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1、屋 钢 架 设 计,计算书,第一组,2014年4月29日,浙江交通职业技术学院路桥学院钢结构原理与设计,目 录 一、设计资料 二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 三、计算书 （一）设计参考资料 （1）钢结构原理与设计，夏志斌，姚谏，中国建筑工业出版社； （2）建筑结构荷载规范GB50009-2001; （二）钢屋架设计过程 （1）、荷载计算（设计值）： （2）、杆件内力计算 （3）杆件的截面设计 （4）上弦杆 （5）下弦杆 （6）腹杆 （7）用钢量计算,一、设计资料 1、 梯形屋架：某车间长度102m，柱距6m。车间内设有两台20/5t中级工作制起重机。计算温度高于-20。采用压型钢板+保
2、温棉+压型钢板屋面，屋面坡度为i=1/10，为不上人屋面。屋架简支于钢筋混凝土柱上，柱顶标高10m，上柱截面为400mm400mm，混凝土标号为C20。,二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置,屋盖形式：有檩屋盖，平坡梯形屋架，按建筑结构手册中选取30米跨度的梯形屋架，则具体尺寸为：屋架计算跨度L0=L-300mm=23700，端部高度取H0=1990mm，中部高度取H=3190mm，屋架杆件几何长度如图1所示。 跨度起拱按L/500考虑。根据建造地区的计算温度和荷载性质，钢材选用Q235B，焊条采用E43型，手工焊。,桁架的内力计算,钢屋架设计,桁架杆件的计算长度,杆件截面型式,1. 荷载分
3、项系数及荷载组合系数按建筑结构荷载规范选取。2. 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力，常用的内力分析方法有图解法、解析法、电算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组合，列表计算。,2.3.1 桁架内力计算,计算内力系数,3.节点刚性影响节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。4.杆件的内力变号屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压。半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工,5.节间荷载作用的屋架 将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作 用的屋架计算各杆内力。,直接承
4、受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。 局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。,M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。,简化计算：,计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。(a)(b)(c),杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高 。,2.3.2桁架杆件的计算长度,1. 影响钢屋架杆端约束大小的因素：1）杆件轴力性质拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆件弯曲，约束作用微不足道。2）杆件线刚度大小线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大， 较远的杆件作用小。,2.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度,2. 杆件
5、计算长度：桁架平面内计算长度弦杆支座斜杆 (节件长度） 支座竖杆中间腹杆,屋架杆件的计算长度,桁架平面外计算长度弦杆 （侧向支撑点间距离）腹杆 （节间长度 ）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。,交叉腹杆中交叉点处构造：1）两杆不断开。2）一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。,2.3.2.3交叉腹杆中压杆的计算长度,桁架平面内计算长度：无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。桁架平面外计算长度：拉杆可作为压杆的平面外支承点，压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点 的作用。GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外
6、计算长度计算公式：,1）相交另一杆受压，两杆截面相同并在交 叉点不中断2) 相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中断但以节点板搭接。,3）相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点不中断。4）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以 节点板搭接。,当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。 若 或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度时，式中， 为节点之间的距离， 为所计算杆内力， 为相交另一杆内力，取绝对值。,容许长细比，查规范（GB50017)。,当另一杆受拉，且两杆拉压力相同时，不论此拉杆是否中断，压杆的计算长度均为 ,当另一杆受压时，若两杆压力相同且不中断，计算长度为 ，若另一杆断开，则压杆的计算长度将
7、大于 。刚度要求：,杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大， 便于连接，用料经济通常选用角钢和T型钢,等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。,单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。,2.3.3杆件截面型式,截面伸展 壁厚较薄 外表平整,角钢杆件截面形式,受压弦杆：,受拉弦杆：,支座斜腹杆及竖杆：,其他腹杆：,连接垂直支撑的竖杆：,垂直支撑传力时竖 杆不致产生偏心，方便吊装。,屋架构造的一般要求1.同一榀屋架中，角钢的规格不超过56种最小角钢 L45X4 L56X36X4,L18m 的小角钢屋 架不受此限。,2.3.4 一般构造要求与截面选择,2.屋架杆件中的填板。作
8、用：保证两角钢共同工作。间距：压杆拉杆 数量：不小于2个。,拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度。压弯构件：强度，稳定，刚度。双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时的换算长细比可以用简化公式（2-6a2-9b)计算。,2.3.4.2 桁架杆件截面选择,任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。,2.3.5 桁架节点设计,1.节点设计的一般原则双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中
9、心。角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便使节点紧凑时只能切肢尖。,2.3.5.1双角钢截面杆件的节点, 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。,节点板上各杆件之间的间距a:,偏心力矩：,-第i杆的线刚度,当偏心e0.05h时考虑偏心对杆件产生的附加弯矩：,受静载时，,受动载时，,2.节点板设计：形状简单、规则，如矩形、梯形梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹杆最大内力确定，三角形屋架节点半板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板厚度相同。,1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30 2）斜腹杆与弦杆夹角应在3060 3）节点板的自由边长度与厚度之比不得
10、大于,3.节点的构造与计算,一般节点节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 腹杆与节点板间的传力-两侧角焊缝（L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴心力角钢的角焊缝计算。 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值，按下式计算其焊缝长度。,肢背焊缝：,肢尖焊缝：,节点板部分伸出当“A”焊缝强度不足时，采用节点板伸出方案， 肢尖“A”与肢背“B”两条焊缝传递弦杆与节点板间内力，,P较小，近似按只承受轴力时,的肢尖和肢背的分配系数将,焊缝计算弦杆自身拼接焊缝（“C”焊缝），传递两侧弦杆内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接角钢两侧的焊缝近于等距，N力由两根拼接角钢的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一侧的焊缝长度
11、为：,拼接角钢长度为,内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差N,如N过小则取弦杆较大内力的15%，内力较小一侧弦杆与节点板间焊缝参照传力一侧采用。弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：,上弦跨中拼接节点构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2个。计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点相同。,支座节点屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。,屋架与柱的刚接： 刚接节点连接焊缝 传递内力由以下两 部分组成： 屋面荷载产生的 横梁端反力， 横梁端弯矩在上 下弦轴线处产生的 附加水平力、附加 竖向反力，下弦处 的水平力中还应包 括框架内力组合的 相应水平剪力。,梯形屋架支座节点,节点板 加劲肋 底板 锚栓,加劲肋作用： 提高支座节点的侧向刚度，使支座底版受力均匀，减少底版弯矩,支座节点力的传递路线为：,支座节点的计算：底板：底板面积：,底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将基础反力看成均布荷载q,底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支撑的板，其单位宽度的弯矩为：,加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力,固端截面弯矩,加劲肋与节点板间竖向焊缝L:,焊缝受力：,焊缝验算：,支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝：传递全部反力R。,谢谢观赏！,
