焊接鋼屋架設計目錄1.設計資料 -1-2.結構形式與布置 -1-3.荷載計算 -1-4.內力計算 -3-5.桿件設計 -4-5.1上弦桿 -4-5.2.下弦桿 -6-5.3.斜腹桿 -7-5.4.豎桿 -9-6.節點設計 -11-6.1桿件與節點板的連接焊縫 -11-6.2弦桿與節點的連接焊接 -12-6.3節點板計算 -16-6.4節點大樣圖. -16-7.屋架施工圖（主要部分），及材料表 -17-參考文獻 -18-

焊接鋼屋架設計1.設計資料⑴鋼屋架跨度為30m.屋架間距b=6m;屋架支座高度Ho=2m,屋架坡度i=1/12；屋架上弦節間長度d=3m.⑵屋面采用1.5m×6.0m,預應力鋼筋混凝土屋面板和卷材屋面(由二氈三油防水層，2cm厚水泥砂漿找平層及8cm厚的泡沫混凝土保溫層組成)。屋面坡度i=1/12.屋架選用梯形鋼屋架，跨中高度H=3.25m，屋架簡支在鋼筋混凝土柱頂上，上柱截面取為400mm×400mm,混凝土標號為C20,當地基本雪壓為0.7KN/.鋼材采用Q235，B級，焊條采用E43型，手工焊.屋架上弦平面利用屋面板，用埋固的小鋼板和上弦桿焊住，代替水平支撐，在屋架下弦平面的端部及兩側面端面布置水平及豎直支撐.設計規范：《鋼結構設計規范》(GB50017-2003);《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001).⑶屋架計算跨度：lo=30m－2×0.15m=29.7m.⑷跨中及端部高度，此設計為無檁屋蓋方案，采用平板梯形屋架，取屋架在30m軸線處的端部高度ho=2.0m.屋架的中間高度h=3.25m.則屋架在29.7m處，兩端的高度ho=2.0125m.屋架跨中起拱按lo/500考慮，取60mm.2.結構形式與布置屋架形式及幾何尺寸附圖－1所示根據廠房長度取84m＞60m,跨度及荷載情況，設置三道上、下弦橫向水平支撐，因柱網采用封閉結合，廠房兩端的橫向水平支撐設在第一柱間，設水平支撐的規格與中間柱網的支撐的規格有所不同，在所有柱間的上弦平面設置了剛性與柔性系桿，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，在設置橫向水平支撐的柱間，于是屋架跨中和兩端各設一道垂直支梯.梯形鋼屋架支撐布置附圖—1所示.3.荷載計算恒載標準值：防水層(二氈三油上鋪小石子)0.35KN/,沿屋面坡向分布。找平層(20mm厚水泥砂漿)0.4KN/沿屋面坡向分布.保溫層(8cm泡沫混凝土)0.45KN/沿屋面坡向分布.預應力混凝土屋面板(包括灌縫)1.4KN/沿屋面坡向分布屋架自重(包括支撐)按經驗公式計算l=0.12＋0.011L=0.12＋0.011×30=0.45KN/沿水平投影面分布.活荷載標準值：屋面均部活荷載(不上人的屋面)0.7KN/沿水平投影面分布.雪載S=μSo(因屋面與水平面的傾角α=arctan1/12=4.76＜15,故屋面積雪分布系數μ=1.0)風載：因α=4.76＜15，風載體型系數μ=對屋面為吸力，故可不考慮風載影響.屋面荷載與雪荷載不會同時出現，計算時取較大荷載標準值進行計算，因二者均為0.KN/故可取其一，如屋面活荷載0.7KN/進行計算.荷載計算如表－1表-1荷載計算表荷載名稱計算式標準值kN/m2設計值kN/m2備注防水層（二氈三油上鋪小石子）0.350.42沿屋面坡向分布水泥砂漿找平層（20mm厚）0.02×200.40.48沿屋面坡向分布泡沫混凝土保溫層（80mm厚）0.450.54沿屋面坡向分布預應力混凝土屋面板（含灌縫）1.41.68沿屋面坡向分布屋架和支撐自重（0.12+0.011×21）0.450.0.54沿水平分布恒載總和3.053.66屋面均布活荷載0.70.7沿水平面分布，計算中取二者中的較大值雪荷載0.70.7可變荷載總和0.70.98注：由于屋面坡度不大，對荷載的影響較小，未予考慮。風荷載為吸力，重屋蓋可不考慮。荷載計算及匯總表設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：⑴全跨永久荷載＋全跨可變荷載=(3.66＋0.98)×3×6=83.52KN⑵全跨永久荷載＋半跨可變荷載全跨節點永久荷載：=3.66×3×6=65.88KN半跨節點可變荷載：=0.98×3×6=17.64⑶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：=0.54×3×6=9.72半跨節點屋面板自重及活荷載：=(1.68＋0.54＋0.98)×3×6=57.6KN⑴、⑵為使用節點荷載情況.