15m跨度钢屋架结构设计说明书Word格式文档下载.docx
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考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，实际取半跨屋面檩条数为:
5a
np=11根，檩条间距ap5a719.5mm<
apmax.可以满足要求。
121
檩条水平间距：
apapcos668mm.
檩条选用槽钢[8，查表得相关数据：
Wx=25.3cm3、Wy=5.8cm3、Ix=101.3cm3
⑴荷载计算
恒载：
0.9KN/m2,活载：
0.6KN/m2.
檩条截面受力图如图2-1所示。
檩条线载荷为：
Pk=（0.9+0.6）0×
.668=1.002KN/m
P=（1.2×
0.9+1.40×
.6）×
0.668=1.28KN/m
Px=P×
sinα1.=28×
0.3714=0.475KN/m
Py=P×
cosα1.=28×
0.9285=1.188KN/m
⑵强度验算
檩条支撑如图2-2所示。
柱间距为l=4m，所以弯矩设计值为：
2
Pyl2
MxPyl2.376KNm
8
图2-1檩条截面力系图屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可不计算整体稳定性,只需计算其强度。
檩条的最大应力处位于槽钢下翼缘肢尖处：
MxMy0.0890.0340.123KN2123N2<
215N2
rxWnxryWnymmmmmm
檩条y方向：
Pl2Pl2
M檩条x方向：
M
832
图2-2
⑶刚度验算载荷标准值：
Pk1.002KNm.
在沿屋面方向有拉杆，可只验算垂直于屋面方向的绕度绕度：
33
v5Pkl351.0024000311
34<
l384EIx384206103101.3104250150满足刚度要求。
4屋架的内力计算
4.1杆件的轴力载荷计算
22
恒载0.9KN/m2，活载0.6KN/m2为求杆件轴力，把节间荷载转化为节点荷载p：
p=（1.2×
.6）×
1.502×
4=11.54KN按课题要求，根据建筑结构静力计算手册查的内力系数和计算内力如表1和图3所示。
杆件名称
杆件
内力系数
内力设计值（KN）
上弦
AB
-12.12
-139.86
BC
-11.75
-136.00
CD
-9.52
-109.86
DE
-11.00
-126.94
EF
-10.63
-122.67
下弦
A-1
11.25
129.83
1-2
10.00
115.40
2-3
6.25
72.13
腹杆
B-1,E-4
-0.93
-10.73
C-2,D-2
-1.56
-18.00
C-1,D-4
1.20
13.85
2-4
3.75
43.28
F-4
5.00
57.7
4.2上弦杆弯矩
由《钢结构与组合结构》查得，上弦杆端节间的最大正弯矩：
M1=0.8M0；
其他节间的最大正弯矩和节点负弯矩为:
M2=±
0.6M0；
上弦杆集中荷载：
P′=（1.×
20.9+1.4×
0.6）×
0.668×
4=5.13KN;
节间最大弯矩：
M0=P′·
a5/.41=3×
1.502/4=1.93KNm·
则：
M1=0.8M0=0.8×
1.93=1.544KNm·
M2=±
0.6M0=±
0.6×
1.93=±
1.158KN·
m
5屋架杆件截面设计
在设计屋架杆件截面前，首先要确定所选节点板的厚度。
在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大内力有关。
根据弦杆的最大内力Nmax=139.86KN.查《钢结构与组合结构》P177页表7-2-焊接屋架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚8mm，其它节点板厚6mm。
5.1上弦杆
整个上弦杆采用等截面通长杆，由两个角钢组成T形截面压弯杆件，以避免采用不同的截面时的杆件拼接。
弯矩作用的平面计算长度lox=158.3cm,
侧向无支撑长度l1=2×
158.3=316.6cm.
首先，试选上弦杆截面为2L70×
6,查《钢结构设计与计算》得其主要参数：
A=16.32cm,r=8mm,ix=2.15cm,iy=3.19cm
33Wxmax=38.8cm,Wxmin=14.96cm
⑴强度检验（截面无削弱）
杆件单向受弯，按拉弯和压弯构件的强度计算公式计算：
查表知:
x1=1.05,x2=1.2，[λ]=150
条件：
ANnMxWxnxf215N/mm2
取AB段上弦杆（最大内力杆段）验算：
轴心压力N=139.86KN.最大节间正弯矩：
Mx=M1=1.544KN·
最大负弯矩：
Mx=M2=1.158KN·
正弯矩截面：
因杆段相当于两端支撑的构件，杆上同时作用有端弯矩和横向荷载并使构件产生反向曲率，故按规范取等效弯矩:
mx0.85。
长细比：
xlioxx125.81.5373.6150
用最大正弯矩进行计算：
W1XWxmax38.8cmW2XWxmin14.9c6m
152.8=316.6cm.
