24米跨梯形钢屋架设计计算书

附图 1：屋架杆件几何长度及设计内力
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钢 结 构 课 程 设 计
附图 2：屋面支撑布置图(略) 三、荷载和内力计算
1、荷载计算： 二毡三油上铺小石子 找平层（2cm 厚） 泡沫混凝土保温层（8cm 厚） 预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 悬挂管道 屋架和支撑自重
恒载总和 活荷载（或雪荷载） 积灰荷载
屋架杆件截面选用表
表一
容许 杆件端部的 角钢肢背和 肢尖焊缝 （mm） 填板 数
杆 件 名 称
杆 件 号
内力设 计值 N(KN)
计算长度(m)
选用截面
截面积 A(cm )
2
计算应力 （N/mm ）
2
长细 比 [λ ]
l0x
l0y
上 弦 杆 下 弦 杆
A-B D-E
-738.92
301.5
301.5
2L140×10
2
λx =
l 0 x 301.5 = = 69.5 < [λ ] ix 4.34
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λy =
l0 y iy
=
301.5 = 49.8 < [λ ] 6.05
由于
ly b 14 = = 14 < 0.58 = 17.5 t b 1
0.475b 4 l 02y t 2 0.475 × 14 4 = 49.8 × 1 + 301.5 2 × 12 = 59.8 < [λ ] = 150

所以 λ yz = λ y 1 +
0.475b 4 l 02y t 2
yz
0.475 × 6.3 4 = 89.3 × + 1 260 2 × 0.6 2
= 92 < [λ ] = 150
由 λ yz 查 b 类截面的 ϕ
= 0 . 74
σ=
0.35 KN/m2 0.40 KN/m2 0.50 KN/m2 1.40 KN/m2 0.10 KN/m2 （0.12 +0.011L）=0.12+0.011×24=0.384 KN/m2 3.134 KN/m2 0.50 KN/m2 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，只计算 全跨满载时的杆件内力。 节点荷载： 组合一： Fd=(1.2×3.134+1.4×0.4+1.4×0.9×0.75)×6×3.0=94.78KN 组合二： Fd=(1.35×3.134+1.4×0.7×0.4+1.4×0.9×0.75) ×6×3.0=100.22KN 节点荷载取 100.22KN，支座反力 Rd=4Fd=4×100.22=400.9KN
N 100.22 × 10 3 = 135.8 N < f = mm 2 ϕA 0.506 × 14.58 × 10 2
填板放两块
la =
201.5 = 67.1 < 40i = 40 × 1.94 = 77.6cm 3
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 cm ， i x ＝3.84。
2
λx =
l 0 x 302.4 = = 156.7 < [λ ] = 250 ix 1.93
λy =
l0 y iy
=
378 = 129.9 < [λ ] = 250 2.91
N 301.06 × 10 3 σ= = = 206.5 N < f mm 2 A 14.58 × 10 2
填板放两块
la =
2 2 4 2 2 4 4
腹 杆
B-F B-G D-G D-H
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，hf2=6mm， 则所需焊缝长度：
肢背：
l w1
肢尖：
l w1
2 × 301.6 × 10 3 + 16 = 128mm = 3 2 × 0.7 × 8 × 160 1 × 301.6 × 10 3 3 + 12 = 86mm = 2 × 0.7 × 6 × 160
54.7
179.2
150
2
G-H
759.46
600
600
2L180× 110×10 2L63×6 2L63×6 2L100×10 2L180× 110×10 2L63×6 2L80×6 2L80×6
56.8
133.7
250
1
A-F C-G E-H
-50.12 -100.22 46.8 -574.56 301.06 -59.68 -16.84
3、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=-738.92KN，lox=301.5cm，loy=301.5cm (l1 取两块屋面板宽度)。 选用 2L140×10，A=54.7cm ， i x =4.34cm， i y =6.05cm
2
λx =
l 0 x 600 = = 191.7 < [λ ] = 250 ix 3.13
λy = σ=
l0 y iy
=
600 = 70.1 < [λ ] = 250 8.56
N 759.46 × 10 3 = 133.7 N < f = 2 mm 2 A 56.8 × 10 600 = 300 < 80i = 80 × 5.8 = 464cm 2
2
λ0 =
l0 x 288 = = 75 < [λ ] = 150 i0 3.84
③ 杆件 B-F： N=-574.56KN，lox=366.3cm，loy=366.3cm。 选用 2L180 × 110 × 10（长肢相并） ，A=56.8cm ， i x =5.81cm， i y =4.23cm
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用 140mm
用 100mm
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腹杆 C-G 和 D-G 杆件的内力较小，焊缝按构造采用，肢背：hf1=6mm, lw1 取 80mm 肢尖：hf2=6mm, lw2 取 80mm 其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差ΔN=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：
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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 3.0×6m 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 400×400，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-300=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。
= 120.2 < [λ ] = 150
由 λ yz 查表得 ϕ yz = 0.361 （b 类截面）
N 119.36 × 10 3 = σ= = 176 N < f mm 2 ϕ x A 0.361 × 18.8 × 10 2
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填板四块
la =
417 = 83.4 < 40i = 40 × 2.47 = 98.8cm 5
σ=
N 574.56 × 10 3 = 175.6 N < f = mm 2 ϕA 0.576 × 56.8 × 10 2
填板放两块
la =
366.3 = 122.1 < 40i = 40 × 3.13 = 125.2cm 。 3
④ 杆件 B-G： N=301.06KN，lox=302.4cm，loy=378cm。 选用 2L63 × 6，A=14.58cm ， i x =1.93cm， i y =2.91cm
所以 λ yz = λ y 1 +
由 λ yz 查 b 类截面的 ϕ yz = 0.754
σ=
783.92 × 10 3 N = 179.2 N < f = mm 2 ϕA 0.754 × 54.7 × 10 2
填板每节间放一块（满足 l1 范围内不少于两块）
la =
150.8 = 75.4 < 40i = 40 × 4.31 = 172.4cm 2
λy =
l0 y iy
= 3.58 = 116.6 < [λ ] = 150
由于
l 0 y 0.58 × 417.3 b 8 = = 13.3 < 0.58 = = 30.3 ， 故 t 0.6 b 8

