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1、钢结构焊接钢屋架设计书1设计资料根据下列资料选择屋架杆件截面和设计屋架的节点：屋架跨度L=30m,屋架间距b=6m;屋架支座高度H0=2m;屋架坡度i=1/12;屋架上弦间距长度d=3m.屋面采用1.5×6.0m预应力钢筋混凝土屋面板和卷材屋面(由二毡三油防水层、2cm厚水泥砂浆找平层及8cm厚的泡沫混凝土保温层组成),屋架选用梯形钢屋架,跨中高度H=3.0m,屋架简支在钢筋混凝土柱顶上.当地基本雪压为S0=0.7KN/m2.屋架上弦平面利用屋面板(用埋固的小钢板和上弦杆焊柱)代替水平支撑,在屋架下弦平面的端部几两侧面端面布置水平及竖直支撑.14设计规范:《钢结构设计规范
2、》(GB50017—2003);《建筑结构荷载》(GB50009—2001).2荷载计算2.1恒载标准值:防水层(二毡三油上铺小石子)0.35KN/m2沿屋面坡向分布.找平层(2cm水泥砂浆)0.4KN/m2沿屋面坡向分布.保温层(8cm泡沫混凝土)0.5KN/m2沿屋面坡向分布.预应力混凝土屋面板(包括灌缝)1.5KN/m2沿屋面坡向分布.屋架自重(包括支撑)按经验公式计算.q=0.12+0.011L(L单位用m)=0.12+0.011×30=0.45KN/m2沿水平投影面分布.因屋面坡度很小,故以上各项可直接相加得:恒荷载标准值为:3.1KN/m2.恒载设计值:3.1
3、×1.2=3.72KN/m2.活载标准值:2.2屋面均布活荷载屋面均布荷载(不上人的屋面)0.7KN/m2沿水平投影面分布.雪载:S=urS0(因屋面与水平的倾角a=4.760＜150,故屋面积雪分布系数ur=1.0).S=1.0×0.7=0.7KN/m2沿水平投影面分布.风载:因a=4.760＜150,风载体型系数us=对屋面为吸力(-0.6),故可不考虑风载影响.14活载设计值:0.7×1.4(活载分项系数)=0.98KN/m2.在屋架内力计算时,节点荷载由屋面恒载和均布活载组合而成.已知屋架上弦节间水平长度为3m,屋架间距为6m.2.3设计屋架荷载组合:(1)全跨恒
4、载+全跨活载屋架上弦节点荷载:P=(3.72+0.98)×3×6=84.6KN.(2)屋架及支撑自重+半跨屋面板+半跨荷载(作用在左半跨)P左=[(0.45+1.5)×1.2+0.7×1.4]×3×6=59.76KN;P右=0.45×1.2×3×6=9.72KN.(3)全跨恒载+半跨活载(作用在左半跨)P左=(3.72+0.98)×3×6=84.6KN;P右=3.72×3×6=66.96KN.经过计算,这种荷载组合所产生的杆件内力对本屋架的杆件不起控制作用,故未列入。3内力计算图1.1为屋架计算简图,杆件内力用各杆件之间的三角关系求得:14图1.1屋架计算简图屋架上弦除了
5、承受轴心压力外,尚承受节间集中荷载而产生的弯矩,其值为:第一节间M=0.8M0=中间节间M=0.6M0=中间节间M=-0.6M0=-14屋架在上述第一种和第二种荷载组合作用下的计算简图如图1.1所示.在全跨恒荷载和全跨活载作用下,屋架弦杆、竖杆和靠近支座斜杆的内力均较大.在屋架及支撑自重和半跨屋面板与活载作用下,靠近跨中、的斜杆内力可能发生变号,故要注意.计算结果列于表中.表中列入控制设计的杆件内力.4杆件截面选择4.1上弦杆截面选择按受力最大的弦杆设计,沿跨度全长截面保持不变.上弦杆B4为压弯杆件:N=-1018.72KN;MX=19.035KN·m.LX=300cm;
6、LY=150;(由于上弦杆和屋面板埋设小钢板并牢固焊接,可代替水平支撑,故上弦杆平面外的计算长度LY=150cm).假设的步骤作用不大,可直接估计选出截面进行验算.选用,A=43.3×2=86.6;W1X=234.4×2=468.8;W2X=90.95×2=181.9;iX=4.92cm;iy=7.07cm;(节点板厚选用t=12mm).(1)按公式验算弯矩作用平面内的稳定性由第5章表5.1查得截面塑性发展系数=1.05;=1.2;由附录4查得压杆稳定系数:;.14此处节间弦杆相当于两端支撑有端弯矩和横向荷载同时作用,且使构件产生反向曲率的情况,根据规范等效弯矩系数.将以
7、上数据代入下式,验算弯矩作用平面内的稳定性:对于这种T形截面压弯杆件,还应验算截面另一侧,即所以可保证弦杆弯矩作用平面内的稳定性.(1)按下式验算弯矩作用平面外的稳定性由附录4查得=0.957;对于双角钢T形截面的整体稳定性系数:将以上数据代入下式,验算弯矩作用平面外的稳定性14所以可保证弦杆弯矩作用平面外的稳定性.(1)强度验算由于上弦杆两端的弯矩比较大,同时(图1.2)较小.因此,尚需按下式验算节点负弯矩截面无翼缘一边的强度:因BC,BD的弯矩值和DE的相同,而轴心力均小于DE,为了简化制造工作,故可采用与DE相同的截面尺
