24米钢屋架计算书绝对实用优质资料

1、钢屋架设计一计算书一、设计资料厂房总长度120m,檐口高度15m厂房为单跨结构，内设两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土等级为C30。柱顶截面尺寸为 400mmx 400mm钢屋架设计不考虑抗震设防。二、选题厂房柱距选择：6m屋架形式：D,如图2.1，跨度=24m。图2.10.4 kN/m0.4 kN/m0.5 kN/m0.05 KN/m21.4 kN/m0.15KN/m2(0.12+0.011 X 24) =0.384 kN/m荷载取值：永久荷载防水层（三毡四油上小石子） 找平层（2cm厚水泥砂浆） 保温层 （8cm厚泡沫混凝土） 一毡二油隔气层预应力混凝土大型屋

2、面板钢屋架及支撑重悬挂管道：刀 3.284 kN/m小计可变荷载雪荷载（第三组） 屋面活荷载积灰荷载0.35 kN/m0.7kN/m0.9kN/m三、钢材选择及焊接方法和焊条型号钢材选择：Q235焊条选择：E43型，手工焊四、屋盖支撑系统布置图本屋盖为无檩盖房，i=10，为平坡梯形屋架。屋架计算长度为L。=L-300mm=23700mm端部高度，中部高度和屋盖杆件几何尺寸见施工图（跨中起拱按L/500考虑）。上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆布置见图4.1。因连接孔和连接零件上有区别，图中分别给出了W1, W2和W3三种编号。五、荷载计算在荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重

3、屋盖可不考虑。各荷载均按水平投影面积计算。永久何载设计值：23.2844x1.35=4.43 kN/m可变荷载设计值，取活载和雪荷载中的较大值：（0.7+0.9）x1.4=2.24kN/m荷载组合考虑以下三种荷载组合：（1）组合一：全跨永久荷载 +全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：F= （4.43+2.24 ）X 1.5 X 6=60.03kN（2）组合二：全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨永久荷载：Fi=4.43 X 1.5 X 6=39.87kN半跨可变活荷载：F2=1.6 X 1.5 X 6=14.4kN（3）组合三：全跨屋架与支撑 +半跨屋面板+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷

4、载：F3=0.5184 X 1.5 X 6=4.67kN半跨屋面板及活载产生的节点荷载：F4= （1.68+2.24 ）X 1.5 X 6=43.3kN以上1）, 2）为使用阶段荷载组合;3 ）为施工阶段荷载组合。六、内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下， 屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的 斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在 半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架斜腹 杆设计的依据。具体数值见表

5、 1内力计算表。77977图6.1全跨荷载布置图7777杆件名称杆内力系数组合一F=50.72kNN=FX1组合二F1=36.86 kNF2=13.86 NN左= F1X+F2XN右二卩1+F2X组合三Fa=4.67kNF4=24.57kNN左=F3 X+ F4 XN右=F3 X+ F4 X计算内力KNP=1全跨在左半跨在右半跨上弦杆10、250.000.000. 000.000.000.000.000.000.0011、12-8.68-6.53-2.77-440.25-410.45-358.34-200.98-108.59-440.2513、14-13.48-9.57-5.04-683.71

6、-629.51-566.73-298.09-186.78-683.7115、16-15.20-9.01-6.83-770.94-685.15-654.94-292.36-238.80-770.9417-14.72-8.29-8.29-746.60-657.48-657.48-272.43-272.43-746.60下弦杆14.713.621.40238.89223.78193.01110.9456.39238.89211.488.413.96582.27539.72478.04260.25150.91582.27314.599. 975.95740.00675.97620.25313.1021

7、4.33740.00415.129.267.56766.89685.67662.10298.13256.36766.89斜腹杆276.875.032.38348.45322.94286.22155.6790.56348.4528-8.56-6.82-2.63-434.16-410.05-351.97-207.54-104.59-434.1630-5.44-3.66-2.29-275.92-251.25-232.26-115.33-81.67-275.92323.702.132.02187.66165.90164.3869.6166.91187.6633-2.46-0.93-1.97-124.7

