1、一、設計資料1、題號25的已知條件：梯形鋼屋架跨度 21m長度60m柱距6m冬季最低溫度 為20 C,地震設計烈度為8度，設計基本地震加速度為0.2g。采用1.5mX 6m預應力 混凝土大型屋面板，80mnd厚泡沫混凝土保溫層，卷材屋面，屋面坡度 i= 1/16。屋面活 荷載標準值為0.7 kN/m2，雪荷載標準值為0.75 kN/m2,基本風壓0.6 kN/,積灰荷載標準 值為0.6 kN/m2。屋架鉸支在鋼筋混凝土柱上，上柱截面為 400 mnX 400 mm混凝土標 號為C2O鋼材采用Q235B級，焊條采用E43型。2、屋架計算跨度：l°=21m-2X 0.15m=20.7m。

2、3、跨中及端部高度：設計為無檁體系方案，由于烏魯木齊市的年降水量很少，采用緩坡梯形屋架，取屋架在21mtt線處的端部高度h°'=1.944m，屋架中間高度h=2.600m（取為10/8 ），則屋架在20.7m處，兩端的高度為ho=1.953m。屋架跨中起拱按l0/500考慮，取50mm二、結構形式與布置根據廠房長度（60m< 60m）、跨度及荷載情況，設置兩道上下弦橫向水平支撐< 柱網采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間。在上弦平面設置剛性系桿 與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩定，在各柱間下弦平面的跨中及端部設置了柔性系桿，以傳遞山墻風荷載。在設置橫

3、向水平支撐的柱間。由于l=21m<30m，故在跨度中央設置一道垂直支撐。梯形鋼屋架支撐布置圖如圖2所示。圖 2( a)圖 2(b)圖2梯形鋼屋架支撐布置（a）桁架上弦支撐布置圖；（b）桁架下弦支撐圖；（c）垂直支撐1 1SC上弦支撐；XC 下弦支撐；CC 垂直支撐；GG剛性系桿；LG 柔性系桿三、荷載計算考慮到屋面活荷載與雪荷載不會同時出現，計算時取較大的荷載標準值進行計算。因此，取屋面雪荷載0.75kN/m2。屋架沿水平投影積分的重分布的自重(包括支撐)按經驗公式gk=(0.12+0.011L)kN/m 2計算.跨度單位為米(m).荷載計算見表1。表1 荷載計算荷載名稱標準值(kN/m

4、2)設計值(kN/m2)預應力混凝土大型屋面板1.41.4 X 1.35=1.89三盞四油防水層0.40.4 X 1.35=0.54永找平屋(厚20mm)0.02 X 20=0.40.4 X 1.35=0.54久80mm厚泡沫混凝土保溫層0.08 X 6=0.480.48 X 1.35=0.648荷屋架各支撐自重0.12+0.011 X 30=0.450.45 X 1.35=0.608載管道荷載0.10.1 X 1.35=0.135永久荷載總和3.234.361屋面活荷載0.750.75 X 1.4=1.05可變積灰荷載0.60.6 X 1.4=0.84荷載可變荷載總和1.351.89設計屋架

5、時，應考慮以下三種荷載組合，在組合時，偏于安全不考慮屋面活荷載和 積灰荷載的組合值系數。(1) 全跨永久荷載+全跨可變荷載。全跨節點永久荷載及可變荷載為F=(4.361+1.89) X 1.5 X 6=56.259kN(2) 全跨永久荷載+半跨可變荷載。全跨節點永久荷載：F1=4.361 X 1.5 X 6=39.249kN半跨可變荷載：F2=1.89 X 1.5 X 6=17.01kN(3) 全跨屋架(包括支撐)自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載。全跨節點屋架自重：F3=0.608 X 1.5 X 6=5.47kN半跨節點屋面板自重及活荷載：F4=(1.89+0.75) X 1.5 X 6

6、=23.76kN上述計算中，(1) , (2)為使用節點活荷載情況，(3)為施工階段荷載情況.四、力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖 3所示由圖解法或數解法（本設計采用結構力學求解器）F=1的屋架的力系數（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各種荷載情況下的力進行組合，計算結果如表2。表2 屋架桿件力組合桿件名稱力系數F=1第一種組合F*第二種組合第三種組合計算桿 件力(kN)全跨左半跨右半跨F1*+F2* F1*+F2* F3*+F4* F3*+F4* 上 弦AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC,CD-8.44-6.35-2.

