钢结构屋架设计计算书

1、1. 设计资料某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400mm×400mm,混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.52.1米。结构的重要度系数为0=1.0，屋面的恒荷载的标准值为0.5 kNm2。屋面的活荷载为0.2 kNm2，雪荷载为0.35 kNm2，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布状况。屋架采用Q235B，焊条

2、采用E43型。2. 屋架形式及几何尺寸屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为=arctan13=18°26',檩距为1.866m。图1 屋架形式和几何尺寸3. 支撑的布置上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图2。 图2 支撑的布置图4. 檩条布置檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。5. 荷载标准值上

3、弦节点恒荷载标准值P1=0.5×1.866×6×310=0.5×1.77×6=5.31kN上弦节点雪荷载标准值P2=0.35×1.866×6×310=0.35×1.77×6=3.72kN由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3图3 上弦节点恒荷载由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4图4 上弦节点雪荷载6. 内力组合内力组合见表1屋架杆件内力组合表 表1杆件名称杆件编号恒荷载及雪荷载半跨雪荷载内力组合最不利荷载（kN）内力系数恒载 内力（kN）雪载 内力 （kN）内力系数半跨雪载内力（kN）1.2恒+

4、1.4雪（kN）1.2恒+1.4半跨雪（kN）123452+32+5上弦杆1-2-14.23-75.56-52.94-10.28-38.24-164.78-144.21-164.782-3-12.65-67.17-47.06-8.7-32.36-146.49-125.92-146.493-4-11.07-58.78-41.18-7.11-26.45-128.19-107.57-128.194-5-9.49-50.39-35.30-5.53-20.57-109.89-89.27-109.895-6-7.91-42.00-29.43-3.95-14.69-91.60-70.97-91.60下弦杆1

5、-713.571.6950.229.7536.27156.33136.8156.337-813.571.6950.229.7536.27156.33136.8156.338-91263.7244.648.2530.69138.96119.43138.969-1010.555.7639.066.7525.11121.59102.06121.5910-11947.7933.485.2519.53104.2284.69104.22竖直腹杆2-7000000003-80.52.661.860.51.865.795.795.794-915.313.7213.7211.5811.5811.585-101.

6、57.975.581.55.5817.3717.3717.376-11421.2414.8827.4446.3235.9046.32斜腹杆2-8-1.58-8.39-5.88-1.58-5.88-18.30-18.30-18.303-9-1.8-9.56-6.70-1.8-6.70-20.84-20.84-20.844-10-2.12-11.26-7.89-2.12-7.89-24.55-24.55-24.555-11-2.5-13.28-9.3-2.5-9.3-28.95-28.95-28.957. 截面的选择屋架杆件的选择验算表 表-28. 节点设计8.1杆件焊缝尺寸的计算 屋架杆件的焊缝

7、计算 表-3杆件名称杆件编号截面规格（mm）杆件内力（kN）肢背焊缝尺寸hf1(mm)肢背焊角长度lw'(mm)肢尖焊角尺寸hf2(mm)肢尖焊缝长度lw'(mm)上弦杆1-22L90X8-164.786100660下弦杆1-72L80X7156.336100660竖腹杆2-7L56X405404403-8L56X45.795404404-92L56X411.585404405-102L56X417.375404406-112L56X446.32540440斜腹杆2-8L56X4-18.305404403-92L56X4-20.845404404-102L56X4-24.555

8、404405-112L56X4-28.95540440注：表中焊缝的计算长度lw'=lw+2hf 。 lw'不小于8hf和40mm其中较小值。8.2 形心距离的确定屋架各杆件的角钢背面的距离Z0如图表-4，表中Z0为杆件重心线至角钢背面的距离。 屋架各杆件的角钢背面的距离Z0 表-4杆件名称杆件截面重心距离Z0(mm)轴线距离Z0(mm)备注上弦杆2L90X825.225下弦杆2L80X722.325腹杆2-7L56X415.3153-8L56X415.3154-92L56X415.3155-102L56X415.3156-112L56X415.3152-8L56X415.31

