21m跨径简支梯形钢屋架设计有檩.docx

目录
1.设计资料 1
2.屋架形式及几何尺寸 1
3.支撑布置 1
4.荷载和内力计算 2
4.1荷载计算 2
4.1.1永久荷载（水平投影面） 2
4.1.2可变荷载 2
4.2荷载组合 3
4.3内力计算 3
5.杆件截面选择及验算 5
5.1上弦杆件截面 5
5.2下弦杆件截面 6
5.3斜腹杆件截面 6
5.4竖直杆件截面 10
6.典型节点设计 11
6.1下弦节点“b” 11
6.2上弦节点“B” 12
6.3屋脊节点“K” 14
6.4支座节点“a” 14
7.参考文献 17
8.结束语 17

21m跨径简支梯形钢屋架设计（有檁）
1.设计资料
厂房跨度为21m，长度为96m，柱距为12m，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度为i=1/12，采用轧制H型钢檩条，水平间距自定，基本风压位w0=0.5 KN/m2,屋面离地面高度为20m，雪荷载为s0=0.4 KN/m2，不考虑风压。钢材采用Q235B，焊条采用E43型，混凝土标号为C20。
2.屋架形式及几何尺寸
该屋架为有檁屋盖方案，i=1/12，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度，端部高度取，中部高度2863mm，屋架杆件几何长度如图2.1所示。

3.支撑布置
支撑布置如图3.1所示

4.荷载和内力计算
4.1荷载计算
4.1.1永久荷载（水平投影面）
压型钢板 檩条（约0.5 KN/m，水平间为1.5m）
屋架及支撑自重
恒载总和
4.1.2可变荷载
（1）因屋架受荷水平投影面积超过60m2，故屋面均布活荷载取为（水平投影面），小于雪荷载，故活荷载取为。
（2）风荷载：风荷载高度变化系数为1.25，屋面迎风的体形系数为-0.6，被风面为-0.5，所以负风压的设计值（垂直与屋面）为
迎风面：
背风面：
和垂直与水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载。故将拉杆的长细比控制在350以内。
4.2荷载组合
跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，只计算全跨满载时的杆件内力。
节点荷载设计值：
（1） 按可变荷载效应控制的组合：

其中永久荷载分项系数,屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数。
（2） 按永久荷载效应控制的组合

其中，永久荷载分项系数,屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数，
组合系数。
故节点荷载取为,支座反力。
4.3内力计算
屋架在上述荷载组合作用的计算图4.3.1所示，用软件求得在F=28.6作用下屋架各杆的内力入图4.3.2所示。

内力计算
杆端内力值 ( 乘子 = 1)

