)，進(jìn)行桿件內(nèi)力組歸并求出各桿的最

7、不利內(nèi)力。桿力組合表?xiàng)U力系數(shù)內(nèi)力值使用階段施工階段桿件P1P恒3P活1P活2P恒P活1P活2計(jì)算桿組合3名稱(chēng)內(nèi)力項(xiàng)目在左在右全跨在左在右全跨在左半在右全跨半跨半跨恒載半跨半跨恒載跨半跨123456789AB-0.02-0.01-0.03-0.86-0.21-0.11-0.11-0.42-0.21-1.184+5+6BC-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6上CD-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6DE-7.35-3

8、.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6弦EF-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6FG-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6GH-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6ab3.021.094.11117.6332.3411.6715.5

9、462.7922.66161.654+5+6下bc6.683.099.77279.6271.5433.0936.93138.8864.24384.254+5+6弦cd7.334.6411.97342.5878.5049.6945.25152.3996.47470.784+5+6de5.895.8811.77336.8663.0862.9744.49122.45122.25462.914+5+6aB-5.62-2.03-7.65-218.94-60.19-21.74-28.92-116.84-42.20-300.874+5+6斜Bb3.931.845.77165.1442.0919.7121.8

10、181.7038.25226.934+5+6bD-2.62-1.77-4.39-125.64-28.06-18.96-16.59-54.47-36.80-172.664+5+6桿Dc1.191.562.7578.7112.7416.7110.4024.7432.43108.164+5+6cF-0.05-1.51-1.56-44.65-0.54-16.17-5.90-1.04-31.39-61.354+5+6第3頁(yè)共13頁(yè)FddHAaCb豎桿EcGdHe-1.061.350.298.30-11.3514.461.10-22.0428.07-20.947+829.177+92.11-1.330.7

11、822.3222.60-14.242.9543.87-27.65-24.707+846.827+9-0.53-0.01-0.54-15.45-5.68-0.11-2.04-11.02-0.21-21.244+5+6-0.990-0.99-28.33-10.600.00-3.74-20.580.00-38.944+5+6-0.980-0.98-28.05-10.500.00-3.70-20.370.00-38.544+5+6-0.970-0.97-27.76-10.390.00-3.67-20.170.00-38.154+5+6-0.06-0.06-0.12-3.43-0.64-0.64-0.4

12、5-1.25-1.25-4.724+5+611110.511H0.5EF16G174140CD14153938AB1337363511122246293023135181912228433347212320532622a10b9c8d7e42434445RaRb六、桿件截面選擇1、上弦FG、GH整個(gè)上弦不變截面，取上弦最大設(shè)計(jì)桿力計(jì)算。N-479.04kN，l0 x1508mm，l0yl13016mm（按大型屋面板與屋架保證三點(diǎn)焊接考慮，取l1為兩塊屋面板寬）。依據(jù)腹桿最大設(shè)計(jì)桿力N-300.87kN，取中間節(jié)點(diǎn)板厚度t10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚t12mm。aB先由非對(duì)稱(chēng)軸選擇截面，假定60，由附

13、表4-2查得0.807（由雙角鋼構(gòu)成的T形和十字形截面均屬b類(lèi)），需要的截面面積：AsN479.0410322f0.8072152761mm27.61cm一般角鋼厚度15mm，屬第一組，故取2f215N/mm。需要的展轉(zhuǎn)半徑為lixsliysx0y150.82.51cm60301.65.03cm60上弦應(yīng)采納兩不等邊角鋼以短邊相連構(gòu)成的T形截面。依據(jù)需要的As、ixs、iys查附表7-5，采納2L1409010（短邊相連）：A42.4cm2，ix2.56cm，iy6.77cm（節(jié)點(diǎn)板厚10mm），150。第4頁(yè)共13頁(yè)驗(yàn)算xsl0 x150.858.9，x0.810ix2.56N479.041