⑶為施工階段荷載情況.4.內力計算屋架在上述三種荷載組合作用下的計算簡圖如圖－1所示.（a）（b）（c）圖-1屋架的計算簡圖由圖解法或數解法解得F=1的屋架的內力系數（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內力進行組合，計算結果如表－2所示：表－2屋架構件內力組合表桿件名稱內力系數（F=1）第一種組合×①第二種組合第三種組合計算桿件內力（KN）全跨①左半跨②右半跨③×①＋×②×①＋×③×①＋×②×①＋×③上弦ABBCCDDEEF0-9.41-9.45-11.91-11.920-7.06-7.10-7.94-7.950-3.52-3.52-5.95-5.950-785.92-789.26-994.72-995.560-744.47-747.81-924.69-925.530-682.02-684.66-889.59-890.250-498.12-500.81-573.11-573.780-294.22-294.61-458.49-458.580-785.92-789.26-994.72-995.56下弦abbccd5.9111.3211.424.608.096.851.974.856.85493.60945.45953.80470.49888.47873.18424.10831.32873.18322.41576.01505.56170.92389.39505.56493.60945.45953.80斜腹桿aBBbbDDccF-7.434.40-2.560.750.67-5.783.10-1.36-0.231.58-2.481.96-1.801.471.37-620.55367.49-213.8162.6455.96-591.45344.56-192.6445.3572.01-533.24255.30-200.4075.3468.31-4.5.15221.33-103.22-5.9697.52-215.07155.66-128.5691.9678.98-620.55367.49-213.8191.9697.52豎桿AaCbEcFd-0.50-1.00-1.00-0.02-0.50-1.00-1.0000000-41.76-83.52-83.521.67-41.76-83.52-83.521.32-32.94-65.88-65.881.32-33.66-67.32-67.320.19-5.35-9.72-9.720.19-41.76-83.52-83.521.67屋架上弦桿除了承受軸心壓力外，尚承受節點間集中荷載而產生的彎矩，其值為：第一節間：M=0.8Mo=0.8×41.76×3/4=25.06KNm中間節間：M=0.6Mo=0.6×41.76×3/4=18.80KNm中間節點：M=-0.6Mo=-18.80KNm在全跨恒載和全跨活載作用下，屋架弦桿，豎桿和靠近支座斜桿的內力均比較大，在屋架及支撐自重和半跨屋面板與活荷載作用下，靠近跨中的斜桿的內力可能發生變號.5.桿件設計5.1上弦桿按受力最大的弦桿設計，沿跨度全長截面保持不變。上弦桿EF為壓彎桿件：N=－995.56KNM=18.80KN.mlox=3000mm,loy=1500mm(由于上弦桿和屋面板埋設小鋼板并牢固焊接，可代替水平支撐，故上弦桿平面外的計算長度loy=1500mm)腹桿最大內力N=－620.55KN，查表得，中間節點板厚度選用12mm，支座節點板厚度選用14mm.設λ=90，查Q235鋼的穩定系數表，可得φ=0.621，b類截面，則所需截面積為：A===7456.5需要的回轉半徑：=3000/90=33.3mm,=1500/90=16.67mm根據需要A，,查角鋼規格表，選用2∟160×14,肢背間距a=12mm,則A=43.3×2=86.6W=234.4×2=468.8W=90.95×2=181.9=4.92cm,=7.07cm=3000/49.2=61.0,=1500/70.7=21.2=61.0滿足長細比=150的要求.查得=0.801，則=143.52MPa<215MPa⑴