所以loy=l1（0.75+0.25N1/N）=314.8cm.
oyloy314.898.7150
oyiy3.19
属b类截面，查表得y=0.564
用最大正弯矩进行计算：
Mx=M1=1.544KN·
m，W1XWxmax38.c8m3，
对弯矩使用角钢水平肢受压的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数b可
用最大负弯矩进行计算：
Mx=M2=1.158KN·
m，W1XWxmax38.c8m3，
对弯矩使用角钢水平肢受拉的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数b可按下式进
行计算：
b10.0005yy10.000598.710.95得by235
所以平面外长细比和稳定性均可满足要求
⑷局部稳定性验算
验算条件：
a0maxmin，max为腹板计算高度边缘的最大压应力。
min为腹板计算
0maxmaxmin
高度另一边缘相应的应力。
b`=b-t-r=70-8-8=54mm
h0=b-t-r=70-8-8=54tw=t=8mm
翼缘：
b`546.75t8
腹板：
h0546.75满足要求tw8
所以，上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用
5.2下弦杆（轴心受力杆件）
下弦杆为轴心受压构件，整个下弦杆不改变截面，采用等截面通常杆。
在下弦节点‘2'
处，下弦杆角钢水平肢上开有直径为17.5mm的安装螺栓孔。
因此，计算下弦杆强度时，必须考虑及此。
此外，选截面时还要求角钢水平肢（开孔肢）的边长≥63mm，以便开d0=17.5mm的安装螺栓孔。
首先按杆段A-1（该截面上无孔）的强度条件和下弦杆的长细比条件选择截面。
杆段A-1轴心拉力为N=129.83KN。
长细比容许值：
[λ]=350
下弦杆的计算长度为：
lox=308.8cm.（取下弦杆2-3段的长度）
oy=2lox=617.6cm
要满足：
AnN129.831031026.04cm2
nf215
选用2∟56×
36×
4，短边相连：
A=7.18cm2;
ix=1.02cm;
iy=2.77cm
⑴强度验算
杆段A-1：
An=A=7.18cm
N129.83102180.8N/mm2f215N/mm2
An7.18102
杆1-2：
⑵长细比验算
xlox308.8312.53，50yloy617.6223.0350
xix1.02yiy2.77
满足要求，所以所选下弦杆截面适用
5.3腹板
腹板为轴心受压构件，[λ]=150
（1）短压杆B-1,E-4.
因N值较小，杆件太短，拟采用单角钢截面，通过节点板单面连接。
先按长细比要求试选截面，然后进行验算
轴心压力N=10.73KN,l=63.3cm
斜平面计算长度：
l0=0.9l=56.97cm需要满足：
iminlo56.970.3798cm
min150
选用单角钢：
1∟36×
4：
A=2.76cm2,ix=0.7cm
属于b类截面，查表得=0.678
单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系
数为：
R0.60.00150.60.001581.40.7221.
N10.73103
A0.6782.76102
Rf0.7221215155.25N/mm2
57.34N/mm2Rf155.25N/mm2
满足要求，所选截面适用
2）长压杆C-2,D-2
轴心压力N=18.00KN,l=ly=176.9cm
l0=lx=0.8l=141.52cm按稳定性条件试选长压杆截面，采用等边双角钢组成的T形截面。
假定长压杆的长细比为120，则查表可得（b类截面）0.437，
需要满足：
N18.0010322
A1021.92cm2f0.437215
lx141.52
ixx1.18
x120
ly176.9
iy1.47
y120
选用2∟40×
A=6.18cm2,ix=1.22cm，iy1.88cm
验算
由maxx116，查的0.458
故所选截面适合。
3）短拉杆C-1,D-4
垂直支撑连在预先焊于长压杆和弦杆的连接板上，杆件截面无削减。
拟
采用单面连接的单角钢截面（截面无削减）
计算长度
l0=0.9l=0.9×
170.5=153.45cm
需要
loy511.4
