米钢屋架计算书绝对实用

1、 钢屋架设计计算书一、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400mm x 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2.1荷载取值：永久荷载防水层（三毡四油上小石子） 0.4 kN/m2找平层（2cm厚水泥砂浆） 0.4 kN/m2保温层 （8cm厚泡沫混凝土） 0.5 kN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 kN/m2 钢屋架及支撑重 （0.12+0.011×2

2、4）=0.384 kN/m2 悬挂管道： 0.15KN/m2 小计 3.284 kN/m2可变荷载雪荷载（第三组） 0.35 kN/m2屋面活荷载 0.7kN/m2积灰荷载 0.9kN/m2三、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2 / 29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

3、算在荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑。各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值：3.2844x1.35=4.43 kN/m2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/m2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）×1.5×6=60.03kN（2） 组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载：F1=4.43×1.5×6=39.87kN 半跨可变活荷载：F2=1.6×1.5×6=14.4

4、kN（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载：F3=0.5184×1.5×6=4.67kN半跨屋面板及活载产生的节点荷载：F4=（1.68+2.24）×1.5×6=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

5、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1内力计算表。 图6.1全跨荷载布置图图6.2左半跨荷载布置图图6.3右半跨荷载布置图 内力计算表 表1杆 件名 称杆内力系数组合一F=50.72kNN=F×1组合二F1=36.86kNF2=13.86NN左=F1×+F2×N右=F1×+F2×组合三F3=4.67kNF4=24.57kNN左=F3×+F4×N右=F3×+F4×计算内力KNP=1全跨在左半跨在右半跨上弦杆10、250.000.000000.

6、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、14-13.48-9.57-5.04-683.71-629.51-566.73-298.09-186.78-683.7115、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14.713.621.40238.89223.7819

7、3.01110.9456.39238.89211.488.413.96582.27539.72478.04260.25150.91582.27314.599975.95740.00675.97620.25313.10214.33740.00415.129.267.56766.89685.67662.10298.13256.36766.89斜腹杆276.875.032.38348.45322.94286.22155.6790.56348.4528-8.56-6.82-2.63-434.16-410.05-351.97-207.54-104.59-434.1630-5.44-3.66-2.29-2

8、75.92-251.25-232.26-115.33-81.67-275.92323.702.132.02187.66165.90164.3869.6166.91187.6633-2.46-0.93-1.97-124.77-103.57-117.98-34.34-59.89-124.77341.12-0.241.7656.8137.9665.68-0.6748.4756.81/-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

9、.55竖杆9-0.50-0.500.00-25.36-25.36-18.43-14.62-2.34-25.3629-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.7231-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.7235-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.72381.930650.6597.8980.1580.1524.9824.9897.89七、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

10、（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屋架平面外根据支撑和内力变化取因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图7.1所示。 设，查表 需要截面积 图7.1上弦截面 需要回转半径 根据需要的A 、 ix 、iy ，查角钢型钢表，选用2，A = 50.6 c , ix = 2.85 cm , iy = 7.78cm。按所选角钢进行验算，满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，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

11、取节间轴线长度屋架平面外根据支撑布置取计算需要净截面面积 图7.2 下弦截面选用2140×90×8（短肢相并），见图7.2所示，A =36.00 c , ix = 2.59 cm , iy =4.50cm 按所选角钢进行截面验算，取。 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 = l0y = l =254.3cm因为l0x = l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix = iy 选用2140×90×10，见图7.3所示A = 44.6 c , ix = 2.56 cm , iy = 6.84cm 属

12、于b类截面 属于b类截面 满足长细比：的要求。由于只需求出，查表， 图7.3 斜腹杆28截面所选截面合适。 斜腹杆27N = 348.45kN（拉力），l0x = 0.8l = 209.3cm, l0y = l =261.6 cm计算需要净截面面积选用256×8，见图7.4所示 图 7.4斜腹杆27截面A = 1674 c , ix = 1.68 cm , iy = 2.91 cm验算： 所选截面满足要求。 斜腹杆30N = -275.92kN (压力)，l0x =230.2mm l0y = l =287.8mm选用280×8，见图7.5所示，A =2460mm2 , ix

13、 =2.44cm , iy = 3.85cm 属于b类截面xxyy14 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查表 图7.5斜杆2-13截面 xxyy14所选截面合适。斜腹杆 32N =187.66kN（拉力），l0x = 0.8l = 229.4cm, l0y = l =286.7 cm计算需要净截面面积选用256×5，见图7.6所示，A =10.82 c , ix =1.72 cm , iy =2.77 cm验算： 图 7.6 斜腹杆32截面 所选截面满足要求。 斜腹杆 33N = -124.77 (压力)，l0x =251.0cm l0y = l =313.8cm选用2

14、63×8，见图7.7所示，A =19.02c , ix = 1.90cm , iy = 3.18cmxxyy14 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表， 图7.7 斜腹杆33截面所选截面合适。 斜杆34 N = 56.81kN（拉力），l0x = 0.8l = 250.2mm, l0y = l =312.7cm计算需要净截面面积xxyy14选用256×5，见图7.8所示，A = 10.82c , ix = 1.72 cm , iy = 2.77 cm验算： 图 7.8 斜腹杆34截面所选截面满足要求。 斜腹杆36N = -4