按公式驗算彎矩作用平面內的穩定性.查表得截面塑性發展系數===4105.6KN此處節間弦桿相當于兩端支撐有端彎矩和橫向荷載同時作用，使構件產生反向曲率的情況，根據規范等效彎矩系數=0.85.將以上數據代入下式驗算作用平面內的穩定性;=183.8N/<f=215N/對于這種T形截面壓彎桿件，還應驗算截面另一側，即===5.1N/<f=215N/所以可保證弦桿彎矩作用平面內的穩定性.⑵．按下式驗算彎矩作用平面外的穩定性：=1500/70.7=21.2mm=150，查表得=0.966對于雙角鋼T形截面的整體穩定性系數：將以上數據代入下式驗算作整體穩定性N/<f=215N/所以可保證彎矩作用平面外的穩定性.⑶強度驗算.由于上弦桿兩端的彎矩比較大，同時W較小，因此，需按下式驗算節點負彎矩截面無翼緣一邊的強度；=114.96+86.13=201.09N/<f=215N/因BC，CD，DE的彎矩值和EFd相同，而軸心力均小于EF，為了簡化制造工作，故用EF相同的截面尺寸而不必驗算。上弦桿AB，N=0，M=25.06KNm.=114.8N/<f=215N/5.2.下弦桿按軸心拉桿設計，沿全長截面不變，截面采用等肢角鋼拼合，最大設計拉力；N=953.8KN=44.36選用2∟100×12,A=22.8×2=45.6,可滿足要求。=3.03cm.，=600/3.03=198.02=350由于此屋架不受動力作用，故可反驗算在豎直平面內的長細比.5.3.斜腹桿⑴端斜腹桿aBN=-620.55KN因為，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使，選用2∟160×100×10，則A=2×25.3=50.6，=5.14cm,=4.05cm=363.1/5.14=70.64,=363.1/4.05=89.65=89.65滿足長細比=150的要求.查得=0.623，則=196.85MPa<215MPa所選截面合適。⑵其它斜腹桿Bb：N=367.49KN,選用2∟80×6，則A=2×9.4=18.8，=2.47cm,=3.73cm=300/2.47=121.46,=375/3.73=100.54=121.46滿足長細比=150的要求.則=195.47MPa<215MPa所選截面合適。bD:N=-213.81KN,選用2∟90×7，則A=2×12.3=24.6，=2.78cm,=4.14cm=325.6/2.78=117.12,=407/4.14=98.31=117.12滿足長細比=150的要求.查得=0.453，則=193.57MPa<215MPa所選截面合適。Dc:N=91.96KN,選用2∟80×5，則A=2×7.91=15.58，=2.48cm,=3.71cm=325.6/2.48=117.12,=407/3.71=98.31=117.12滿足長細比=150的要求，則=59.02MPa<215MPa所選截面合適。cF:N=97.52KN,選用2∟80×5，則A=2×7.91=15.58，=2.48cm,=3.71cm=353.84/2.48=142.68,=442.3/3.71=119.22=142.68滿足長細比=150的要求，則=186.84MPa<215MPa所選截面合適。5.4.豎桿⑴端豎桿AaN=-41.76KN,由于桿件內力較小，按=150選擇=201.25/150=1.34cm,=201.25/150=1.34cm查表，選截面的，較上述計算值略大，選用2∟63×4，則A=2×4.98=9.96，=1.96cm,=3.02cm=201.25/1.96=102.68,=201.25/3.02=66.64=102.68滿足長細比=150的要求.查得=0.538，則=77.93MPa<215MPa所選截面合適。⑵其它豎桿Cb:N=-83.52KN,選用2∟63×4，則A=2×4.98=9.96，=1.96cm,=3.02cm=200/1.96=102.04,=201.25/3.02=66.23=102.04滿足長細比=150的要求.查得=0.542，則=154.7MPa<215MPa所選截面合適。