02-27m钢屋架设计例题30269.pdf

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1、 钢屋架设计例题 、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为 120m，柱距 6m，跨度为 27m。车间内设有两台 中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为20。屋面采用 预应力大型屋面板，屋面坡度为 i=1:10。上铺 120mm 厚泡沫混凝 土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为，雪荷载标准值为，积灰荷载标准值为。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为 400mm400mm，所 用混凝土强度等级为 C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用 Q235AF，其设计强度 f=215kN/,焊条采 用 E43 型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连

2、接用 M20 普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=270002150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图 1 所示。图 1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图 2 所示。符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）图 2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）找平层（20mm 厚水泥砂浆）20=保温层（120mm

3、厚泡沫混凝土）*6=预应力混凝土大型屋面板 钢屋架和支撑自重+27=管道设备自重 kN/总计 可变荷载标准值 雪荷载 积灰荷载 总计 永久荷载设计值=kN/（由可变荷载控制）可变荷载设计值=2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一 全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=+6=kN 组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=6=kN P=6=kN 组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 屋架上弦节点荷载 3.内力计算 P=6=kN P=+6=kN 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表 1。由表内三种组合可见：

4、组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜 腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而 不用组合三。屋架杆件内力组合表 表 1 杆件名称 全跨 左半跨 右半跨 P P1P1P3P3计算内力(KN)AB BCD DE EFG GHIJ a-b b-c c-d d-e Aa Ba Bb Cb Db Dc Ec E1 c1 F1 G1 Gd Hd H2 I2 J2d Je 注：表内负责表示压力；正值表示拉力 图 3 屋架接点图 四、杆件截面设计 腹杆最大内力，N=，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取 14mm；其余节点板与垫板厚度取 1

5、2mm。1.上弦杆 整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=计算长度：屋架平面内取节间轴线长度 l=屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平 支撑的节间长度：l=3000cm 因为 l l，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 4 图 4 上弦截面 设 =60，查轴心受力稳定系数表，=需要截面积 A=N.f=10 =6440 mm 215 需要回转半径 i=l 1508=cm il=60 3000=cm 60 i 根据需要的 A、i、查角钢型钢表，初选 2 L 160 100 14，A=6940 mm，i =，i=。按所选角钢进行验算=l=150 i

6、 =l=300=38=150 i 由于 b/t 160/14 b 3000/160 l 则：b(1 )16(1300 )=150 t 16 由于，只需求出 ，查轴心受力稳定系数表，N A 6940=192N/mm 215 N/mm 所选截面合适。2.下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 l=4500mm 屋架平面外根据支撑布置取 l=13350mm 计算需要净截面面积 A=N 10=mm f 215 选用 2 L140 90 14（短肢相并），见图 5。A=6940 mm，图 5 下弦截面 i=，i=。按所选角钢进行截面验算，取 AA（若螺栓

7、孔中心至节点板边缘距离大于 100mm，则可不计截面削弱影响）N 10 A6100=N/mm215 N/mm=l i 450=250 =l1335 =350 所选截面满足要求。i 3.端斜杆 Ba 已知 N，l l 因为 l l，故采用等肢角钢，使 i i选用角钢 2 L 100 12,见图 6 A4560 mm 图 6 端斜杆 Ba，i，i 截面刚度和稳定验算=l=150 i =l=150 i l 由于 b/t 10/b /10=(1)(110 )N A 10 4560 205N/mm215 N/mm 所选截面满足要求。填板放两块，a=cm40 i=40=cm 4.斜杆 Bb 已知 N=计算

8、长度：屋架平面内取节点间轴线长度 l=l=2622=屋架平面外根据支撑布置取 l=2622mm 选用 2 L100 6，见图 7。图 7 斜杆 Bb A=2386 mm，i=，i=。N 10 A 2368 =N/mm 215 N/mm=l i =350 =l =350 所选截面满足要求。i 填板放两块，a=80 i=80=248cm 5.再分腹杆 c1G NN=，NN=，1=4174 mm 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 l=l=2087=屋架平面外根据支撑布置取 l=1（+N）=4174（+）=4396mm N 选用 2 L100 6，见图 8。l 腹杆 c1G 图 9 中竖杆 Je

9、图 8 再分 A=2386 mm，i=，i=。=l i =350 =l 99 =350 i 由于 b/t 10/b /10=(1)99(110)N A 10 2386 mm215 N/mm所选截面满足要求 填板放两块，a=40 i=40=124cm 6.中竖杆 Je 已知 N0，l 335 中间竖杆选用 2 L75 6 的角钢，并采用十字形截面，见图 9 A=cm,i cm,li =150 所选截面满足要求 填板放五块，a=40 i=40=98cm 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表 2 杆件 名称 内力 设计值 N 计算长度（cm）选用截面 截面积 A（cm）回转半径（cm）计算

10、应力（N/mm）填板(块)l l i i 上弦杆 300 短肢相并 2L160*100*14 150 -192 2（3）下弦杆 450 1335 短肢相并 2L140*90*14 61 350/1（2）Aa T 型截面 2L50*5 150 2 Ba T 型截面 2L100*12 150 -205 2 Bb T 型截面 2L100*6 350/2 Cb 184 230 T 型截面 2L50*5 150 2 Db T 型截面 2L100*12 150 2 Dc T 型截面 2L75*6 350/2 Ec 208 260 T 型截面 2L75*6 150 2 E1 189 T 型截面 2L50*5

