24m梯形钢屋架设计书

第1页共19页24m跨长梯形钢屋架施工图设计一、设计资料第2页共19页（一）钢材供应及施工队伍装备情况1．钢材有Q235B各种规格热轧型钢及板材供应。2．屋面板有预应力钢筋混凝土大型屋面板供应，其规格为1500*6000与3000*6000（长向尺寸为板的跨向）。3．施工吊装机具齐全，现场施工技术力量及各种配套工种均能满足施工需要。4．场地年最低气温为5摄氏度，年平均气温为20摄氏度。（二）屋架安设及其限制。1．屋架间距为6000mm(柱纵向间距)2．屋架安设在钢筋混凝土柱顶，钢筋混凝土柱顶平面尺寸为400*4003．柱网设置为封闭结合。（三）屋面构造与所用材料及其自重标准值。1．屋面为卷材防水屋面。2．屋面构造由上至下分别为：（1）30厚钢丝网细石混凝土防水保护层，自重25KN/m3()（2）总厚为6mm的两层热粘SBS防水层，自重0.3Kn/m2()（3）30厚1:3水泥砂浆找平层，自重20kN/m3()（4）100厚水泥珍珠岩板保温隔热层，自重3kN/m3()（5）大型预应力钢筋混凝土屋面板（含灌缝），自重2KN/m2()（四）屋盖其他荷载作用及其标准值。1．地震作用不考虑。2．屋盖不设天窗。3．吊车横向刹车力不予考虑。4．屋面风荷载不考虑。5．该场地不属冶金高炉周边。6．屋面雪荷载0.35KN/m2()7．屋面粉修荷载0.5KN/2（）8．初选屋架各杆件时所作屋架及其支撑估重不再予以重复修正考虑。二、屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系缓坡梯形屋架，屋架坡度i=1/10。屋架计算跨度L0=L-300=24000-300=23700㎜。端部高度取H0=1990㎜，屋架在23700㎜的两端高度取第3页共19页2005㎜，中部高度=3190㎜，屋架高跨比1/7.4（在梯形屋架常用跨高比1/10~1/6范围内）。为了使上弦承受节点荷载，结合屋面板(采用1500*6000)的宽度，腹杆体系采用人字式。屋架形状和几何尺寸如图001，屋架跨中起拱50㎜（按L/500考虑）。图001屋架形状和几何尺寸(起拱略)三、支撑布置由于房屋长度只要60m，故仅在房屋两端部开间设置上、下弦横向水平支撑和位于上、下弦横向水平支撑同一开间的屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其它屋架则在屋架两端及跨中分别位于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座为刚性系杆，其余三道为柔性系杆，见图002。第4页共19页图002屋架和支撑布置第5页共19页四、屋架节点荷载（一）荷载计算屋面检修荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.5kN/2m进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式g=(0.12+0.011L)KN/㎡计算，跨度单位为m。由于恒荷载较大，所以按照恒荷载控制计算设计值。（恒荷载分项系数G=1.35，屋面检修荷载或雪荷载分项系数Q=1.4，组合系数=0.7）荷载计算见表1荷载计算及汇总表项次荷载名称计算式标准值(KN/㎡）设计值(KN/㎡)备注130厚钢丝网细石混凝土防水保护层，自重25KN/m325×0.030.751.01沿屋面坡向分布2总厚为6mm的两层热粘SBS防水层，自重0.3Kn/m20.300.41沿屋面坡向分布330厚1:3水泥砂浆找平层，自重20kN/m320×0.030.600.81沿屋面坡向分布4100厚水泥珍珠岩板保温隔热层，自重3kN/m33×0.1.0.300.41沿屋面坡向分布5大型预应力钢筋混凝土屋面板（含灌缝），自重2KN/m222.002.7沿屋面坡向分布6屋架及支撑0.12+0.011×240.380.51沿水平面分布恒荷载总和4.335.857屋面雪荷载0.35KN/m20.34两者之间的取较大值为活荷载8屋面检修荷载0.5KN/㎡0.49活荷载总和0.49表1第6页共19页（二）内力组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：1．全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(5.85+0.49)×1.5×6=57.06KN2．全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：F1=5.85×1.5×6=52.65KN半跨节点可变荷载：F2=0.49×1.5×6=4.41KN3．全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载：全跨节点屋架自重：F3=0.51×1.5×6=4.59KN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=(2.7+0.49)×1.5×6=28.71KN1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。（三）内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图003所示：003-1第7页共19页003-2003-3由图解法或节点法解得F＝1的屋架各杆件的内力系数（F＝1作用于全跨、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表2杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力（kN）全跨①左半跨②右半跨③F×①F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③上弦AB0000.000.000.000.000.000.00BCCD-8.726-6.248-2.478-497.91-486.98-470.35-219.43-111.20-497.91DEEF-13.54-9.02-4.52-772.59-752.66-732.81-321.11-191.92-772.59FGGH-15.267-9.139-6.128-871.14-844.11-830.83-332.46-246.01-871.14HI-14.78-7.371-7.409-843.35-810.