18m焊接梯形钢屋架设计.docx

18m钢屋架设计计算书目录一、设计资料- 2 -二、屋架支撑体系的设置- 3 -三、荷载计算及杆件内力计算- 4 -1、荷载计算- 4 -表1 荷载设计值的计算- 4 -2、荷载组合- 4 -3、内力计算- 4 -表2 屋架杆件内力组合表- 5 -四、杆件截面选择- 5 -1、节点板厚- 5 -2、上弦杆- 6 -3、下弦杆- 7 -4、端斜杆aB- 7 -5、斜腹杆BC- 8 -6、竖腹杆Gg- 9 -7、其他腹杆- 9 -表3 屋架杆件截面选择表0五、节点设计- 11 -1、下弦节点“c”（图9）- 11 -2、上弦节点“B”（图10）- 13 -3、屋脊节点“G”（图11）- 14 -4、跨中下弦拼接节点“g”（图12）- 15 -5、支座节点“a”（图13）- 16 -六、设计施工图- 18 -七、参考文献- 18 -一、设计资料1 某单层单跨工业厂房，跨度18m，长度102m。2 厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度C20，上柱截面尺寸400400mm，钢屋架支承在柱顶。3 吊车一台150T，一台30T，中级工作制桥式吊车（软钩），吊车平台标高12.000m。4 荷载标准值：1 永久荷载屋面材料自重 屋架及支撑自重 按经验公式2 变荷载屋面活载标准值： 雪荷载标准值 积灰荷载标准值 3 风荷载B类地区 基本风压：5 屋架计算跨度、几何尺寸及屋面坡度见附图：图1 18米钢屋架几何尺寸（mm）6 钢材选用Q235号钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供选用。7 钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装设备。二、屋架支撑体系的设置根据屋盖支撑系统的布置原则，在第一开间布置上弦横向水平支撑，上弦横向水平支撑间距不宜超过60m，故在中间开间布置上弦横向水平支撑；在上弦横向水平支撑处同样设置下弦横向水平支撑，并在支座处设置下弦纵向水平支撑；在支座处和跨中处设有横向支撑处设置竖向支撑，每4个开间再设置一道竖向支撑。屋架形式、尺寸及屋盖支撑布置见图2。图2 屋盖支撑布置三、荷载计算及杆件内力计算1、荷载计算恒载设计值=恒载标准值1.2活载设计值=活载标准值1.4屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的荷载值来计算。具体计算如下表所示：表1 荷载设计值的计算序号荷载类型标准值设计值备注1屋面材料自重0.500.602屋架及支撑自重0.3180.3816永久荷载总重1.1180.98163屋面活荷载0.500.70取3、4中较大的数值4雪荷载0.450.635积灰荷载0.350.49可变荷载总重0.951.19注：风荷载属于随机荷载，在荷载设计中可暂不考虑2、荷载组合荷载组合应考虑使用阶段和施工阶段两种情况。下列（1）、（2）为使用阶段的最不利荷载组合，（3）为最常见的施工方法确定的最不利荷载情况，三种荷载组合均以屋架上弦节点荷载表示。（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：（3）全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：3、内力计算屋架在单位荷载作用下全跨和半跨的各杆件的内力系数已知，对于三种组合进行各杆件内力计算，计算结果见表1，表中杆件名称对照图3。由表中数据可知：第一种组合对杆件计算起主要控制作用，第三种组合可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号，第二种组合不起控制作用。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用第三种组合。表2 屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（P=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算内力(kN) 全跨左半跨右半跨上弦杆AB0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 BCD-6.221 -4.371 -1.850 -149.580212-202.357415-171.917852-110.842535-102.184412-202.357415DEF-8.993 -5.636 -3.357 -216.231289-284.282608-256.76505-157.888048-150.06105-284.282608FG-9.102 -4.551 -4.551 -218.852129-273.802723-273.802723-155.840803-155.840803-273.802723下弦杆ac3.470 2.537 0.933 83.434068114.066820894.699483262.166340856.6575632114.0668208ce7.962 5.325 2.637 191.4415128255.7376928223.2817056140.9380128131.7063456255.7376928eg9.279 5.312 3.967 223.1079876287.2472004271.0071324161.1809604156.5616924287.2472004斜腹杆Ba-6.502 -4.754 -1.748 -156.336689-213.738386-177.44274-116.486546-106.16274-213.738386Bc4.739 3.158 1.581 113.9464116152.0773668133.03603883.847286878.431238152.0773668Dc-3.382 -1.862 -1.520 -81.3181608-103.800694-99.6712488-58.4925336-57.3179688-103.800694De1.884 0.540 1.344 45.299649651.819825661.527643230.876465633.637723261.5276432Fe-0.690 0.615 -1.305 -16.590636-9.16488-32.347728-8.51688-15.110928-32.347728Fg-0.462 -1.632 1.170 -11.1085128-30.81393363.0185352-12.7217736-3.0985848-30.8139336竖腹杆Aa-0.500 -0.500 0.000 -12.0222-18.0594-12.0222-9.4194-7.7022-18.0594Cc-1.000 -1.000 0.000 -24.0444-36.1188-24.0444-18.8388-15.4044-36.1188Ee-1.000 -1.000 0.000 -24.0444-36.1188-24.0444-18.8388-15.4044-36.1188Gg0.812 0.406 0.406 19.524052824.426259224.426259213.902739213.902739224.4262592四、杆件截面选择1、节点板厚最大腹杆内力N=-213.738386kN，查表9-1，选用中间节点板厚t=8mm，支座节点板厚t=10mm2、上弦杆整榀屋架上弦采用一种杆截面，按上弦杆FG 、GH的最大计算内力设计。