8、7-103.57-117.98-34.34-59.89-124.77341.12-0.241.7656.8137.9665.68-0.6748.4756.81/-0.67360.011.35-1.730.5119.08-23.6133.22-42.460.51/-42.4637-1.08-2.291.5654.78-71.55-18.19-61.3133.2954.78/-71.55竖杆9-0.50-0.500.00-25.36-25.36-18.43-14.62-2.34-25.3629-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.72表1l.

9、DO图6.3右半跨荷载布置图内力计算表31-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.7235-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.72381.930. 650.6597.8980.1580.1524.9824.9897.89七、杆件截面设计1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N = -770.94kN （压力），查钢结构设计手册，节点板厚度选用14mm，支座节点板厚度选用16mm。计算长度 屋架平面内取节间轴线长度 l0x =150.8cm 屋架平面外根据支撑和内力变

10、化取10y =2 150.0 = 300.0cm 因为210x :- 10y，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图7.1所示。3770.94 100.807 215=4443.3mmA7 1/y图7.1上弦截面设，=60，查表=0.807 需要截面积需要回转半径1 0x150860=2.51cmly1 0y300060=5.00cmiy根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表，选用2L 160 100 10 , A = 50.6 c m2 , ix = 2.85 cm=7.78cm。按所选角钢进行验算x =l0x. ix =150.8 2.85 =52.9 , y =l0y iy =30

11、0.00 7.78 =38.56 满足长细比：=150的要求。由于x - y只需求出 爲n V，查轴心受压构件的稳定系数表，X =0.842770.94 1030.842 5060= 180.95N/mm2 ： f =215N/mm2所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=766.89kN （拉力）计算长度 屋架平面内取节间轴线长度 l0x =300cmX、屋架平面外根据支撑布置取I0y = 1185cm计算需要净截面面积N 766.93灯02、An3567.12mm图7.2下弦截面f215选用 2L140X90X8 （短肢相并），见图 7.2 所示，A =3

12、6.00 c m2 , ix = 2.59 cm , i y =4.50cm按所选角钢进行截面验算，取An =A 。l0xix3002.59= 115.8 ：；= 350b rll85263.33 ： =350iy 4.50766.93 10336002= 213.4N/mm： f2=215N /mm所选截面满足要求。3、斜腹杆截面计算 斜腹杆28N = -434.16kN （压力）,l0x = ly = l =254.3cm因为l0x = l0y,故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix = iy选用 2L 140X90X10,见图 7.3 所示A = 44.6 c im2 , ix = 2.56

13、 cm , iy = 6.84cm“Fibb99.3150属于b类截面0y254 3MEI150属于b类截面满足长细比： =150的要求。由于 -y只需求出：min V，查表,0.559图7.3斜腹杆28截面十r、2= 174.14N/mm :2=215N /mmN 434.16 103 xA 0.559 4460所选截面合适。 斜腹杆27N = 348.45 kN （拉力），lx = 0.8l = 209.3cm, by = l =261.6 cm计算需要净截面面积N348.45 1032152=1620.7mm图7.4斜腹杆27截面选用2L 56X3，见图7.4所示A = 1674 c i

14、m2 , ix = 1.68 cm , iy = 2.91 cm验算:2l0x348.45 1031674l 0xix230 2討二94150属于b类截面l 0yiy287 874.8 :二 150 属于3.85b类截面满足长细比：= 150的要求。由于x - y只需求出：min二X，查表 = 0.596y14x3|1y图7.5斜杆2-13截面N 275.92 103 ；A 一 0.596 24602= 188.2N /mm2=215N /mm209.3 =124.6 . = 350，y 二电二2616 =899：， = 3501.68iy 2.91= 208.2N/mm2 ： f =215N

