梯形屋架设计24米

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。 附图1：屋架杆件几何长度及设计内力附图2：屋面支撑布置图三、荷载和内力计算1、荷载计算：二毡三油上铺小石子 0.35 KN/m2 找平层（2cm厚） 0.40 KN/m2 泡沫混凝土保温层（8cm厚） 0.50 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 1.40 KN/m2 悬挂管道 0.10 KN/m2 屋架和支撑自重 （0.12 +0.011L）=0.12+0.011×24=0.384 KN/m2 恒载总和 3.134 KN/m2 活荷载（或雪荷载） 0.50 KN/m2 积灰荷载 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=400.9KN3、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=54.7cm2，=4.34cm，=6.05cm由于所以由查b类截面的填板每节间放一块（满足范围内不少于两块）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=56.8cm2，=3.13cm，=8.56cm填板每节间放一块3、腹杆 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=14.58cm2，=1.93cm，=2.91cm 由于所以由查b类截面的填板放两块 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 =0.9320=288cm选用2L10010 , A=38.52 cm2，3.84。 杆件B-F：N=-574.56KN，lox=366.3cm，loy=366.3cm。选用2L18011010（长肢相并），A=56.8cm2，=5.81cm，=4.23cm由于 ， 故由查表得，填板放两块。 杆件B-G：N=301.06KN，lox=302.4cm，loy=378cm。选用2L636，A=14.58cm2，=1.93cm，=2.91cm填板放两块。 杆件D-G、D-H：N=-119.36KN，lox=333.6cm，loy=417.3cm。选用2L806，A=18.8cm2，=2.47cm，=3.58cm由于 ， 故由查表得（b类截面）填板四块屋架杆件截面选用表 表一杆 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(cm2)计算应力（N/mm2）容许长细比杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数l0xl0y上弦杆A-BD-E-738.92301.5301.52L140×1054.7179.21502下弦杆G-H759.466006002L180×110×1056.8133.72501腹杆A-F-50.12161.2201.52L63×614.5867.91502C-G-100.222082602L63×614.58135.81502E-H46.82882882L100×1038.521.622004B-F-574.56366.3366.32L180×110×1056.8175.61502B-G301.06302.43782L63×614.58206.52502D-G-59.68333.6417.32L80×618.81761504D-H-16.84333.6417.32L80×618.849.61504五、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： 用140mm肢尖： 用100mm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N=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：附图3 下弦“G”节点 2、上弦“B”节点（见附图4）同样先计算腹杆B-F、B-G的杆端焊缝，方法同上。由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为81cm。现验算上弦与节点板的连接焊缝：节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载F=100.22KN，hf=t/2=4mm，lw1=81-0.8=80.2cm肢尖焊缝承担弦杆内力差N=NBC-NAB=676.98-0=676.98KN，偏心距e=10-2.8=7.2cm，偏心力矩M=N·e=676.98×7.2=4874KN·cm，采用hf2=10mm，lw2=81-2=79cm，则对N： 对M： 附图4 上弦“B”节点3、屋脊“E”节点（附图5）计算腹杆与节点板的连接焊缝： E-H杆件内力较小，按构造设置焊缝，即取hf1=6mm，hf2=6mm, lw1 =80mm, lw2 =80mm。验算弦杆和节点板的连接焊缝：由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为 40cm。节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，节点竖向集中荷载, hf =t/2=4mm，lw1 =40-0.8cm。 肢尖焊缝内力差N=0,可按构造要求设置焊缝。拼接计算：拼接角钢采用与弦杆截面相同的2L100×12，焊脚尺寸hf取8mm，则拼接角钢除到角外，竖肢需切去 =t+hf+5=12+8=5=25mm，按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度为拼接角钢总长度为取拼接角钢长度为600mm。 附图5 屋脊节点“E”4、支座节点“F”（附图6）、腹杆杆端焊缝计： B-F杆由前面计算结果取肢背及肢尖角焊缝尺寸分别为：hf1=8mm，hf2=6mm, lw1 =220mm, lw2 =170mm。 A-F杆件内力较小，按构造设置焊缝，即肢背及肢尖角焊缝尺寸均为6mm，焊缝长度为lw=80mm。验算弦杆焊缝：由腹杆焊缝决定的节点板尺寸，实际量得节点板长度为42 cm。肢背及肢尖焊角尺寸均取为8mm，则计算长度lw1 = 42-1.6=40.4cm。肢背焊缝应力为： 、底板计算支反力Rd=400.9KN，fc=10N/mm2，所需底板净面积：取锚栓直径d=24mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积为：按构造要求采用底板面积为