Ec:N=-83.52KN,選用2∟63×4，則A=2×4.98=9.96，=1.96cm,=3.02cm=240/1.96=122.45,=300/3.02=99.47=122.45滿足長細比=150的要求.查得=0.425，則=197.31MPa<215MPa所選截面合適。Fd：N=-1.67KN,選用2∟63×4，=264.8/1.96=135.1,=331/3.02=109.6顯然所選截面合適。綜上于表—2如下：表—2各桿件內力及截面選擇表桿件設計內力計算長度（cm）截面形式和規格截面面積（cm2）截面抵抗矩W（）回轉半徑（cm）長細比穩定系數計算應力（N/mm2）名稱編號N(KN)M(KNm)上弦桿AB0+25.06-18.80+18.80-18.80+18.80-18.80+18.80-18.80+18.803001502∟160×1486.6181.94.927.0761.021.20.801+114.8BC-785.923001502∟160×1486.6468.84.927.0761.021.20.801——CD-789.263001502∟160×1486.6468.84.927.0761.021.20.801——DE-994.723001502∟160×1486.6468.84.927.0761.021.20.801——EF-995.563001502∟160×1486.6468.8181.94.927.0761.021.20.801-201.09下弦桿ab+493.6——6006002∟100×1245.6——3.03198.02————+108.25bc+945.45——6006002∟100×1245.6——3.03198.02————+207.34cd+953.80——60012002∟100×1245.6——3.03198.02————+209.17斜腹桿aB-620.55——363.1363.12∟160×100×1050.6——5.144.0570.6489.650.623196.85Bb+367.49——3003752∟80×618.8——2.473.73121.46100.54——195.47bD-213.81——325.64072∟90×724.6——2.784.14117.1298.310.453193.57Dc91.96——325.64072∟80×515.58——2.483.71117.1298.31——59.02cF97.52——353.84442.32∟80×515.58——2.483.71142.68119.22——62.59豎桿Aa-41.76——201.25201.252∟63×49.96——1.963.02102.6866.640.53877.93Cb-83.52——2002502∟63×49.96——1.963.02102.0466.230.542154.7Ec-83.52——2403002∟63×49.96——1.963.02122.4579.470.425197.31Fd0——2603252∟63×49.96——1.963.02132.6586.09——06.節點設計腹桿aB的最大設計壓力：N=-620.55KN，中間節點板厚采用t=12mm,支撐節點板厚度采用t=14mm，焊條采用E43型，角焊縫強度設計值=160N/。6.1桿件與節點板的連接焊縫斜桿aB：N=-620.55KN，2∟160×100×10，每個角鋼需要的焊縫面積：==19.39當用長肢相拼，角鋼肢背和肢尖所需的焊縫面積各為：=0.65=0.65×19.39=12.60=0.35=0.35×19.39=6.79焊縫布置如下：肢背焊縫取=8cm，=22.5cm,采用24cm肢尖焊縫取=6cm，=16.17cm,采用18cm除端斜桿外，其它桿件均為等肢角鋼，肢背和肢尖的焊縫面積各按0.7和0.3分配.