计算内力：N=-284.282608KN计算长度：屋架平面内取节点中心间轴线长度：屋架平面外根据屋架支撑布置，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度取为两块屋面板宽度，即：截面选择：因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图3。图3 上弦截面设，查轴心受力稳定系数表，得。需要的截面特性： 根据需要的A、，查型钢表，选用2100806不等边角钢，短边相连。截面特性为：A=21.274cm2，=2.40cm，=4.69cm截面验算：由于，取，查附表1.20得，所选截面满足要求。3、下弦杆整榀屋架下弦杆采用同一截面，按最大内力计算：N=287.247kN=287247N。计算长度：屋架平面内取节点中心间轴线长度：，屋架平面外根据支撑布置取，截面选择：计算需要净截面面积查型钢表，选用 2140908（短肢相并），见图4。图4 下弦截面截面特性为：A=36.076cm2，=2.59cm，=6.73cm。截面验算：，因此所选截面满足要求。4、端斜杆aB计算内力：N=-213.738KN计算长度：截面选择：选用不等边角钢，长边相连。设，查轴心受力稳定系数表，。需要的截面特性：根据需要的A、，查型钢表选用21258010不等边角钢，短肢相并图5 端斜杆Ba截面特性：A=39.424cm2，=3.98cm，=3.38cm截面验算：由于，取，查附表1.20得所选截面满足要求5、斜腹杆BC计算内力：N=152.0773668KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度，屋架平面外根据支撑布置取，截面选择：A=根据需要的A、，查型钢表选用2706等肢角钢。图6 斜杆Bc截面特性：A=8.160cm2，=2.15cm，=3.19cm。截面验算：，6、竖腹杆Gg计算内力：N=24.4262592KN计算长度：截面选择：需要截面面积选用等肢角钢2454，见图7。图7 中竖杆Gg截面特性：A=6.972cm2，1.74cm。截面验算：，所选截面满足要求。7、其他腹杆其余各杆件截面选择结果见表2。其他腹杆因为内力都比较小，考虑到采用的角钢规格不宜太多，故此处也选用2636等边角钢。上述杆件及其余杆件的截面选择见表3- 18 -杆件计算内力（kN）截面规格截面面积（cm2）计算长度（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数应力（N/mm2）名称编号上弦杆FG-284.28310080621.274150.8301.62.404.6964.311500.786170下弦杆eg287.24714090836.0763008852.596.73131.535079.623腹杆Aa-18.05944546.972159.21991.382.16115.41500.46455.825Ba-213.738125801039.4242532533.983.3874.851500.72674.68Bc152.0777068.160209261.32.153.1997.2350186.37Cc-36.118863614.576183.22291.932.9194.91500.58842.142Dc-103.80175617.594229.1286.42.313.3899.21500.561105.166De61.5284546.972229.1286.41.382.1616635088.250Ee-36.118863614.576207.22591.932.91107.41500.51148.492Fe-32.34863614.576249.9312.41.932.91129.51500.38757.345Fg-30.81463614.576249.9312.41.932.91129.51500.38754.626Gg24.4264546.972=260.1=1.74149.520035.03表3 屋架杆件截面选择表五、节点设计重点设计支座节点“a”、上弦节点“B”、下弦节点“c”、屋脊节点“G”、下弦中央节点“g”五个典型节点（图9），其余节点设计类同。用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 ，各杆件内力由表2查得，最小焊缝长度不应小于。图8 杆件内力（kN）1、下弦节点“c”（图9）先计算腹杆焊缝长度，然后定出节点板的形状和尺寸，最后计算下弦杆与节点板之间的连接焊缝。（1）Bc杆焊缝计算：N=152.077kN设肢背与肢尖的焊脚尺寸均为6mm，所需焊缝长度为：（2）Dc杆焊缝计算：N=-103.801kN，设，肢背：，取。肢尖：，按构造要求，取。（3）Cc杆焊缝计算：N =-36.1188kN，设，肢背：，按构造要求，取。肢尖：，按构造要求，取。（4）下弦杆焊缝验算：下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦杆内力差N=255.738kN-114.067kN141.671kN肢背焊缝验算：肢尖焊缝验算：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差进行节点放样，得节点板尺寸为400275，如图9示。图9 下弦节点“c”2、上弦节点“B”（图10）（1）Bc杆焊缝计算与下弦节点“c”相同。N=152.077kN设肢背与肢尖的焊脚尺寸均为6mm，所需焊缝长度为：（2）Ba杆焊缝计算：N=-213.738386kN，设焊脚尺寸，（3）上弦杆焊缝验算：为了便于在上弦杆上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘缩进角钢肢背的尺寸为，取。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可视为两条焊脚为的角焊缝。由于焊缝质量不易保证，焊缝的强度设计值应乘以系数0.8。节点板放样尺寸为400250，如图10示。图10 上弦节点“B”设肢尖焊缝，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦杆垂直。肢背焊缝验算：尖焊缝验算：3、屋脊节点“G”（图11）（1）上弦杆拼接计算：上弦杆常采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的棱角削圆并切去垂直肢的一部分宽度：=t+hf+5mm=8+6+5=19mm，拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接接头一侧的连接焊缝长度可按上弦杆内力计算，N=-273.802723kN，设，每条焊缝所需长度为：（2）上弦杆与节点板连接焊缝计算：上弦杆与节点板之间槽焊承受节点荷载，强度足够，计算略。上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15%计算。设，节点板长度为400mm，节点一侧的焊缝长度为。偏心距，取。焊缝应力验算：（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=24.4262592kN，此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=6mm，则焊缝长度取50mm。（4）节点