7、82-474.60-439.07-379.09-196.95-113.17-474.60DE,EF-12.96-9.07-5.19-729.23-663.08-596.94-286.48-194.10-729.23FG,GH-14.39-9.00-7.20-809.79-717.97-687.37-292.48-249.74-809.79下 弦ab4.793.681.47269.20250.42212.85113.6361.15269.20be11.128.094.05625.83574.22505.41253.07156.96625.83cd13.999.336.22787.06707.73

8、654.86298.11224.26787.06de14.148.088.08795.22692.17692.17269.23269.23795.22斜腹桿aB-8.07-6.21-2.48-454.07-422.39-359.03-191.67-103.17-454.07Bb6.184.482.27347.46318.56280.95140.1687.62347.46bD-4.79-3.14-2.20-269.42-241.36-225.37-100.78-78.44-269.42De3.241.732.02182.45156.68161.6658.8065.76182.45eF-1.99-

9、0.51-1.98-112.18-86.99-111.86-23.10-57.83-112.18Fd0.71-0.661.8340.0616.7459.04-11.7647.3359.04dH0.461.80-1.7925.9948.82-12.3045.39-39.9848.82-39.98豎桿Aa-0.50-0.500.00-28.13-28.13-19.62-14.62-2.74-28.13Cb-1.00-1.000.00-56.43-56.41-39.38-29.29-5.51-56.43Ee-1.00-1.000.00-56.03-56.05-39.06-29.14-5.40-56.

10、03Gd-1.01-1.000.00-56.54-56.51-39.48-29.33-5.54-56.54He0.000.000.000.000.000.000.000.000.00五、桿件設計(1) 上弦桿。整個上弦采用等截面，按FG GH桿件的最大力設計，即N=-809.79KN。 上弦桿計算長度如下。在屋架平面：為節間軸線長度，即I ox=l 0=1.503 m在屋架平面外：本屋架為無檁體系，并且認為大型屋面板只起到剛性系桿作用，根 據支撐布置和力變化情況，取loy為支撐點間的距離，即I oy=l 1 =1.503 X 4=6.012 m根據屋架平面外上弦桿的計算長度，上弦截面選用兩個不

11、等角肢鋼，短肢相并。 腹桿最大力為N=-454.07kN,查周俐俐主編鋼結構表8-4，中間節點板厚度選 用10mm支座節點板厚度選用12mm設 60，鋼材選用Q235查穩定系數表，可得 0.807( b類截面)，則需要的截面積為:A A 8°9.79 1°34667.24mm2f 0.807 215需要的回轉半徑為lox1503"60"25.05mmloy 601260100.2mm圖4上弦桿截面根據需要的A、ix、iy、查角鋼規格表，選用 2L180X 110X 10,肢背間距a=10mm,2如圖 4，貝U A=6742mm ix=31.05cm, i

12、y=8.71cm按所選角鋼進行驗算:loy601269.02 150iy87.1滿足長細比要求由于x，只需求y即可，故所選截面合適(2) 下弦桿。整個下弦桿采用同一截面，按最大力所在的de桿計算，則lox 3000mm，gN=795.22 kN20mm 10350mm，所需截面為A N 795.22 1000f2152 23666.76mm36.99cm按所選角鋼進行驗算:選用2L125X 80X 10，因為l oylox，故用不等肢角鋼，短肢相并。見圖5,查周俐俐主編鋼結構附錄14、215 可得 A=39.42cm >36.992 iicm , Ix=2.26cm, y=6.11cm0

13、圖5下弦桿截面1 oxlx300022.6132.74 350 ；'oyly1035061.1169.40 350因此，所選截面合適。(3) 端斜桿aB。桿件的軸力為N=-454.07kN，計算長度為1ox 1oy 2530mm。因為1ox=1oy，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使lx ly。選用2L125 80 10,見圖6,則查周俐俐主編鋼結構附錄 14、15可得A=39.42cm2,ix=3.98cm,iy=3.31cm按所選的角鋼進行驗算：253063.57 15039.81 oxlx1 oyly2530 76.44 15033.1，只需求 y，查表y =0.710,則45407

14、0yA0.710 39421624MPa 215MPa1%XXl oxlx24011.94123.77150因此，所選截面合適。(4) 腹桿dH此桿采用通長桿件最大拉力：N=48.82kN最大壓力：N=39.98kNdH在桁架平面的計算長度取為lox 2.401mm，l°y 3002mm故采用等邊角鋼，選用2L63X 5,見圖7,肢背間距取10mm 查查表得 A=13.76 cm2 , lx=1.94cm iy=3.04cm。按所選角鋼進行驗算:7 21 63x5圖7腹桿dH截面F 3002 98.75 150iy 3.04y，只需求 X，查周俐俐主編鋼結構附表12-2得x =0.3