杆端 1 杆端 2
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
1 118.800000 0.00000000 0.00000000 118.800000 0.00000000 0.00000000
2 287.815873 0.00000000 0.00000000 287.815873 0.00000000 0.00000000
3 358.800000 0.00000000 0.00000000 358.800000 0.00000000 0.00000000
4 357.437554 0.00000000 0.00000000 357.437554 0.00000000 0.00000000
5 358.800000 0.00000000 0.00000000 358.800000 0.00000000 0.00000000
6 287.815873 0.00000000 0.00000000 287.815873 0.00000000 0.00000000
7 118.800000 0.00000000 0.00000000 118.800000 0.00000000 0.00000000
8 -14.3000000 0.00000000 0.00000000 -14.3000000 0.00000000 0.00000000
9 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
10 -218.369945 0.00000000 0.00000000 -218.369945 0.00000000 0.00000000
11 -218.369945 0.00000000 0.00000000 -218.369945 0.00000000 0.00000000
12 -334.871299 0.00000000 0.00000000 -334.871299 0.00000000 0.00000000
13 -334.871299 0.00000000 0.00000000 -334.871299 0.00000000 0.00000000
14 -367.191656 0.00000000 0.00000000 -367.191656 0.00000000 0.00000000
15 -367.191656 0.00000000 0.00000000 -367.191656 0.00000000 0.00000000
16 -367.191656 0.00000000 0.00000000 -367.191656 0.00000000 0.00000000
17 -367.191656 0.00000000 0.00000000 -367.191656 0.00000000 0.00000000
18 -334.871299 0.00000000 0.00000000 -334.871299 0.00000000 0.00000000
19 -334.871299 0.00000000 0.00000000 -334.871299 0.00000000 0.00000000
20 -218.369945 0.00000000 0.00000000 -218.369945 0.00000000 0.00000000
21 -218.369945 0.00000000 0.00000000 -218.369945 0.00000000 0.00000000
22 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
23 -14.3000000 0.00000000 0.00000000 -14.3000000 0.00000000 0.00000000
24 -220.617882 0.00000000 0.00000000 -220.617882 0.00000000 0.00000000
25 170.679610 0.00000000 0.00000000 170.679610 0.00000000 0.00000000
26 -28.6000000 0.00000000 0.00000000 -28.6000000 0.00000000 0.00000000
27 -130.968591 0.00000000 0.00000000 -130.968591 0.00000000 0.00000000
28 85.6306028 0.00000000 0.00000000 85.6306028 0.00000000 0.00000000
29 -28.6000000 0.00000000 0.00000000 -28.6000000 0.00000000 0.00000000
30 -50.3798995 0.00000000 0.00000000 -50.3798995 0.00000000 0.00000000
31 14.3059360 0.00000000 0.00000000 14.3059360 0.00000000 0.00000000
32 -28.6000000 0.00000000 0.00000000 -28.6000000 0.00000000 0.00000000
33 18.2822477 0.00000000 0.00000000 18.2822477 0.00000000 0.00000000
34 18.2822477 0.00000000 0.00000000 18.2822477 0.00000000 0.00000000
35 -28.6000000 0.00000000 0.00000000 -28.6000000 0.00000000 0.00000000
36 14.3059360 0.00000000 0.00000000 14.3059360 0.00000000 0.00000000
37 -50.3798995 0.00000000 0.00000000 -50.3798995 0.00000000 0.00000000
38 -28.6000000 0.00000000 0.00000000 -28.6000000 0.00000000 0.00000000
39 85.6306028 0.00000000 0.00000000 85.6306028 0.00000000 0.00000000
40 -130.968591 0.00000000 0.00000000 -130.968591 0.00000000 0.00000000
41 -28.6000000 0.00000000 0.00000000 -28.6000000 0.00000000 0.00000000
42 170.679610 0.00000000 0.00000000 170.679610 0.00000000 0.00000000
43 -220.617882 0.00000000 0.00000000 -220.617882 0.00000000 0.00000000
5.杆件截面选择及验算
腹杆最大内力为-220.7KN，查表可知，选用中间节点板厚度为t=8mm。支座节点板厚度10mm。
5.1上弦杆件截面
整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算

选用 （如图5.1.1所示）
(b类)
双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比。
因为 故有

则有，故（b类）

填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块），

5.2下弦杆件截面
下弦也不改变截面，按最大内力计算
，链接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘距离为100mm，可不考虑螺栓孔的削弱
选用（短肢相并如图5.2.1所示）

填板每个节间放一块 。

5.3斜腹杆件截面
（1）杆件B-a
选用(长肢相并如图5.3.1所示)
，，

故长肢相并的不等边双角钢截面的绕对称轴的换算长细比为

故 则有（b类）

（2）杆件B-b
选用（截面如图5.3.2所示）

则
填板放置2块

（3）杆件D-b
选用（截面如图5.3.3所示）

则
故由 查表可知 （b类）
则
填板取3块

（4）杆件D-c 选用(截面如图5.3.4所示)

则
填板取2块

（5）杆件F-c
选用(截面如图5.3.5所示)

则
故有 可知（b类）
则
填板取3块

（6）杆件F-d
由于内力不大故取(截面如图5.3.4所示)
则

填板取3块
（7）杆件H-d 内力不大，按受压杆长细比控制截面（跨中腹杆在半跨荷载作用下，内力变号），
选择(截面如图5.3.6所示)