15、2.46kN （安装过程中出现较大压力）， l0x =272.4cm l0y = l =340.5cm选用263×4，见图7.9所示，A =9.96c , ix = 1.96cm , iy = 3.09cmxxyy14 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查表， 图7.9 斜腹杆36截面所选截面合适。 斜杆37N = -71.55kN (安装过程中出现较大压力)l0x =271.4cm l0y = l =339.3cm 选用263×6，见图7.10所示 A =14.58c , ix = 1.93cm , iy = 3.06cm验算 xxyy14 由于

16、只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表 图7.10 斜腹杆37截面所选截面合适。4、竖杆截面计算边竖杆 9N = -25.36kN (压力)，,l0x = l0y = l =201.5cm 选用263×10，A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。竖杆29 N = -50.72kN (压力)，,l0x =184.0cm l0y =230.0cm 选用263×10， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07c

17、m 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。竖杆31N = -50.72kN (压力)， l0x =208.0cm l0y =260.0cm 选用263×10， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。竖杆35N = -50.72kN (压力), l0x =232.0m l0y =290.0cm 选用263×10， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy

18、= 3.07cm 属于b类截面 属于b类截面满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，所选截面合适。 中竖杆38N =97.89kN (拉力)， l0x =288.0m l0y =320.0cm 选用263×10， A =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 满足长细比：的要求。所选截面合适。 图7.11中竖杆截面图屋架杆件一览表 表二杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积（c）回转半径长细比容许长细比系数min(N/m)loxloyix iymax上弦-770.94150.8300，0短肢相并2L160×100

19、×1050.62.857.7852.901500.842-180.95下弦766.89300.01185.0短肢相并2L140×90×836.02.954.50263.33350213.4斜腹杆27348.45209.3261.62L56×816.741.682.91124.6350208.228-434.16254.3254.3长肢相并2L140×90×1044.62.566.8499.34150-0.559-174.1430-275.92230.2287.82L80×824.62.4438594.31500.596-18

20、8.232187.66229.4286.。72L56×510.821.72277133.4350173.433-124.77251.0313.82L63×819.021.903.18132.11500.378-173.53456.81250.2312.72L56×510.821.722.77145.535052.536-42.46272.4340.52L63×49.961.963.09139.01500.349-122.237-71.55271.4339.32L63×614.581.933.06140.61500.342-143.5竖杆9-25

21、.36201.5201.52L63×1023.321.883.07107.21500.510-21.329-50.72184.0230.02L63×1023.321.883.0797.91500.568-3531-50.72208.0260.02L63×1023.321.883.07110.71500.489-44.535-50.72232.0 290.02L63×1023.321.883.07123.41500.418-52.03897.89288.0320.0十字形2L63×1023.321.883.07153.235042.0八、节点设计

22、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板的连接焊缝。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值，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：肢背，取160mm肢尖，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=6mm，所需要的正面

23、角焊缝长度为：肢背，取110mm肢尖，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：因为，所以按两面侧焊缝计算。肢背，取40mm肢尖，因8xhf=64mm，故取70mm（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。N582.87238.89343.98kN肢背焊缝验算，hf8mm， 160N/mm2满足要求。根据节点放样，得节点板尺寸为345×300，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。 （2）1-11

24、杆N-434.16 kN 图8.2下弦节点2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：因为，所以按两面侧焊缝计算。 lw116201.6，取lw1210mm lw21688.7，取lw290m为便于在上弦杆搁置屋面板，节点板的上边缘缩进8mm，用槽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，肢背焊脚尺寸，P50.72kN。节点板尺寸为315x405，设肢尖焊缝=5mm，假定集中荷载P与上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影响。肢背焊缝验算：肢尖焊缝验算：内力差

25、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：拼接角钢的长度+弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取400mm，竖肢需切去，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

26、板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为360mm，设肢尖焊缝hf =10mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=360/2-5-10=165mm，焊缝应力为：=160kN/mm2满足要求因屋架跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦和竖杆与节点板采用工厂焊接，而后半弦的上弦与节点板的连接采用工地焊接。屋脊节点如图8.4所示。图8.4屋脊节点184、下弦跨中5节点设计（1）下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2140×90×8，焊缝高度hf=10mm，焊缝长度为：lw=（766

27、.89×103）/（4×0.7×10×160）+16=171.2mm，取lw=175mm连接角钢长度lw=2×175+10=360mm，取lw=360mm下弦杆与节点板，斜杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计。（2）弦杆与节点板连接焊计算：按下弦杆内力的15%计算。N=766.89×15%=115.04KN设肢背、肢尖焊肢尺寸为10 mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背lw=（0.75×115.04×103）/（2×0.7×10×160）+20=58.5mm，取60mm，肢尖lw=（0.25×115.04×103）/（2×0.7×10×160）+20=27.2mm。取40mm腹杆与节点板连接焊缝的计算方法与以上几个节点相同，节点图见图8.5所示。图8.5下弦拼接节点55、 支座1节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为14mm。（1）支座底板的计算支座反力RA=RB=507.2KN 按构造要求采用底板面积采用a×b=280×400mm2如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R，则承压面积为280