9、53-92L56X415.3154-102L56X415.3155-112L56X415.3158.3 节点的设计 8.3.1 支座节点 图5 支座节点”1”(1) 上弦杆的节点连接计算A. 支座底板的计算支座反力R=5P=5×11.58KN=57.90KN 设a,b取12cm,则 a1=2×12=16.9cm,b1=a12=8.45cm 底板的承压面积 A=24×24-22-2×4×5×=523cm2 底板下的应力 q=RAn=57.90×103523×102=1.11Nmm2<cfc=240×2

10、4052300= 8N/mm2底板的最大弯矩 M=qa12 , 由于b1a1=0.5,取=0.06,则 M=0.06×1.11×1692=1902.16Nmm支座厚度 t=6Mf=6×1902.16204.25=7.47mm,取12mmB. 加劲肋计算加劲肋厚度取与节点相同。加劲肋与节点板的连接焊缝的计算：假定一块加劲肋承受屋架支座反力的四分之一,即 14×57.90=14.48kN 焊缝受剪力V=14.48kN,弯矩M=14.48×2404=868.80kNmm, 设焊缝hf=5mm, 焊缝计算长度： lw=216-20×2-2hf

11、=216-40-10=166mm 由焊缝的应力公式得 V2×0.7×hf×lw2+6M2×0.7×fhf×lw22 =14.48×1032×0.7×5×1662+6×868.80×1032×0.7×1.22×5×16622 =25.41Nmm2<ffw=160Nmm2C. 支座底板的连接焊缝假定焊缝传递全部支座反力R=57.90kN,设焊缝hf=5mm,支座底板的连接焊缝的长度为： Lw=2×240-2hf+4×

12、;120-5-10-2hf =2×240-2×8+4×120-5-10-2×8 =804 mm由公式得,f=R0.7fhfLw=57.90×1030.7×1.22×8×804=10.54mm<ffw=0.95×160=152Nmm2,满足要求。D. 上弦杆与节点板的连接焊缝 上弦杆与节点板的连接焊缝: 节点板与上弦角钢肢背采用槽焊缝连接,假定槽焊缝只承受屋面的集中荷载 P=11.58kN.节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦的内力差N。节点1的槽焊缝hf1=0.5t1=5mm,其中t1为

13、节点板的厚度 Lw=650-2hf=650-2×5=640mm 由公式 f=P2×0.7hf1lw=11.58×1032×0.7×5×640=2.58Nmm2<ffw=0.95×160=152Nmm2,可见塞焊缝一般不控制,仅需验算肢尖焊缝。 角钢肢尖角焊缝的焊角尺寸hf2=5mm,计算长度 Lw=650-2hf=640mm上弦杆的内力差N=-164.78KN,偏心距M=Ne, e=65mm,则由公式得, f=6M2×0.7×hf2×lw2=6×164.78×103&#

14、215;652×0.7×5×6402=22.41Nmm2 f=N2×0.7×hf2×lw=164.78×1032×0.7×5×640=36.48Nmm2他 ff2+f2=22.411.222+36.48=41.12Nmm2<ffw=0.95×160= 152Nmm2 可见,肢尖焊缝满足要求。(2) 上弦弦间节点板的计算为便于上弦节点搁置屋面板,节点板的上边缘缩进肢背10mm，采用塞焊缝，按 2条角焊缝计算。计算时可略去屋架上弦坡度的影响,而假定集中荷载与上弦垂直。对于上弦节点”5

15、” 图6 上弦节点”5”A. 上弦杆肢背与节点板的连接焊缝节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接,假定塞焊缝只承受屋面的集中荷载 P=11.58kN。节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦的内力差N。节点1的槽焊缝hf1=0.5t1=4mm,其中t1为节点板的厚度。 Lw=225-2hf=225-2×4=217mm 由公式 f=P2×0.7hf1lw=11.58×1032×0.7×4×217=9.1Nmm2<ffw=0.95×160= 152Nmm2可见塞焊缝一般不控制。B. 上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝角焊缝的

16、焊角尺寸hf2=5mm,计算长度 Lw=225-2hf=217mm上弦杆的内力差N=-18.29KN,偏心距M=Ne, e=65mm,则由公式得, f=6M2×0.7×hf2×lw2=6×18.29×103×652×0.7×5×2172=21.64Nmm2 f=N2×0.7×hf2×lw=18.29×1032×0.7×5×217=12.04Nmm2 ff2+f2=21.641.222+12.042=21.44Nmm2<ffw=0.