填板取3块

5.4竖直杆件截面
（1）杆件A-a
内力较小，按选择截面。

选择(截面如图5.4.1所示)

填板取3块，

（2）杆件C-b，E-c，G-d， ,内力不大，故均按选择截面
对于C-b杆
选择(截面如图5.3.4所示)
填板取4块，
对于E-c杆
选择(截面如图5.4.1所示)
填板取3块， ，略大于 实际可取。
对于G-d杆
选择(截面如图5.4.1所示)

（3）杆件H-e 内力为0，按选择截面

选用(截面如图5.3.5所示)
填板取3块，。
全部杆件截面选取见表1所示，连接垂直支撑的中央竖向杆采用十字形截面，其计算长度为，其他腹杆除A-a,B-a外。
6.典型节点设计
6.1下弦节点“b”
腹杆与节点板的连接焊缝计算。
对于B-b杆 设肢背，肢尖。
则所需焊缝长度为（考虑起弧灭弧缺陷）
肢背： 取100mm
肢尖： 取70mm
对于D-b杆 设肢背，肢尖。
则所需焊缝长度为（考虑起弧灭弧缺陷）
肢背： 取80mm
肢尖： 取50mm
对于C-b杆，由于内力较小，焊缝长度按照构造要求采用，故设设肢背，肢尖，则由构造要求可知：
肢背： 取60mm
肢尖： 取50mm
故由腹杆焊缝长度可估算出节点板的尺寸如图6.1.1所示

验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差
设下弦板肢背，下弦杆与节点板的焊缝长度为250-16=234mm，故肢背焊缝应力为
6.2上弦节点“B”
腹杆与节点板的连接焊缝计算。
对于B-a杆 设肢背，肢尖。
则所需焊缝长度为（考虑起弧灭弧缺陷）
肢背： 取130mm
肢尖： 取70mm
对于B-b杆 设肢背，肢尖。
则所需焊缝长度为（考虑起弧灭弧缺陷）
肢背： 取100mm
肢尖： 取70mm
故由腹杆焊缝长度可估算出节点板的尺寸如图6.2.1所示

验算上弦杆与节点板焊缝，节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载, ，故有

肢尖焊缝承担弦杆内力差,偏心距，偏心力矩，采用
则 对:

对M有：

故焊缝强度为:

6.3屋脊节点“K”
由于斜腹杆内力较小，则腹板焊缝尺寸由构造确定，设肢尖，肢背，则由最小焊缝长度要求可知，。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求确定焊缝尺寸，不进行计算，则估算节点板尺寸如图6.3.1所示。
拼接计算：拼接角钢采用与上弦杆相同截面，竖肢需切去，取25mm，并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（设）

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260mm。

6.4支座节点“a”
（1）杆端焊缝计算
由于竖直杆内力较小，故按构造要求确定其焊缝长度，对于斜腹杆设肢背，肢尖。
则 取100mm
取70mm
对于下弦杆设肢背，肢尖。
则 取65mm
取50mm
（2）底板计算：支反力,混凝土强度，所需底板净面积。锚栓孔直径取为50mm。则所需底板毛面积为

按构造要求采用底板面积为，垫板采用，孔径26mm，实际底板面积为

底板实际应力为:

由于，则查表可知，故有

所需底板厚度，取，故底板尺寸为。
（3）加劲肋与节点板连接焊缝计算
一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为, ，加劲肋高度，厚度与中间的节点板相同即（），采用，验算焊缝应力：
对：
对:
则焊缝所受到的应力为:

(4)节点板，加劲肋与底板连接焊缝采用，实际焊缝总长度。则焊缝设计应力为：

7.参考文献
（1）戴国欣主编.钢结构（第三版）.武汉：武汉理工大学出版社，2007
（2）钢结构设计规范（GB50017-2003）
8.结束语