iy1.46cm
y350
选用2L36×
4，
A5.52cm22.67cm2，ix1.09cm0.73cm，
iy1.72cm1.46cm，可满足使用要求。
5.4中间吊杆F-3
N=0,l=294cm因吊杆不连垂直支撑，故按拉杆长细比条件选择截面。
按单面连接单角钢计算所需截面：
l0=0.9l=264.6cm
需要:
il0264.60.756cm
imin0.756cmmin350
选用两个单角钢2∟36×
4，按十字形布置。
A5.52cm2，iminiyo1.72cm，可满足使用要求。
5.5填板设置与尺寸选择
两杆所受载荷较小，中间可不设置填板。
6屋架节点设计
角焊缝强度设计值，采用E43型焊条，手工电弧焊时为ffw160N/mm2
屋架各杆件轴线至杆件角钢背部的距离一般取5mm的倍数，则根据各角钢的参数可得杆件轴线至杆件角钢背部的距离表
表2-杆件轴线至杆件角钢背部的距离表
杆件截面
中心距离/mm
轴线距离/mm
备注
上弦杆
2L70×
6
20.3
20
下弦杆
2L56×
4
18.7
短压杆
B-1、E-4
1L36×
10.4
10
单面连接
长压杆
C-2、D-2
2L40×
10.9
短拉杆
C-1、D-4
1L30×
8.5
长拉杆F-4-2
2L36×
中央吊杆F-3
6.1支座点A
6.1.1下弦杆与节点板间连接焊缝计算。
N=129.83KN，下弦杆为短边相连的不等边角钢，查表知角焊缝内力分配系数k1=0.75，k2=0.25
取角钢肢背焊脚尺寸hf16mm（<
t=8mm），角钢肢尖焊脚尺寸hf25mm
按焊缝连接强度的要求：
背部：
lw1k1Nw0.75129.8310372mm
w120.7hf1ffw20.76160
趾部：
lw1k2Nw0.25129.8310329mm
w120.7hf2ffw20.75160
实际焊缝长度采用角钢肢背l1=100mm,肢尖l2=60mm
6.1.2按下列所列方法、步骤和要求画节点样图，并确定节点板尺寸，如图⑴严格按照几何关系画出汇交于节点A的各杆件轴线。
⑵下弦杆与支座底板之间的净距取150mm。
⑶按构造要求，预设置底板平面尺寸为220×
220，使节点A的垂直轴线通过底板的形心。
⑷节点板上缩进上弦杆的角钢背面长度为t26mm。
t1=8mm为节点板厚
度，取上下弦杆之间的轮廓线距离为25mm，则根据下弦杆与节点板之间的距离可画出下图
图4：
节点板图
6.1.3上弦杆与节点之间的连接焊缝计算
N=139.86KN，节点荷载：
P1=P/2=5.77KN
节点与角钢肢背采用塞焊缝连接，取hf16mm，设仅有肢背受节点荷载P1，因为P1很小，焊缝强度一定能满足要求，不必计算。
令角钢肢尖角焊缝承受全部轴心力N及其偏心弯矩M的共同作用。
M=N×
e，其中e为肢尖焊缝偏心距，是肢尖至弦杆的轴线距离。
e=70-Z0=70-20.3=49.7。
所以M=N×
e=139.86×
49.7=6.95KN·
取肢尖焊脚尺寸hf26mm，取实际焊缝长度l2330mm（全长焊满时远大
于330mm），计算长度：
lw2l210320mm
焊缝强度满足要求
6.1.4底板的计算
支座反力：
R=6P=6×
11.54=69.24KN
采用C20混凝土：
fc10N/mm2
锚栓直径采用20，底板上留矩形带半圆形孔；
锚栓套板采用-70×
20×
70，
孔径为22，如图所示
接触面上所受的压应力：
qR1.63N/mm2fc10N/mm2An
底板厚度由两
可以满足混凝土轴心抗压强度要求，预定底板尺寸220×
220适用⑵底板厚度t的确定
底板被节点板和加劲肋划分成四块相同的相邻边支撑的小板，
查表得：
β=0.06
板的最大弯矩为:
Mqa120.061.6314822142Nmm
按底板抗弯强度设计条件，需要底板厚度：
所以底板选用尺寸为：
-220×
8×
220
6.1.5节点板、加劲肋与底板间水平连接焊缝计算因底板是正方形，故节点板和加劲肋与底板的连接焊缝各承受支座反力的一半。
⑴节点板与底板间水平连接焊缝
承受轴心力：
N=R/2=69.24/2=34.62KN焊缝计算长度：
lw2（22010）420mm
构造要求：
hf1.5tmax1.5104.74mm
取hf5mm，满足要求。
⑵加劲肋与底板水平连接焊缝
轴心力：
N=R/2=34.62lw4（7010）240mm
hf0.7lw（fffw）1.06m