λ yz = λ y 1 +
0.475b 4 l 02y t 2
0.475 × 8 4 = 116.6 × + 1 417.3 2 × 0.6 2
1.09 × 6.3 4 = 86.6 × + 1 366.3 2 × 12
1.09b2 4 λ yz = λ y 1 + 2 2 l0 y t
= 96.9 < [λ ] = 150
由 λ yz 查表得 ϕ yz = 0.576 ，
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378 = 126 < 80i = 80 × 1.94 = 155.2cm 。 3
⑤ 杆件 D-G、D-H： N=-119.36KN，lox=333.6cm，loy=417.3cm。 选用 2L80 × 6，A=18.8cm ， i x =2.47cm， i y =3.58cm
2
λx =
l 0 x 333.6 = = 135.1 < [λ ] = 150 ix 2.47
填板每节间放一块
la =
3、腹杆 ① 杆件 A-F、C-G： NAF=-50.2KN，lox=161.2cm，loy=201.5cm ; NCG =100.22KN，lox =208cm，loy =260cm。 由于内力较小，可按长细比选择截面，按内力较大者计算。 选 2L63×6, A=14.58cm ， i x =1.93cm， i y =2.91cm
2
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λy =
l0 y iy
=
260 = 89.3 < [λ ] = 150 2.91
λx =
l 0 x 208 = = 107.8 < [λ ] = 150 i y 1.93
由于
l y 0.58 × 260 b 6.3 = = 10.5 < 0.58 = = 23.9 t 0.6 b 6.3
161.2 208 288 366.3 302.4 333.6 333.6
201.5 260 288 366.3 378 417.3 417.3
14.58 14.58 38.52 56.8 14.58 18.8 18.8
67.9 135.8 1.62 175.6 206.5 176 49.6
150 150 200 150 250 150 150
2
λx =
l 0 x 366.3 = = 63.0 < [λ ] = 150 ix 5.81
λy =
l0 y iy
=
366.3 = 86.6 < [λ ] = 150 4.23
， 故
由于
l 0 y 0.48 × 366.3 b2 11 = = 11 < 0.48 = = 16.0 t b2 1 11
2、下弦 整个下弦也不改变截面，按最大内力计算。 Nmax=759.46KN，lox=600.0cm，loy=600cm ，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 2L180×110×10（短肢相并） ，A=56.8cm ， i x =3.13cm， i y =8.56cm