14、032f2故x139215N/mm。xA0.814240N/mm驗(yàn)算對(duì)稱(chēng)軸y的穩(wěn)固承載力：1l0 x0.56301.612.06b/t14/1140.5614ix換算長(zhǎng)細(xì)比ysb1l02yt214301.6212)54，查附表4-2，3.7(14)3.7(152.74150t52.7b1114y0.836；故，yN479.0410322yA0.8364240135N/mmf215N/mm。知足要求。墊板每節(jié)間擱置一塊（知足l1范圍內(nèi)許多于兩塊），ld150.8/275.4cm40i404.47178.8cm（i為4.47cm）。2、下弦cd下弦也不改變截面，采納最大設(shè)計(jì)桿力計(jì)算，N470.78

15、kN，l0 x3000mm，l0y20700/210350mm，需要的凈截面面積為AnN470.7810322f2152190mm21.9cm采納2L1409010（短邊相連）：A42.4cm2，ix2.56cm，iy6.77cm。驗(yàn)算：在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，將位于下弦桿連結(jié)支撐的螺栓孔包在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)，且使栓孔中心到節(jié)點(diǎn)板近端邊沿距離不小于100cm，故截面驗(yàn)算中不考慮栓孔對(duì)截面的削弱，按毛截面驗(yàn)算350）xl0 x300117ix2.56yl0y1035153iy6.77故N470.781032f2A4240111N/mm215N/mm。知足要求。墊板每節(jié)間擱置一塊，ld150cm80i804.473

16、57.6cm（i為4.47cm）。3、端斜桿aBN-300.87kN，l0 x2524mm，l0y2524mm，需要的凈截面面積為AN300.87103221399mm13.99cmnf215第5頁(yè)共13頁(yè)采納2L140908（長(zhǎng)邊相連）：A36.08cm2，ix4.5cm，iy3.62cm，150驗(yàn)算：xl0 x252.4ix4.556b2/t90/811.250.48l0y0.48252.413.5，yl0y252.470b29iy3.62y(11.09b2470(11.099482150，查附表4-2，換算長(zhǎng)細(xì)比ys22)22)l0yt252.40.8y0.675；故，N300.8710

17、31242f2yyA0.6753608N/mm215N/mm。知足要求。設(shè)兩塊墊板，ld84.1cm40i402.59103.6cm（i為2.59cm）。4、斜腹桿dHN46.82kN，l0 x3395mm，l0y3395mm，需要的凈截面面積為AnN46.8210322f215218mm2.18cm采納2L805：A15.82cm2，ix2.48cm，iy3.56cm，150l0 x339.5137驗(yàn)算：x2.48ixb/t80/5160.58l0y0.58339.524.6，yl0y339.595b8iy3.56換算長(zhǎng)細(xì)比ysy(10.475b4950.47584101150，查附表4-2

18、，l02yt2)(1)339.520.52y0.549；故，N46.8210322yyA0.54954N/mmf215N/mm。1582知足要求。設(shè)兩塊墊板，ld84.9cm40i403.56142.4cm（i為3.56cm）。5、豎桿dG0.8l0.828882310mm，l2888mm豎桿不改變截面尺寸，N-38.15kN，l0 x0y采納2L805：A15.82cm2，ix2.48cm，iy3.56cm，150驗(yàn)算：xl0 x23193ix2.48第6頁(yè)共13頁(yè)l0y0.58288.820.9，yl0y288.881b/t80/5160.588iy3.56b換算長(zhǎng)細(xì)比ys0.475b40

19、.47584)89150，查附表4-2，y(1yt)81(10.52l022288.82y0.628；故，N38.151032f2y0.62838N/mm215N/mm。yA1582知足要求。設(shè)兩塊墊板，ld72.2cm40i403.56142.4cm（i為3.56cm）。其他各桿的截面選擇見(jiàn)表。需注意連結(jié)垂直支撐的中央豎桿采納十字形截面，其斜平面計(jì)算長(zhǎng)度為l00.9l，其他腹桿除Aa和Ba外，l0 x0.8l。屋架桿件截面選擇表計(jì)算長(zhǎng)度（cm）展轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比允許穩(wěn)固桿件內(nèi)力截面形式截面面（cm）長(zhǎng)細(xì)計(jì)算應(yīng)力系數(shù)名稱(chēng)（kN）和規(guī)格2）y比2l0 xl0y積（cmiyx（N/mm）ixyzAB-

20、1.14150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.8109010BC-285.53150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.81839010CD-285.53150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.81839010上-429.81150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.81125DE9010弦EF-429.81150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.811259010FG-463.69150.8301.62L14042.