15、/mm2所选截面满足要求。 斜腹杆30N = -275.92kN （压力）,l0x =230.2mml0y = l =287.8mm选用 2L 808，见图 7.5 所示，A =2460mm2 , ix =2.44cm , iy = 3.85cm所选截面合适。斜腹杆32N =187.66kN （拉力）,lx = 0.8l = 229.4cm, ly = l =286.7 cm计算需要净截面面积3187.66 10215二 872.8mmy图7.6斜腹杆32截面选用 2L 56X5，见图 7.6 所示，A =10.82 c m2 , ix =1.72 cm , iy =2.77 cm 验算:l0

16、xix229 4”133，：3500yIy2867 = 1 0 35 ：= 3 5 02.77187.66 10310822 2= 173.4N/mm : f =215N/mm所选截面满足要求。斜腹杆33N = -124.77 （压力）,l0x =251.0cm ly = l =313.8cm选用 2L 63X8，见图 7.7 所示，A =19.02c m2 , ix = 1.90cm , iy = 3.18cml251 0yx 4132.1 ：= 150 属于 b 类截面-1- 14ix 1.90l 0yyIy313 898.7 : =150属于b类截面3.18满足长细比:=150的要求。数

17、表， = 0.378图7.7斜腹杆33截面124.77 10173.5N/mm2 ： f -215N/mm：xA 0.378 1902所选截面合适。斜杆34N = 56.81 kN （拉力），lox = 0.8l = 250.2mm, loy = l =312.7cm计算需要净截面面积3A N 56.81002代264.2mmf 215选用 2L 56X5，见图 7.8 所示，A = 10.82c m2 , ix = 1.72 cm , iy = 2.77 cm验算：14X =l0xix2502 =145.5 ： =3501.72l 0yiy312 7右2，心50CT =56.81 10 =5

18、2.5N/mm2 ： f =215N/mm 1082图7.8斜腹杆34截面所选截面满足要求。斜腹杆36N = -42.46 kN （安装过程中出现较大压力），选用2L 63用，见图7.9所示，A =9.96c m2lox =272.4cml0y = l =340.5cm,ix = 1.96 cm , iy = 3.09cmx y只需求出：min二x，查轴心受压构件的稳定系10 xxix l 0yyIy40、=110.2 ： =150 属于 b 类截面3.09满足长细比:=150的要求。由于xy只需求出：min：x，查表，x =0.349一x2724 =139.0 =150 属于 b 类截面1.

19、60图7.9斜腹杆36截面342 46 102122.2N/mm2 ： f =215N/mm xA 0.349 9961 0yyly=空=110.9=1503.06所选截面合适。斜杆37N = -71.55 kN （安装过程中出现较大压力 ）10x =271.4cm 10y = l =339.3cm选用 2L63X5，见图 7.10 所示 A =14.58c m2 , ix = 1.93cm , iy = 3.06cm 验算nl0XXix2714 =140.6 ：订=1501.93图7.10斜腹杆37截面由于 y只需求出：min=讥，查轴心受压构件的稳定系数表, =0.510N 25.36 1

20、03xA 一 0.5107332= 21.3N/mm2 ： f =215N/mm由于 -y只需求出：min二X，查轴心受压构件的稳定系数表 =0.342丁 =_N71.55 10143.5N/mm2 ： f -215N/mm:xA 0.342 汉 1458 所选截面合适。4、竖杆截面计算边竖杆9N = -25.36 kN （压力）,l 0x = 10y = l =201.5cm选用 2L63X0, A =23.32 c m2 , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm l 201 5 x 空107.2 ：= 150属于b类截面ix1.88l 201 5yp=T0T65.6 :【円5