11、 350/1 F1 104 130 T 型截面 2L50*5 68 150 1 c1 T 型截面 2L100*6 150 2 G1 Gd T 型截面 2L75*6 113 150/2 250 2 Hd 244 305 T 型截面 2L75*6 105 150 2 H2 T 型截面 2L50*5 150 2 I2 T 型截面 2L50*5 150 1 J2-d2 T 型截面 2L75*6 350/2 150 2 Je 十字型截面 2L75*6 i=i=150/2 9 五、节点设计 用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 各杆件内力由表 2 查得，最小焊缝长度不应小于 8h 1.下

12、弦节点 b 见图 10 f 160N/mm 图 10 下弦节点 b （1）斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算：N=设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为：2 10 肢背：l 3 2 6 160 1 10+12=，取 l270mm 肢尖：l 3 2 5 160+10=158mm，取 l 170mm（2）斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算：N=设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm。所需焊缝长度为 2 10 肢背：l3 2 6 160 1 10+12=，取 l250mm 肢尖：l 3 2 5160+10=，取 l 150mm（3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：N

13、=因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 h=5mm 焊缝长度 l40mm，取 l=60mm （4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 N=，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm，所需焊缝长度为：2 10 肢背：肢尖：l l3 2 6 160 1 10 3+12=260，取 l300mm +12=136，取 l 150mm 2 6 160 （5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图 11 所示 图 11 节点板 b 尺寸 图 12 上弦节点 B 2.上弦节点 B （1）斜杆 Bb 与节

14、点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同。（2）斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，N=。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为 2 10 肢背：肢尖：l l3 2 10 160 1 10 3+20=，取 l200mm +12=，取 l 180mm 2 6 160 （3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边 缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。假定集中荷载 P 由槽焊缝承受，P=，焊脚尺寸为 5mm

15、所需槽焊缝长度为:lP 2 h f +10=10 2 5160+10=,取 l=65mm 上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差 N=偏心距 e=设肢尖焊脚尺寸 8mm，设需焊缝长度为 480mm，则 W N 2hl 10 2 8(480 16)/mm M o 6 10 2 8(480 16)/mm o ()()()/mm160N/mm （4）节点板尺寸：方法同前，如图 13 所示 图 13 节点板 B 尺寸 3.屋脊节点 J 见图 14 图 14 屋脊节点 J （1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角 钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切

16、肢、切棱。拼接角钢的这 部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。N=，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为 l N 16 10 16 327.8 mm，取 l =375mm 4 h f 2 8 160 拼接角钢长度取 2 375+50800mm（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算。N=15%，设焊 脚尺寸为 8mm，弦杆一侧焊缝长度为 250 mm，W N 10 64N/mm 2h l2 8(250 16)M o 6 10 2 8(250 16)/mm o ()()(

17、)64/mm160N/mm （3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=0kN 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 h=5mm 焊缝长度 l40mm，取 l=60mm（4）斜杆 J2 与节点板连接焊缝的计算 N=，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm，所需焊缝长度为：2 10 肢背：l3 2 6 160 1 10 12 ，取 l=100 mm 肢尖：l 3 2 5160 10 50mm，取焊缝长度 l=60mm（4）节点板尺寸：方法同前，如图 15 所示 图 15 节点板 J 尺寸 4.下弦跨中节点 e 见图 16 图 16 下弦跨中节点 e （1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计

18、算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力 N=设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm，则需焊缝长度为 l N 16 10 16 ，取 l =300mm 4 h f 2 8160 拼接角钢长度不小于 2 300+12=612mm（2）弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。N 15%设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为 2 10 肢背：l 3 2 6 160 12 ，取 l=90mm 肢尖 l 1 10 3 2 6 160 12 ：，按构造要求，取焊缝长度 l 48mm，取 l=60mm（4）节点板尺寸：方法同前，如图 17 所示 图 17 节点板 e 尺寸 5.端部支座节点

19、 a 图 18 支座节点 a （1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为 160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同 端部节点板为 14mm。6 /215 支座底板计算：支座反力 R 2/2 取加劲肋的宽度为 80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为 280mm 400mm，偏 安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为 A 280(2 80 12)59920mm 验算柱顶混凝土的抗压强度：o R A 10 59920 /mmf /mm(满足)底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋

20、将底板分为四块，每块板为两边支 承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 M 式中-底板下的平均应力，=mm -两边支承对角线长，=(140 14/2)100 -系数，由 b/决定。b为两边支承的焦点到对角线 的垂直距离。由相似三角形 的关系，得 b140 100 =b/=，查表得 M=N mm 底板厚度 6M/f =,取 t=25mm （2）加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的 1/4，则焊缝受力 V 10 4 13810N M Ve 13810 设焊缝尺寸为 6mm，焊缝长度 210mm，N 13810 /mm 2hl 2 6(210 16)

21、M 6 10 /mm W 2 6(200 16)o ()()/mm160N/mm 加劲肋高度不小于 210mm 即可（3）节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力 R=(6 10 1381 2 6)2 6)节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度:l2(300 16)4(100 16 20)824mm 设焊缝尺寸 8mm，验算焊缝应力 R o 10 /mm，满足要求 hl 8 824（4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算：竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=，焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸 h 5mm，焊缝长度 l40mm。斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，同上 肢背：l =170mm，肢尖：l 140mm 下弦杆与节点板连接焊缝计算：N=，设焊缝尺寸 8mm，需要焊缝长度为 2 10 3 肢背：l肢尖：l 2 6 160 1 10 3 2 6 160 12 ，取 l=140mm 12 ，l 80mm 六、施工图（略）