30m跨普通厂房钢屋架设计

某单跨单层厂房，跨度L=30，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架采用梯形钢桁架，铰接于混凝土柱上，上柱截面尺寸为400*400，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。屋面坡度i=1/11，雪荷载为0.30kN/m2，钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示。

图1 柱网布置图

2 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置

采用平坡梯形屋架，i=1/11，屋架计算跨度,端部高度取,中部高度取，根据荷载性质，钢材可采用Q235-BF，屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，如下图所示。屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。

3 荷载和内力计算

3.1 永久荷载标准值

大型屋面板                                        0.902 kN/m2

防水层                                            0.10kN/m2

屋架及支撑自重                                    0.15kN/m2

悬挂管道                                          0.05kN/m2

总计                                              1.202 kN/m2                                       

3.2 可变荷载标准值

雪荷载                                             0.30 kN/m2

屋面活荷载                                         0.54 kN/m2

3.3 荷载组合

3.3.1 全跨永久荷载+全跨可变荷载

全跨节点永久荷载及可变荷载设计值:

按永久荷载效应控制的组合

按可变荷载效应控制的组合

永久荷载荷载分项系数；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数；组合系数；组合系数；

3.3.2全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨永久荷载设计值：

对结构不利时

对结构有利时

半跨可变设计值：

3.3.3 全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

全跨节点桁架自重设计值：

对结构不利时    

对结构有利时    

半跨节点屋面自重和屋面活荷载：

综合以上三种组合，故节点荷载取19.8KN，支座反力为。

3.4 内力计算

用电算法可解出全跨荷载作用下屋架杆件内力，

图2  屋架几何尺寸及内力图

图3  上弦横向水平支撑布置图

图4  屋架、下弦水平支撑布置图

图5  1-1、2-2剖面图

4 杆件截面设计

腹杆最大内力219.7KN，查表7.4，选用节点板厚度为t=8mm，支座节点板厚度10mm。

4.1 上弦

整个上弦不改变截面，按最大内力计算：

（取两块屋面板宽度）

选用

，（b类）

双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算长细比

故由，按b类查表，得

填板每个节间放一块（满足范围内不少于两块）。

4.2 下弦

下弦也不改变截面，按最大内力计算：     

链接支撑的螺柱孔中心至节点板边缘的距离约为100mm（de节间），可不考虑螺柱孔削弱。

选用

填板每节点放一块， 

4.3 斜腹杆

4.3.1 杆件B-a：

选用

，故由按b类查表得

填板放两块， 

4.3.2 杆件K-g与g-e：

选用

填板各放两块， 

4.3.3 杆件G-d：

内力较小可按[λ]选择截面

选用2L56×5，A=10.84cm2, =1.72cm, =2.61cm,填板放三块， =73cm, 略大于40i=40×1.72=68.8cm。但实际节点板宽度较大，故仍可够用。

其余的杆件截面选择见表1。需要注意的是连接垂直支撑的竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度腹杆计算长度。

表1 屋架杆件截面选用表

杆件

杆件

5 节点设计

5.1下弦节点“b”

先算腹杆与节点板的连接焊缝：B-b杆肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸取

mm， 

则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：

肢背    mm,取110mm；

肢尖    mm,取80mm。

腹杆D-b和C-b的杆端焊缝同理计算，其中C-b杆内力相对较小，焊缝尺寸可按照构造采用mm。

其次验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差

由焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度是38.5cm,角焊缝计算长度,采用,肢背处的焊缝应力为:

下弦节点b的节点构造图6如图所示

图6 下弦节点“b”

5.2 上弦节点“B”

杆件Bb与节点板的焊缝尺寸和节点b相同，杆件Ba与节点板的焊缝尺寸可按照上述同样的方法计算得到。上弦节点B的节点构造图如图7所示。

图7 上弦节点“B”

杆件Ba的内力KN,肢背和肢尖焊缝mm和6mm，则所需要的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢相拼的角焊缝内力分配系数计算）：

肢背： mm，。

肢尖： mm，。

这里验算上弦与节点板的连接焊缝：节点板缩进8mm，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=259KN， mm， cm。

肢尖焊缝承受弦杆内力差KN， cm，偏心力矩， mm，则：

对： 

对M： N/mm2

则焊缝强度为：

5.3 屋脊节点“J”

腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸，一般可不计算。这里只进行拼接计算拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L140×12，除倒棱外，竖肢需切去△=t+hf+5mm=12+10+5=27mm,取△=30mm,并按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（设hf=10mm）

共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：

拼接角钢总长度为：

屋脊节点“J”的节点构造图如图8所示

图8 屋脊节点“J”

5.4 支座节点“a”

杆端焊接计算从略。以下给出底板的计算。

5.4.1 底板计算

支反力KN，混凝土强度C20， N/mm2，所需底板净面积：

锚杆直径取d=20cm，锚栓孔直径为40mm，则所需底板毛面积：

按构造要求采用底板面积为，垫板采用-，孔径26mm。实际底板净面积为：

底板实际应力：

，查表得，则：

所需底板厚度：

用mm，底板尺寸为-。

5.4.2加劲肋与节点板连接焊缝计算

一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为KN，

加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同

（即-）。采用mm，验算焊缝应力：

对V：

对M：

5.4.3 节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算

采用mm,实际焊缝总长度：

焊缝设计应力：

支座节点“a”如图9所示

图9 支座节点“a”

梯形屋架施工图见附图

参考文献

[1] 董军. 钢结构原理与设计.北京：中国建筑工业出版社,2002．  

[2] 钢结构设计标准(GB50017—2018).北京：中国计划出版社,2003.

[3] 建筑结构荷载规范(GB50009—2012).北京：中国建筑工业出版社,2012.

[4] 房屋建筑制图统一标准(GB/T 50001—2001).北京：中国计划出版社,2002．

[5] 建筑结构制图标准(GB/T 50105-2001).北京：中国计划出版社,2002．

[6] 钢结构设计手册(上册)(第三版).北京：中国建筑工业出版社,2004.