17、95×160= 152Nmm2 可见,肢尖焊缝满足要求。对于其他2,3,4,5上弦节点,由于节点板的尺寸长均不小于"5"号节点,而其所受的节点集中力和弦杆轴向内力差都相等,故其余上弦节点只要在上弦杆的肢背和肢间处采用满焊即可。(3) 下弦节点”10” 图7 下弦节点”10”A. 下弦杆与节点板的连接焊缝下弦与节点板连接的焊缝长度为300mm, hf=5mm, 内力差N=-17.37KN受力较大的肢背处焊缝应力为f=0.7×17.37×1032×0.7×5×(300-10)=5.98Nmm2<ffw=160Nm

18、m2故按构造满焊即可。由于下弦节点7,8,9的节点板尺寸长均不小于"10"号节点板,故其所受的弦杆轴向力内力差都相等, 故其余上弦节点只要在上弦杆的肢背和肢间处采用满焊即可。(4) 上弦节点”6” 图8 上弦节点”6”A. 上弦杆肢背与节点板的连接焊缝 上弦杆与节点板的连接焊缝: 节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接,假定塞焊缝只承受屋面的集中荷载 P=11.58kN。节点1的塞焊缝hf1=0.5t1=4mm,其中t1为节点板的厚度。 Lw=148-2hf=148-2×4=140mm 由公式 f=P2×0.7hf1lw=11.58×1032

19、15;0.7×4×140=14.77Nmm2<ffw=0.95×160= 152Nmm2,可见塞焊缝一般不控制。B. 上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝肢尖角焊缝的焊角尺寸hf2=5mm, 计算长度Lw=148-2hf=140mm上弦杆与节点板的连接焊缝计算按肢间焊缝承受上弦杆内力的15%计算。内力差N=91.60×15%=13.74KN,偏心距M=Ne, e=65mm, 则由公式得： f=6M2×0.7×hf2×lw2=6×13.74×103×652×0.7×5×

20、1402=51.99Nmm2 f=N2×0.7×hf2×lw=13.74×1032×0.7×5×140=18.66Nmm2 ff2+f2=51.991.222+18.662=46.52Nmm2<ffw=0.95×160=152Nmm2 可见,肢尖焊缝满足要求。C. 上弦拼接杆的计算上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为 lw'=N4×0.7×hf×ffw+2hf=91.60×1034×0.7×5×160×0.95+2

21、×5=53.04mm取60mm.则角钢长度为L=60×2+10+10=140mm。考虑到拼接节点的刚度,拼接角钢的长度取为600mm。为了使拼接角钢的和弦杆之间能紧贴便于施焊,需将拼接角钢的棱角铲去, 把竖向肢切去=t+hf+5=8+5+5=18mm，t为拼接角钢的厚度.拼接角钢的截面削弱,由节点板来补偿。(5) 下弦节点”11” 图9下弦节点”11”A. 下弦杆拼接焊缝计算拼接角钢与下弦杆用相同的规格,选用L80×7,下弦杆与拼接角钢之间的角焊缝的焊角尺寸采用hf=5mm。根据公式得下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为, lw'=N4×

22、0.7×hf×ffw+2hf=Af4×0.7×hf×ffw+2hf=104.22×1034×0.7×5×160×0.95+2×5=58.97mm取145mm,拼接角钢的长度为2lw'+10=300mm。为使拼接角钢与弦杆之间密合,并便于是施焊,需将拼接角钢的尖角切除,且截取垂直肢的一部分宽度=t+hf+5=8+5+5=18mm.拼接角钢的这部削弱,可靠节点板来补偿。B. 下弦杆与节点板的连接焊缝按杆件内力的15%计算,设肢背处的焊角尺寸为hf=5mm,则需要的焊缝长度为： lw

23、'=0.7N4×0.7×hf×ffw+2hf=0.7×104.22×0.15×1034×0.7×5×0.95×160+2×5=15.14mm,取满焊即可。设肢尖处的焊角尺寸为hf=5mm,则需要的焊缝长度为： lw'=0.3N4×0.7×hf×ffw+2hf=0.3×104.22×0.15×1034×0.7×5×0.95×160+2×5=12.20mm,取满焊即可。(6) 节点板在斜腹杆作用下的稳定计算对于有竖腹杆相连的节点板,选取2-8杆作用下的8号节点板的进行计