15、49，則拉應力為N 39980 xA 0.418 122877.89MPa215MPa48820122839.76MPa215MPa因此所選截面合適。(5) 豎桿CbN=-56.43kN ， lox0.8 l1705mmloyl 2131mm。由于桿件力較小，ix100，l oxly'oy213121.31mm100y 2L63x5圖8豎桿Cb截面需要的回轉半徑為170517.05mm100查周俐俐主編鋼結構附錄13,選截面的ix，iy教上述計算的ix，iy略大些選用 2L63X 5,見圖 8,其幾何特性為 A=12.28cm2，ix= 1.94cm, iy =3.04cm,則ox17

16、0519.487.89mm 150'oy213130.470.10mm 150y，只需求x，由x查表得x =0.634,則564300.634 122872.48MPa215MPa因此所選截面合適。剩下各桿件的截面選擇計算結果見表 3表3 屋架桿件截面選擇名 稱桿 件 編 號力( kN)計算長度(cm)截面規格截面 面積(cm2)回轉半徑(cm)長細比容許 長細 比穩定系數計算應力N/ A（N/mm2loxl oyixiyxyxy上弦FG、GH-809.79150.3601.22LX 110X 1067.4231.058.7147.7169.021500.751159.94下 弦de7

17、95.2230010352L 125 X 80X1039.422.266.11132.74169.40350201.73腹桿Aa-28.13156.2195.32L 56 X 510.841.722.69113.5572.611500.43754.86aB-454.07244.42532L 125 X 80X10 （長肢相并）39.423.983.3163.5776.441500.710162.24Bb347.46202425302L 80 X 1030.262.423.7483.6467.65350114.83bC-56.43170.5213.12L 63 X512.281.943.0487

18、.8970.101500.63472.48bD-269.42214.7268.42L 80 X 1030.262.423.7488.7271.771500.630141.33De182.45214.7268.42L 70 X616.322.153.2699.8682.33350111.8cE-56.03185.5231.92L 63 X512.281.943.0495.6272.291500.58677.86cF-112.18227.3284.12L 70 X616.322.153.26105.7287.151500.4601Fd59.04227.3284.12L 63 X512.281.94

19、3.04117.1793.4515048.08dG-56.54200.48250.62L 63 X512.281.943.04103.3482.441500.53390.20dH48.82-39.98240.1300.22L 63 X512.281.943.04123.7798.751500.41839.7677.89He02602602L 63 X 5 (十字形截面)12.282.452.45106.13106.132000注：表格中凡未加特別說明的不等邊角鋼組合截面形式均為短邊相并六、節點設計（1）下弦節點bo （見圖9） 各桿件的力由表2查得。設計步驟：由腹桿力計算腹桿與節點板連接焊縫的

20、尺寸， 即hf和lw ,然后根據lw的大小w 160MPa。按比例繪出節點板的形狀和尺寸，最后驗算下弦桿與節點板的連接焊縫。 用E43型焊條角焊縫的抗拉，抗壓和抗剪強度設計值 設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫hf=8mn和6mm則所需的焊縫長度為（按等肢角鋼連接的角焊縫力分配系數計算）0.7N肢背：1 w1162 34746016 151.73mm2 0.7 8 160取 155mm肢尖：Iw20.3N2heffw120.3 3474601289.56mm2 0.7 6 160取 90mm設“ bD'桿的肢背和肢尖焊縫hf =8mn和6mm則所需的焊縫長度為肢背：l w10.7N2heff

21、w162 26942016121.24mm2 0.7 8 160取 125mm肢尖：lw20.3N2heffw120.3 2694202 0.7 6 1601272.14mm取 75mm“Cb”桿的力很小，焊縫尺寸可按構造確定,hf =5mm.根據上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙及制作和裝配等誤差，按比 例繪出節點詳圖，從而確定節點板尺寸為 285mm 405mm.下弦與節點板連接的焊縫長度為 405mm hf =6mm焊縫所受的力為左右兩下弦桿的力差N 625.83 269.20 356.63kN，受力較大的肢背處的焊縫應力為0.75 3566302 0.7 6405 1281.