67-810.84-279.46-280.55-843.35下弦ac4.7313.4841.247269.95264.45254.59121.7457.52+269.95ce11.5383.53657.90642.33622.62282.60154.27+657.90eg14.6289.3075.321834.67811.21793.63334.35219.91+834.67gi15.1598.4286.731864.97835.29827.81311.55262.83+864.97表2屋架构件内力组合表第8页共19页斜腹杆aB-8.868-6.529-2.339-506.01-495.69-477.22-228.15-107.86-506.01Bc6.8814.7632.118392.63383.29371.63168.3392.39+392.63cD-5.441-3.404-2.037-310.46-301.48-295.45-122.70-83.46-310.46De3.7051.8721.833211.41203.32203.1570.7569.63+211.41eF-2.458-0.678-1.78-140.25-132.40-137.26-30.75-62.39-140.25Fg1.122-0.4221.54464.0257.2165.88-6.9749.48+65.88-6.97gH0.0181.528-1.511.037.69-5.7143.95-43.27+43.95-43.27Hi-1.079-2.4471.368-61.57-67.60-50.78-75.2134.32+34.32-75.21竖杆Aa-0.5-0.50-28.53-28.53-26.33-16.65-2.30-28.53Cc-1-10-57.06-57.06-52.65-33.30-4.59-57.06Ee-1-10-57.06-57.06-52.65-33.30-4.59-57.06Gg-1-10-57.06-57.06-52.65-33.30-4.59-57.06Ii1.9410.9670.974110.75106.46106.4936.6736.87+110.75五、杆件设计除连接垂直支撑的中央竖杆采用双十字形截面外，弦杆和其它腹杆采用双角钢组成的T形截面。按腹杆最大内力NaB=-506.01KN，查屋架节点板厚度参考表（Q235钢），选中间节点板厚度为10㎜，支座节点板厚度为12㎜。（一）上弦杆：整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计：N＝-871.14kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度l0x=150.7㎝在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板能起到一定的支撑作用，取oyl为两块屋面板的宽度l0y=301.4㎝假定=50，查Q235钢的稳定系数表，可得=0.856（双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类），则需要的截面积：A=N/f=871.14×103/（0.856×215）=4733.4㎜2=47.3㎝2图004上弦截面第9页共19页ix=l0x/=150.7/50=3.01㎝，iy=l0y/=301.4/50=6.03㎝。选2∟140×90×12，短肢相拼（图004），A=52.80㎝2，ix=2.536㎝，iy=6.81㎝。截面验算：x=lox/ix=105.7/2.536=41.68[]=150（满足要求）y=loy/iy=301.4/6.81=44.26[]=150（满足要求）对于双角钢T形截面绕对称轴（y轴）应按弯扭曲屈计算换算长细比yz：当b1/t=140/10=140.56l0y/b1=0.56×301.4×10/140=12.06时：yz=y故而max=y,查附表y＝0.935，则=N/minA=871.14×103/(0.935×52.8×100)=176.45N/㎜2f=215N/㎜2（满足要求）（二）下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大内力Ngi=+864.97KN计算,l0x=300㎝，l0y=23700/2=11850㎜=1185㎝。An=N/f=864.97×103/215=4023㎜2=40.23㎝2选2∟140×90×10，短肢相拼，An=44.52㎝2(使连接支撑的螺栓孔位于节点板内的距离=100㎜，故截面验算时不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算)，ix=2.56㎝，iy=6.77㎝。截面验算：x=lox/ix=300/2.56=117.19[]=350（满足要求）y=loy/iy=1185/6.77=175.04[]=350（满足要求）（三）腹杆1．aB杆：NaB=-506.01KN，l0x=l0y=253㎝。选2∟125×80×10，长肢相拼，A=39.424㎝2，ix=3.98㎝，iy=3.31㎝截面验算：x=lox/ix=253/3.98=63.57[]=150（满足要求）y=loy/iy=253/3.31=76.44[]=150（满足要求）b2/t=80/10=80.48l0y/b2=0.48×253×10/80=15.18所以第10页共19页yz=y[1+1.09b24/(l0y2·t2)]=76.44×[1+1.09×84/(2532×12)]=81.77根据max=yz=81.77，查表得=0.676=N/A=506.01×103/(0.676×39.424×100)=189.87N/㎜2f=215N/㎜2（满足要求）2．Bc杆：NBc=+392.63KN，l0x=0.8l=0.8×2611/10=208.88㎝，l0y=l=261.1㎝选2∟70×8，查附表：A=21.33㎝2，ix=2.13㎝，iy=3.30㎝截面验算：=N/An=392.63×103/(21.33×102)=184.07N/㎜2f=215N/㎜2(满足要求)x=lox/ix=208.88/2.13=98.07[]=350（满足要求）y=loy/iy=261.1/3.30=79.12[]=350（满足要求）3．cD杆：NcD=-310.46KN，l0x=0.8l=0.8×2780/10=222.4㎝，l0y=l=278㎝