21、0属于b类截面 满足长细比：-150的要求。所选截面合适。囤竖杆29N = -50.72kN （压力）,lx =184.0cmly =230.0cm选用 2L63X10,A =23.32 c m2 , ix = 1.88cm , iy = 3.07cml184 0八倉荷皿9 :150属于b类截面兀需=74.9 ：【円50属于b类截面x 二 0.568满足长细比：订=150的要求。由于 -y只需求出：min二：x，查轴心受压构件的稳定系数表,50.72 103cr =38.3N/mm2xA 0.568 2332:f = 215N / mm14所选截面合适。竖杆31lox =208.0cmloy

22、=260.0cmN = -50.72kN （压力），选用 2L63X0, A =23.32 c m2 , ix = 1.88cm , iy = 3.07cmix208 08厂1100属于b类截面260.0iy84.7 : =150属于b类截面 3.07x =0.489满足长细比：订=150的要求。由于x -y只需求出：min二x，查轴心受压构件的稳定系数表,50.72 103xA 0.489 2332 44.5N/mm:f =215N/mm2所选截面合适。竖杆35l0x =232.0ml0y =290.0cmN = -50.72kN （压力）,选用 2L63X0, A =23.32 c m2

23、, ix = 1.88cm , iy = 3.07cm232123.4 ： =150属于b类截面ix1.88気290J94=150属于b类截面3.07iy满足长细比： =150的要求。由于 -y只需求出：min V，查轴心受压构件的稳定系数表, 0.41850.72 1032 52.0N/mm=: f =215N/mm xA 0.418 2332所选截面合适。中竖杆38N =97.89kN （拉力）, lx =288.0ml0y =320.0cmN 97.89 1032455.3mm215选用 2L63X10, A =23.32 c m2 , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm

24、l0xix2880 =153.2 - =3501.88iy320.0 =104.1 ： = 3503.07满足长细比： =350的要求。N 97.89 10322图7.11中竖杆截面图表二42.0N/mm : f =215N/mm A 2332所选截面合适。屋架杆件一览表杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积(c ma)回转半径长细比容许长细比系数 min(T(N/m 眄loxloyixiy入 max上弦-770.94150.8300，0丄匚短肢相并2L160 X 100X1050.62.857.7852.901500.842-180.95下弦766.89300.01185.0匚短肢相

25、并2L140 X 90X836.02.954.50263.33350213.4斜腹杆27348.45209.3261.62L56 X816.741.682.91124.6350208.228-434.16254.3254.3*长肢相并2L140X 90X 1044.62.566.8499.34150-0.559-174.1430-275.92230.2287.82L80 X824.62.443.8594.31500.596-188.232187.66229.4286, 72L56 X510.821.722.77133.4350173.433-124.77251.0313.82L63 X819.

26、021.903.18132.11500.378-173.53456.81250.2312.72L56 X510.821.722.77145.535052.536-42.46272.4340.52L63 X49.961.963.09139.01500.349-122.237-71.55271.4339.32L63 X614.581.933.06140.61500.342-143.5竖9-25.36201.5201.52L63X 1023.321.883.07107.21500.510-21.329-50.72184.0230.02L63X 1023.321.883.0797.91500.568-

27、3531-50.72208.0260.02L63X 1023.321.883.07110.71500.489-44.535-50.72232.0290.02L63X 1023.321.883.07123.41500.418-52.03897.89288.0320.0十字形2L63X 1023.321.883.07153.235042.0八、节点设计图8.1钢屋架节点图重点设计“ 1 ”、“2”、“11”、“18”“5”五个典型节点，其余节点设计类同。1下弦2节点设计步骤：根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw。然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点

28、板的连接焊缝。wo选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f t=160N/ mrn，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。(1) 11-2杆的内力N=348.45KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=6mm ,所需要的正面角焊缝长度为：lw3 =63mmN3 =0.7hf lw31f =2 0.7 6 63 1.22 160=103.3kN肢背lw112 = 155.1m m,取 160mm0.7N -N3/2 _0.7 348.45 103 -103.3x0.5x1032 0.7hf ffw 一2 0.7 6 160肢尖l w20.3N -N3/22 0.7hf ffw0.3 348