21、42.566.7758.9541500.811359010GH-463.69150.8301.62L14042.42.566.7758.9541500.811359010ab156.4730010352L14042.42.566.77117153350369010bc371.9430010352L14042.42.566.77117153350879010下弦455.7030010352L14042.42.566.77117153350107cd9010de448.0830010352L14042.42.566.771171533501069010aB-291.24252.4252.42L14

22、036.084.53.6256821500.675120908斜桿219.66259.8259.82L14036.084.53.6258841500.66192Bb908第7頁(yè)共13頁(yè)bD-167.13286.2286.22L14036.084.53.6264901500.62175908Dc104.69285.2285.22L14036.084.53.6264901500.62148908cF-59.39312.5312.52L80515.822.483.56126951500.58832Fd-20.94311.5311.52L80515.822.483.56126951500.588322

23、9.17dH-24.70339.5339.52L80515.822.483.561371011500.5495446.82Aa-20.56159.21992L80515.822.483.5664511500.85615Cb-37.69182.3227.92L80515.822.483.5674741500.72633豎-37.31206.6258.32L80515.822.483.5683821500.67535Ec桿-36.93231288.82L80515.822.483.5693891500.62837GdHe-4.57243.23042L80515.822.483.5698921500

24、.6085注：角鋼規(guī)格共3種七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在確立節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸時(shí)，需要斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連結(jié)焊縫的長(zhǎng)度。先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計(jì)算公式為：角鋼肢背所需焊縫長(zhǎng)度l1：l1K1N2hf0.7hf1ffw2角鋼肢尖所需焊縫長(zhǎng)度l2：l2K2N2hf0.7hf2ffw2如腹桿aB，設(shè)計(jì)桿力N300.87kN，設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸各為hf18mm，hf26mm。因aB桿系不等邊，角鋼與長(zhǎng)肢相連，故K10.65，K20.35。則：0.65300.871038125mml10.78160220.35300.87103690mml20.7616022其他腹桿所需焊縫長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。未列入表

25、中的腹桿均因桿力很小，可按結(jié)構(gòu)取f1.5t1.5105，l12fhl8h+1085+1050mm表4腹桿桿端焊縫尺寸設(shè)計(jì)內(nèi)力肢背焊縫肢尖焊縫桿件名稱(chēng)（kN）l1（mm）ht（mm）l2（mm）ht（mm）aB-300.871258906Bb226.931008706bD-172.66808606第8頁(yè)共13頁(yè)Dc108.16558406表中1l、12為取整后數(shù)值1、下弦節(jié)點(diǎn)“b”按表4所列Bb、bD桿所需焊縫長(zhǎng)度，按比率繪制節(jié)點(diǎn)詳圖，進(jìn)而確立節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸（附圖4）。由圖中量出下弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長(zhǎng)度為480mm，焊腳尺寸hf5mm，焊縫承受節(jié)點(diǎn)左、右弦桿的內(nèi)力差NNbc-Nab384.25

26、-161.65222.6kN。驗(yàn)算肢背焊縫的強(qiáng)度：K1N0.75222.61032ww為2)f20.7hflw20.75480251N/mmff(ff160N/mm5知足要求。肢尖的焊縫應(yīng)力更小，定能知足要求。豎桿bC下端應(yīng)伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖和肢背與節(jié)點(diǎn)板滿(mǎn)焊。附圖4：下弦節(jié)點(diǎn)“b”2、上弦節(jié)點(diǎn)“B”按表4所列腹桿Ba、bB所需焊縫長(zhǎng)度，確立節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸，如附圖5所示。量得上弦與節(jié)點(diǎn)板的焊縫長(zhǎng)度為400mm，設(shè)hf5mm，因節(jié)點(diǎn)板伸出上弦肢背15mm，故由弦桿與節(jié)點(diǎn)板的四條焊縫共同承受節(jié)點(diǎn)集中荷載P28.62+10.7139.33kN和弦桿內(nèi)力差NNBC-NAB294.9