取hf5mm，满足要求
6.1.6加劲肋与节点板间竖向连接焊缝计算
加劲肋厚度采用6mm，与中间节点板等厚。
每一对加劲肋传递总反力的一半，每块加劲肋与节点板间竖向连接焊缝受力：
1Rb2203
V17.31KNMV17.311030.95KN
2244
焊缝强度计算长度：
lw608010130mm
hf1.5tmax1.563.67mm
6M/lw2
由以上计算知，底板和加劲肋及其连接焊缝均满足要求。
6.2上弦节一般节点B、E、C、D
6.2.1按以下方法、步骤和要求绘制节点详图：
（1）严格按几何关系画出汇交于节点B的各杆件轴线。
（2）节点板缩进上弦杆背面6mm，取上弦杆和短压杆的轮廓间距为15mm，根据短压杆和节点板间的连接焊缝尺寸，确定节点板的尺寸。
（3）标准节点板详图和各种尺寸。
6.2.2上弦杆B/E与节点板连接焊缝的计算N1=139.86KN，N2=136.00KN，P=11.54KN
节点载荷P假定全部由上弦杆角钢背部塞焊缝承受，取焊脚尺寸为4mm，
因P值很小，焊缝强度不用计算。
上弦杆角钢趾部角焊缝假定承受节点两侧弦杆内力差NN1-N2及其偏心弯矩M的共同作用，其中
NN1-N2139.861363.86KN
MN70z0、1033.867020.31030.19KNm
由图测得实际焊缝长度为L2=150mm，计算长度为lw215010140mm
N0.25mm
其它上弦杆一般节点（节点C、D、E和F）的设计方法步骤等与节点B相同，见节点图示。
因节点E和节点B的几何关系、受力情况完全相同，故节点详图也完全相同。
节点C和D也相同。
6.3屋脊拼接点F
N=122.67KNP=11.54KN
6.3.1拼接角钢的构造和计算为便于紧贴和保证施焊质量，拼接角钢采用与上弦杆截面相同及2∟70×
8，
拼接角钢与上弦杆间连接焊缝尺寸取hf5mm
铲除拼接角钢角顶棱角：
△1=r=8mm切短拼接角钢竖肢：
△2=t+hf+5=14mm，取△2=15mm
拼接接头每侧的连接焊缝共有四条，连接强度条件需要每条焊缝的计算长度
拼接处左右弦杆端部空隙取40mm，需要拼接的角钢长度：
708401
La2lw2hf233mm
wf2.52cos
为保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度La=400mm.此外，因屋面坡度较大，应将拼接角钢的竖肢开出剖口3270849.6mm.取60mm
32.5拼接按母材等强考虑，拼接材料的面积大于母材，不再作拼材强度验算，但其构造应尽量减少传力偏心。
6.3.2绘制节点详图为便于工地拼接，拼接处工地焊一侧的弦杆与拼接角钢和受拉主斜杆与跨中
吊杆上分别设置直径为17.5mm和13mm的安全螺栓孔，如图示
图6：
节点F的设计
6.3.3拼接接头每侧上弦杆与节点板连接焊缝计算弦杆轴力的竖向分力Nsin与节点载荷P/2的合力
VNsinP/2122.670.371411.54/设角钢背部塞焊缝承受竖向合力V的一半，取hf15mm，需要焊缝计算长
度（因P/2很小，不计其偏心影响）
由图知，实际焊缝长度远大于17.8mm，认为焊缝设计满足计算要求。
再设角钢趾部与节点板间的角焊缝承受余下的V/2以及当屋脊两侧屋面活载不对称作用可能引起的弦杆内力差N和弯矩M的共同作用，取
N0.15N0.15122.6718.4KN
MN80201031.1KNm
取hf25mm，由图中得趾部实际焊缝长度为180mm，其计算长度为：
lw217010160mm由经验可知，焊缝长度满足要求。
6.4下弦杆一般节点1
6.4.1绘制节点详图，如图7所示
图7：
节点1的设计
6.4.2下弦杆与节点板间连接焊缝的计算轴心受力：
N1129.83KNN2115.4K0N
NN1N214.43mm
由节点详图中知实际焊缝长度为l1l2300mm.
其计算长度lw1lw230010290mm.
k1N0.7514.43103
hf1w0.17mm
f120.7fw1ffw20.7290160
k2N0.2514.43310
hf22w0.0m6m
f220.f7w2ffw20.7290160
hf1.5tmax1.563.67mm
取hf1=hf
24mm，满足要求
6.5下弦杆与中央节点3
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