29、.45 103 -0.5x103.3x1032x0.7x6x16012 =51.3mm，取 60mm(2) 13-2杆的内力N= -275.92KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=6m m，所需要的正面角焊缝长度为：lw3 =80mmN3 =0.7hf G J f=2 0.7 6 80 1.22 160 =131174.4N肢背l W10.7N -N3/22 0.7hf ffw0.7 275.92 103 -65587.22X0.7X6X16012 = 106.9mm，取 110mm肢尖I0.3N -N3/22 0.7hf ffw0.3 275.92 103 -65587.22汇0.7汉

30、6汉16012 = 24.8mm，取 60mm(3) 竖杆2-12杆的内力N= -50.72KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=8mm。所需要正面角的焊缝长度为：lw3 =63mmN3 =0.7hf、lwf ffw =0.7 8 63 2 1.22 160 =137733.12N因为 2k2N =2 0.3 50.72 103 = 30432N ： N3 =137733.12，所以按两面侧焊缝计算。3肢背lw10.7N0.7 50.72 10w16 = 35.8mm,取 40mm2 0.7hfffw2 0.7 8 16030.3 50.72 1016 = 24.4mm，因 8xhf

31、=64mm，故取 70mm2 0.7 8 160(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内力之差。 N = 582.87 238.89 = 343.98kN肢背焊缝验算，hf = 8mm,2/3 343.98 1032f62.23N / mm2 x0.7 疋8 汉3292v 160N/mm满足要求。根据节点放样，得节点板尺寸为345X300,节 点图如图8.2所示。2上弦11节点：(1) 11-2杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点2中11-2杆计算相同。lw3 = 63mm lw1 = 160mmlw2 =60mm图8.2下弦节点2(2) 1-11 杆 N = -434.16

32、kN采用三面围焊，设肢背和肢尖hf = 8mm，所需要正面角的焊缝长度为：Iw3 = 140mmN3 =0.7hf lw3 f ffw =2 0.7 8 140 1.22 16306073.62N3因为2k2N =2 0.30 434.16 10 = 260496N : N3，所以按两面侧焊缝计算。30.70X434.16 勺0怖 Ilw1 =+ 16= 201.6，取 lw1 = 210mm2 乂 0.7 乂 8 乂16030.30 汉434.16 汉 103订lw2 =+ 16= 88.7，取 lw2 = 90m2汉0.7汉8汉160为便于在上弦杆搁置屋面板，节点板的上边缘缩进8mm，用槽

33、焊缝把上弦杆和节点板连接起来。槽焊缝按两条角焊缝计算，其强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时略去屋架上弦坡度的影响，假定集中荷载与上弦垂直。上弦肢尖焊脚尺寸 hf = 6mm，肢背焊脚尺寸hf二t/2 = 14/2 = 7mm，P= 50.72kN。节点板尺寸为 315x405，设肢尖焊缝hf =5mm ,假定集中荷载 P与上弦垂直，忽略屋50720架上弦坡度影响。 肢背焊缝验算：2 22x0.7hflw= 2x0.7x7x( 405-14)俅“饰 皿160 = 156N/mm肢尖焊缝验算：内力差，n =440.25-0 =440.25kN(K2N)2(P/2 1.22)22 97hflw(

34、0.25 440.25)2 (50.72/2 1.22)22 汉 0.7 汇 6 (405-12)270.52N / mm：0.8ffW := 0.8 160 =128N/mm2焊缝强度满足要求，节点图如图8.3所示。图8.3上弦节点113、屋脊18节点（1）弦杆一般都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，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除，并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm ）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝hf =10mm，则一条脚焊缝的计算长度为：746.60X04x0.7x10x160=166.7mm拼接角钢的长度5=2（匚 2hf）+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取400mm,竖肢需切去 厶=14 10 29mm，取为30mm，并按上弦杆坡度热弯。（2 ）上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略与节点11处槽焊缝验算方法类似验算过程省略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的