27、8-1.18293.8kN的共同作用。忽視P對(duì)焊縫的偏愛(ài)并視其與上弦垂直，則上弦肢背的焊縫應(yīng)力為：第9頁(yè)共13頁(yè)附圖5：上弦節(jié)點(diǎn)“B”22PK1N1.2240.7hflw20.7hflw39.3310320.75293.8103240.75(40025)20.75(40025)1.222ww為281N/mm)ff(ff160N/mm知足要求。因?yàn)橹獾暮缚phf也為5mm，故應(yīng)力更小，定能知足要求。3、下弦中央拼接節(jié)點(diǎn)“e（附圖6）附圖6：下弦中央拼接節(jié)點(diǎn)“e”（1）拼接角鋼計(jì)算因節(jié)點(diǎn)雙側(cè)下弦桿力相等，故用一側(cè)桿力Ned462.91kN計(jì)算。拼接角鋼采納與下弦同樣的截面2L1409010，設(shè)與下

28、弦的焊縫的焊腳尺寸hf8mm，豎直肢應(yīng)切去t+hf+510+8+523mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計(jì)算長(zhǎng)度為：Nef462.91103lww40.78129mm40.7hfff160拼接角鋼需要的長(zhǎng)度為：L2（lw+16）+102（129+16）+10300mm為保證拼接節(jié)點(diǎn)處的剛度取，L500mm。（2）下弦與節(jié)點(diǎn)板的連結(jié)焊縫計(jì)算下弦與節(jié)點(diǎn)板的連結(jié)焊縫按0.15Ned計(jì)算。取焊腳尺寸hf5mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長(zhǎng)度l1、l2分別為：l1K10.15Ned100.750.15462.9110346mm20.7hfffw20.7516010l2K20.15Ned100.2

29、50.15462.9110326mm20.7hfffw20.7516010在附圖6中，節(jié)點(diǎn)板寬度是由連結(jié)豎桿的結(jié)構(gòu)要求所決定的，從圖中量得每條肢背焊縫長(zhǎng)度為155mm，每條肢尖焊縫長(zhǎng)度為120mm，知足要求。4、屋脊節(jié)點(diǎn)“H”（附圖7）（1）拼接角鋼計(jì)算第10頁(yè)共13頁(yè)附圖7：屋脊節(jié)點(diǎn)“H”拼接角鋼采納與上弦同樣的截面2L1409010。設(shè)二者間的焊腳尺寸hf8mm，豎直肢應(yīng)切去t+hf+510+8+523mm。按上弦桿力NGH479.04kN計(jì)算拼接角鋼與上弦的焊縫，節(jié)點(diǎn)每側(cè)每條焊縫需計(jì)算長(zhǎng)度為：NGH479.04103lww40.78134mm40.7hfff160拼接角鋼需要的長(zhǎng)度為：2

30、（lw+16）+102（134+16）+20320mm為保證拼接節(jié)點(diǎn)處的剛度取，L700mm。2）上弦與節(jié)點(diǎn)板間焊縫計(jì)算上弦與節(jié)點(diǎn)間在節(jié)點(diǎn)雙側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點(diǎn)荷載P與雙側(cè)上弦內(nèi)力的協(xié)力。近似地取sintan0.1，該協(xié)力的數(shù)值為：2Nsin-P2479.040.1-39.3356.48kN設(shè)焊腳尺寸hf5mm，每條焊縫所需要長(zhǎng)度為：2NsinP1056.48103l80.71023mm80.7hfffw5160由圖量得焊縫長(zhǎng)度為220mm。知足要求。5、支座節(jié)點(diǎn)“a”（附圖8）（1）底板計(jì)算第11頁(yè)共13頁(yè)附圖8：支座節(jié)點(diǎn)“a”底板承受屋架的支座反力R7P739.33275.31kN，柱采納C20混凝土，混凝土2的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc10N/mm。底板需凈面積An為：AnR275.31103275312fc10mm錨栓直徑d25mm，錨栓孔部署見(jiàn)附圖8，栓孔面積為：22A50402+