22、02MPa 160MPa焊縫強度滿足要求。該節點如圖9圖9（2）上弦節點“ B'（見圖10）“ Bb”桿與節點板的焊縫尺寸和節點” 述同樣方法計算得下弦節點bb”相同。” aB'桿與節點板的焊縫尺寸按上NaB454.07 kN設” aB'桿的肢背和肢尖焊縫hfi=10mrhf2=和6mm所需的焊縫長度為（按不等肢角鋼短肢連接的角焊縫力分配系數計算）肢背：1 w10.65N2hf200.65 4540702 0.7 10 16020151.76mm取 155mm肢尖：Iw22heffw0.3 4540702 0.7 6 16012130.25mm,取 135mm為了便于在

23、上弦上擱置屋面板，節點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm用槽焊縫把上弦角鋼和節點板連接起來。槽焊縫作為兩條角焊縫計算，槽焊縫強度設計值乘以0.8的折減系數。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，由于節點集中荷載P不大，故可按照構造滿焊。上弦肢背槽焊縫的應力由下面計算得11hf1節點板厚試度10 5mm，hf 10mm22上弦與節點板間焊縫長度為440mm肢間承受力差 N 474.6 0 474.6kN，偏心距e=110-25=85mm偏心力矩為M= N *e=474.6 X 0.=40.341kN ?m，按照構造要求取肢尖hf2=10m m，則上弦肢尖角焊縫的剪應力為由偏心距引起的正應力為則焊縫強度為4

24、746002 0.7 10 42879.21MPa6M2hel2w6 403410002 0.7 10 448294.38MPa279.212110.72MPa 160MPa:94.38；1.22所以焊縫強度滿足要求。該節點如圖10所示。（3）屋脊節點H （見圖11）。弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為了使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般為t hf 5mm）拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿力計算。設拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫 hf =10mm則所需焊縫長度為（一條焊縫）8097904 0.7 1

25、0 160180.76mm拼接角鋼的長度ls 2（lw 2hf）弦桿桿端空隙（取50mm）拼接角鋼長度取460 mm上弦與節點板之間的槽焊縫，假定承受節點荷載，驗算與節點“B”處槽焊縫驗算方法類似，此處驗算過程略。上弦肢尖與節點板的連接焊縫，應按上弦力的15燦算，并考慮此力產生的彎矩。設肢尖焊縫 hf =10mm取節點板長度為380mm則節點一側弦桿焊縫的計算長度lw=（380/2-10-20）=160mm焊縫應力為0.15 8097902 0.7 10 16054.23MPa6 0.15 809790 852 0.7 10 1602仃 2.85MPaM f 54.232（172.85）2（1

26、.22）151.70MPa 160MPa該節點圖如圖11所示，在屋脊節點和下弦跨中節點設置工地拼接，左半邊的上弦, 斜桿和豎桿與節點板連接用工廠焊接，而右半跨的上弦，斜桿與節點板的連接用工地焊 接。圖11 屋脊節點H（4）下弦拼接節點e （見圖12）。拼接角鋼與下弦桿的連接計算及拼接角鋼總長度的確定。拼接角鋼與下弦桿之間每邊有4條角焊縫連接，由于拼接角鋼豎向肢切割去 hf t 5mm，可近似認為4條角焊 縫均勻傳力。拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫按下弦截面積等強度計算，即拼接角鋼與下 弦桿的連接焊縫最大承受的力值為 Af,A為下弦角鋼截面總面積。則在拼接節點一邊每條焊縫的計算長度為Af4 0.7h

27、f ffw3942 2154 0.7 8 160236.48mm每條焊縫的實際長度為I lw 2hf 236.48 2 8252.48mm拼接角鋼的總長度Is為ls 2I 10 20mm 2 252.47 10 20514.95 524.95mm（1020mn為拼接處角鋼間的空隙）下弦桿與節點板的連接焊縫，除按拼接接點兩側弦桿的力差進行計算外，還應考慮 到拼接角鋼由于切角和切肢，截面有一定的削弱，這個削弱的部分由節點板來補償，一 般拼接角鋼削弱的面積不超過15%所以下弦與節點板的連接焊縫按下弦較大力的15%和兩側下弦的力之差兩者中的較大者進行計算。下弦桿肢背與節點板的連接焊縫計算長度：lw11

28、 max 0.15Nmax, N2 0.7hf1ffw0.65 0.15 7952202 0.7 8 16043.27mm下弦桿肢背與節點板的連接焊縫實際長度:l1 lw1 2hf159.27 mm下弦桿肢尖與節點板的連接焊縫計算長度:l w22max 0.15Nmax, N2 0.7hf2ffw0.35 0.15 7952202 0.7 6 16031.06mm下弦桿肢尖與節點板的連接焊縫實際長度:l2 lw2 2hf2 31.06 2 643.06mm圖12 下弦拼接節點e(5) 支座節點a(見圖13)為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底版的凈距離取160mm在節點中心線上設置加勁肋，加緊肋的高度與節點板的高度相等，厚度12mm.1) 支座底板的計算。支座反力為 R= 385000N設支座底板的平面尺寸采用 280mm 360mm，如僅考慮有加勁肋部分的