計算結果見表—4表—4桿件端部焊縫計算表桿件設計內力（KN）角鋼尺寸每個角鋼所需的焊縫面積（）采用的焊縫尺寸（mm）肢背肢尖名稱編號斜桿aBBbbDDccF-620.55+367.49-213.81+91.96+97.522∟160×100×102∟80×62∟90×72∟80×52∟80×519.3911.486.68————12.608.044.68————6.793.442.0————86666240200130808066666180100608080豎桿AaCbEcFd-41.76-83.52-83.521.672∟63×42∟63×42∟63×42∟63×4666670707070666670707070上弦桿AB02∟160×14——————61506150下弦桿ab+493.62∟100×1215.4310.84.63820061206.2弦桿與節點的連接焊接⑴上弦節點“B”上弦肢背為塞焊接，節點板縮進角鋼背7mm，節點板厚度t=12mm，塞焊縫強度驗算：設焊角尺寸=t/2=12/2=6mm,=835mm=11.91N/<0.8×160=128N/弦桿肢尖角焊縫強度驗算：設焊角尺寸=6mm，=835mm.N=785.92KNM=N×e=785.92×100=78592KNmm=112.05N/mm2=80.52N/mm2＝＝130.04N/mm2<(為160N/mm2)滿足要求。由于肢尖的焊縫hf也為6mm，也⑵屋脊節點“F”a.拼接角鋼計算拼接角鋼采用與上弦相同的截面2L160×14。設兩者間的焊腳尺寸hf＝8mm，豎直肢應切去△＝t+hf+5＝10+8+5＝23mm。按上弦桿力N＝995.56kN計算拼接角鋼與上弦的焊縫，節點每側每條焊縫需計算長度為：mm拼接角鋼需要的長度為：L＝2（lw+16）+10＝2×（277.8+16）+20為保證拼接節點處的剛度取，L＝600mm。b.上弦與節點板間焊縫計算上弦與節點板間的槽焊縫，假定承受節點荷載，驗算與節點B處的槽焊縫方法類似，此處驗算過程略，上弦肢尖與節點板的連接焊縫，應按上弦內力的15%計算，并考慮此力產生的彎矩。設肢尖焊縫的計算長度為500mm，則節點一側弦桿焊縫的計算長度為：lw=(500/2-10-20)=220mm,焊縫應力為：=48.49MPa.=132.23MPa.==118.74MPa滿足強度要求.因屋架跨度很大，需將屋架分為兩個運輸單元，在屋脊節點和下弦跨中節點設置工地拼接，左半邊上弦，斜桿和豎桿與節點板連接用工廠焊接，而右半邊上弦，斜桿與節點板的連接用工地焊接.⑶下弦節點“b”焊縫承受節點左、右弦桿的內力差△N＝945.45-493.6＝451.85KN，驗算肢背焊縫的強度：==14.12角鋼肢背和肢尖所需的焊縫面積各為：=0.7=0.7×14.12=19.88=0.3=0.3×14.12=4.24焊縫布置如下：肢背焊縫取=6cm，=23.5cm,采用24cm肢尖焊縫取=6cm，=10.1cm,采用12cm下弦與節點板的焊縫長度為600mm，焊腳尺寸＝6mm，64.04N/mm2<=160N/mm2滿足強度要求。肢尖的焊縫應力同樣能滿足要求.豎桿下端應伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖和肢背與節點板滿焊。⑷下弦中央拼接節點da.拼接角鋼計算下弦與節點板的連接焊縫按弦桿內力N＝953.8kN計算.拼接角鋼采用與下弦相同的截面2L100×12，設與下弦的焊縫的焊腳尺寸hf＝8mm，豎直肢應切去△＝t+hf+5＝10+6+5＝2266.13mm拼接角鋼需要的長度為：L＝2（lw+16）+10＝2×（266.13+16）+10=574.26為保證拼接節點處的剛度取，L＝720mmb.下弦與節點板的連接焊縫計算下弦與節點板的連接焊縫按0.15Ned計算。取焊腳尺寸hf＝6mm，節點一側下弦肢背和肢尖每條焊縫所需長度l1、l2分mmmm節點板寬度是由連接豎桿的構造要求所決定的.⑸支座節點“a”（附圖8）a.底板計算底板承受屋架的支座反力R＝10F/2＝10×83.52/2＝417.6kN，柱采用C20混凝土，混凝土的軸心抗壓強度設計值fc＝9.5N/mm2。為了將屋架中的支座反力較均勻地傳給混凝土柱頂，避免柱頂被壓壞，屋架支座節點的構造除要有節點板外，還要有平板式支座底板和加勁肋，加勁肋的作用是分布支座處的壓力和提高節點板的側向剛度.支座節點處外端斜桿aB和下弦桿ab的軸線應交于通過支座中心的豎線上，加勁肋對稱地布置在節點板兩側，而豎桿Aa內力很小，布置時，對支座中心的豎線略有偏心，影響不大，為了便于施焊，下弦桿與支座底板之間的距離不應小于下弦角鋼伸出肢的寬度，也不小于100～150mm，現用120mm.底板需凈面積An為：=44000mm2錨栓直徑d＝20△A＝50×40×2+π×202＝525底板需面積為As＝An