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焊接钢屋架设计113 钢结构设计任务书 焊接钢屋架设计 一.设计资料 北方地区一金工车间。长102m，跨度27m，柱距6m。采用无檩屋盖结构体系，梯形钢屋架，1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，膨胀珍珠岩制品保温层（容重4kN/m3，所需保温层厚度由当地计算温度确定），卷材屋面，屋面坡度i=1/10。 注：屋架均简支于钢筋混凝土柱上，混凝土标号为C20，建造地点自行决定。 屋架所受荷载，包括恒载和使用活载及风、雪荷载等，都应根据荷载规范采用。 二.建造地点、钢材、焊条的选择 本设计的建造地点选择在辽宁省沈阳市。根据沈阳的冬季计算温度（﹣22℃）和荷载性质（静荷载）及连接方法（焊接）。保温层厚度为10cm厚，按设计规范要求，钢材选用Q235B，焊条选用E43型，手工焊。 三.屋架尺寸 因采用缓坡梯形屋架，所以屋架的计算跨度为： Lo＝L－300＝27000－300＝26700﹙mm﹚ 屋架在30m轴线处的端部高度取： HO＝1980mm 跨中高度： H＝HO＋iL/2＝1980＋﹙0.1×27000﹚/2＝3330（mm） 屋架的高跨比： H/L＝3330/27000＝1/8.1 在屋架常用高度范围内。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5的宽度，腹杆体系大部分采用下弦节间长为3m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。屋架跨中起拱60mm（L/500），几何尺寸如图1所示。 图1 屋架几何尺寸 四.屋架支撑布置 根据车间长度（102m＞60m）跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设置在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见图 2。图中与水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。 （a） （b） 2-2 （c） （a）上弦横向水平支撑；（b）下弦横向水平支撑；（c）垂直支撑 图2 屋盖支撑布置图 五 .荷载和 荷载计算及汇总见表1 表1 荷载计算及汇总表 注：非轻型屋盖不考虑风荷载的作用。 计算屋架杆力时，应考虑如下三种荷载组合： 使用阶段“全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”。应注意半跨屋面活荷载可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨。恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值P1及P2分别为： P1＝3.9×1.5×6＝35.1（kN） P2＝0.98×1.5×6＝8.82（kN） 施工阶段“屋架及支撑自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活荷载”。这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施 工荷载（取屋面活荷载数值）既可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安装屋面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值P1′和P2′分别为： P1′＝0.54×1.5×6＝4.86（kN） P2′＝（1.68＋0.98）×1.5×6＝23.94（kN） （2） N=﹣1084.08 kN ，lox=150.8cm ，loy=301.6cm 按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l1为两块屋面板宽。 表2 根据腹杆最大设计杆力NaB=-532.62 kN，查表得，取中间节点板厚度t=12mm，支座节点板厚度t=14mm。 先由非对称轴选择截面，假设λ=60，查Q235钢的稳定系数表 ，则需要的??0.807（由双角钢组成的T型和十字形截面均属于b类） 截面积： N1084.08×103As===62.48（cm2） 0.807×215 一般角钢厚度≤15mm，属第1组，故取f=215N mm2。需要的回转半径为： ??xs=lox150.8λ60 60=2.15（cm） =5.03(cm) ??ys=loy301.6λ 上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T行截面。根据需要的As、??xs、??ys查角钢规格表，选用2L180×110×12，肢背间距a＝12mm，则A＝67.42cm2，ix? 3.10cm，iy? 8.74cm。 按所选角钢进行验算：λx= 故 σ=N φxlox150.8??x=3.1≤[λ]，φ=0.865 =1084.08×1030.865×6742=185.89（N mm2）lt;215（N mm2） 验算对称轴y的稳定承载力