人字形屋架.docx

简支人字形屋架设计
1. 设计资料
厂房跨度为39m，长度为108m，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=1/15，采用轧制H型钢檩条，水平间距自定(本设计取为6.5m)，基本风压W0=0.5kN/m2，屋面离地距离为20m，不考虑雪荷载。房屋有悬吊管道，重量按0.06kN/m2考虑。钢材采用Q235B，焊条采用E43型，混凝土标号为C20。
2 屋架尺寸，支撑布置
屋架计算跨度L0=L－300=38700mm，端部及中部高度均取作2500mm。屋架杆件几何长度见8－41，支撑布置见下图。

3、荷载、内力计算及内力组合
（1）永久荷载（水平投影面）
压型钢板 0.15×=0.151kN/m2
檩条 0.077kN/m2
屋架及支撑 0.39kN/m
0.618kN/m2
(2)屋面均布活荷载或雪荷载(水平投影面)0.30kN/m2
(3)风荷载：风荷载高度变化系数为1.25，屋面迎风面的体形系数为－0.6，背风面为－0.5，所以负风压的设计值（垂直于屋面）为
迎风面：
背风面：
和垂直水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载，故将拉杆的长细比依然控制在350以内。
（4）上弦节点集中荷载的设计值为
Q=（1.2×0.618+1.4×0.30）×6.5×12=90.6kN
（5）内力计算
跨度中央每侧各二根腹杆按压杆控制其长细比，不考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。
因杆件较少，以数解法（截面法、节点法）求出各杆件内力见图。
4、杆件截面选择
腹杆最大内力N=-383.77kN，查表8-4，选用中间节点板厚度t=10mm，支座节点板厚度t=12mm。
（a）上弦
整个上弦不改变截面，按量大内力计算。Nmax=1003.35kN，lx=ly=651.4cm。选用TM250×300×11×18，A=82.23cm2，ix=6.64cm，iy=7.03cm，z0=4.65cm。

其中：

i02=e02+ix2+iy2=14.06+6.642+7.032=291.19cm2
It=×[25-1.8]×1.13+30×1.83]=78.9cm4
Iω=0
λz2=i02A/(It/25.7+Iω/lω2)=291.19×82.23/(78.9/25.7)=73573.3
λyz=
=286.64
由λx查得=0.568(b类)
＜f=215N/mm2
（2）下弦
下弦也不改变截面,按最大内力计算。
。

选用TW175×350×10×16
A=73.00cm2
ix=4.11cm
iy=8.78cm
z0=2.67cm

（3）斜腹杆
①杆件a-2：N=+359.86kN，。
选用

填板放两块，=167.5cm<80i=80×2.33=186.4cm。
②杆件b-2:N=-383.77kN,
选用

（b类）

填板放两块，=112.1cm≈40i=40×3.88=155.2cm
③杆件b-3:N=＋215.91kN,
选用

填板放两块，=101.7cm< 80i=80×1.93=154.4cm。
其余杆件截面见表8-6。需要注意的是连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度。
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［λ］
杆件端部的角钢肢背和肢尖焊 缝(mm)
填板数
lox
loy
上弦杆
a-b
-192.1
6.514
6.514
TM250×300
×11×18

82.23
194.8
150
-
-
b-c
-767.27
c-d
-1003.35
下弦杆
1-2
0
6.514
19.500
　TW175×350
　　×10×16
36.00
145.53
350
-
-
2-3
590.21
3-4
944.33
4-5
1062.37

斜腹杆
a-2
359.86
3.972
3.972
2L75×50×10
23.2
155
350
6-140
5-90
2
b-2
-383.77
0.8×4.236
=3.3888
4.236
2L125×8
39.4
173.6
150
6-150
5-100
2
b-3
215.91
0.8×3.972
=3.178
3.972
2L63×6
14.58
148.1
350
6-90
5-60
2
c-3
-230.26
0.8×4.236
=3.3888
4.236
2L110×7
30.4
135.4
150
6-100
5-60
3
c-4
71.97
0.8×3.972
=3.178
3.972
2L70×6
16.32
44.1
150
6-60
5-60
3
d-4
-76.76
0.8×4.236
=3.3888
4.236
2L70×6
16.32
84.6
150
6-60
5-60
3
竖腹杆
d-5
141.34
0.9×2.500=2.250
2L50×5
9.60
147.23
200
6-90
5-60
4
5、节点设计
由于上弦杆腹板厚度11mm，下弦杆腹板厚度10mm，故支座节点和中间节点的节点板厚度均取为10mm。
（1）下弦节点“2”（图8-43）
验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差ΔN=590.21kN，偏心距e=175-20=155mm，偏心弯距M=ΔN·e=590.21×0.155=91.48kN·m。由斜腹杆焊缝决定的节点板，量得实际长度为76.0cm。
焊缝计算长度：lω=76.0-1.0=75.0cm。
节点板厚10，下弦杆腹板厚10，取焊缝t=10。
对ΔN：＜fv=125N/mm2
对M：＜f=215N/mm2
（2）上弦节点“b”（图8-44）
此上弦节点连接b-2和b-3两根腹杆，经计算，b-2杆端焊缝为：肢背6-150，肢尖5-100。而b-3杆端焊缝为：肢背6-90，肢尖5-60.由于上弦杆腹板较宽，经用大样图核实，此节点可以将腹杆直接焊在腹板上，而不必另加节点板。
（3）屋脊节点“d”（图8-45）
腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆的拼接采用水平盖板和竖向拼接板连接，水平盖板（宽340mm，厚16mm）和竖向拼接板（宽120mm，厚10mm）与T字钢弦杆的翼缘和腹板等强度连接，计算如下：
翼缘焊缝（采用）：

水平盖板长：

腹板焊缝（采用）：

竖向拼接板的内侧不能焊接，将其端部切斜以便施焊，竖向拼接板长L=500mm，其端部和外侧纵焊缝已超过需要的焊缝长度。
（4）支座节点“a”
弦杆与支座节点板的对接焊缝计算，此焊缝承受：

剪应力：

正应力：

现计算底板及加劲肋等。
底板计算：
支反力，，所需要的板面积：

锚栓直径取d=24mm，锚栓孔直径为50mm，则需要底板面积：

采用底板面积，锚栓底板采用-100×100×20，孔径26mm，底板实际应力：

，查表得，则：

所需底板厚度：

按构造取t=20mm。底板尺寸为-280×280×20。
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、厚度取与支座节点相同，断面为-316×135×10。采用hf=6mm，验算焊缝应力，焊缝计算长度lw=316-2×20-2×6=264mm。
对V

对M

节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算：
取hf=6mm，实际的焊缝总长度：

焊缝设计应力：