人字形单斜式腹杆屋架钢结构设计计算书分析

1、钢结构基本原理课程设计任务书 目录一、荷载及内力计算6（一）荷载计算6（二）荷载组合6（三）内力计算6二、杆件截面选择7（一）上弦杆截面设计7（二）下弦杆截面设计7（三） 斜腹杆截面设计8（四） 中间竖杆截面设计8（五） 支座竖杆9三、檩条的布置和验算9四、节点设计10（一）下弦节点2101、斜杆2-16与节点的连接焊缝计算102、斜杆2-15与节点的连接焊缝计算113、下弦杆与节点板连接焊缝计算11（二） 上弦节点15121、斜杆2-15与节点板连接焊缝计算122、斜杆3-15与节点板连接焊缝计算123、上弦杆与节点板连接焊缝计算13（三）屋架端部支座节点141、支座底板计算142、腹杆杆端

2、焊缝计算143、底板计算144、加劲肋与节点板连接焊缝计算165、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算16参考文献17建筑钢结构课程设计与实训成果图1.人字形屋架几何尺寸图图2.人字型屋架内力图表1.人字型屋架轴力值图3.垂直支撑1-1图4.垂直支撑2-2图5.上弦平面支撑图6.下弦平面支撑一、荷载及内力计算（一）荷载计算高分子卷材防水 0.05KN/m2 找平层（2mm厚） 0.40 KN/m2 泡沫混凝土保温层（8cm厚） 0.50 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.40 KN/m2 轧制H型钢檩条 0.125KN/m2 恒载总和 2.475KN/m2 雪荷载 0.50 KN/m2 积

3、灰荷载 0.30 KN/m2 可变荷载总和 0.80 KN/m2 由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。（二）荷载组合一般考虑全跨荷载，对跨中部分斜杆（一般为跨中每侧各两根斜腹杆）可考虑半跨组合，本设计在计算杆件截面时，将这些腹杆均按压杆控制长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。节点荷载：组合一（可变荷载效应控制的组合）：Fd=(1.2×2.475+1.4×0.5+1.40.90.3)×4×9=138.168KN 组合二（永久荷载效应控制的组合）：Fd=(1.35×2.475+1.4

4、×0.7×0.5+1.40.9×0.3)×4×9=151.53KN因此，节点荷载取151.53KN.（三）内力计算用图解法或数解法均可计算出全跨荷载作用下，屋架的杆件内力。其内力设计值见图。二、杆件截面选择腹杆最大轴力为-563.16KN，查表可知，选用支座节点板厚t=14mm,中间节点板厚可为t=12mm。（一）上弦杆截面设计整个上弦不改变截面，按最大内力计算。Nmax=-1265.88KN 设，查Q235钢的稳定系数表，可得（由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为 根据需要A，查角钢规格表，选用，肢背间距a=12mm，

5、则： ， 按所选角钢进行验算： 则=72.17，故所选截面满足要求。（二）下弦杆截面设计也不改变截面，按最大内力计算。Nmax=1342.02KN 所需截面积为：选用，因，故用不等肢角钢，短肢相并， ，. 符合要求 填板每节间放两块，（3） 斜腹杆截面设计选取最大内力 Nmax=-563.16KN 设，查Q235钢的稳定系数表，可得， 则需要的截面积为根据需要A，查角钢规格表，选用，肢背间距a=12mm，则： ，350 ，则=79.2，则： ， 符合要求 填板每节间放两块 （4） 中间竖杆截面设计 N=267.07KN，lox=200cm，loy=200cm。设，查Q235钢的稳定系数表，可得

6、，则需要的截面积为 根据需要A，查角钢规格表，选用，肢背间距a=12mm，则： ， ，则=81.97，则 符合要求 填板每节间放三块 略大于，仍然够用（5） 支座竖杆N=-530.36KN cm 设，查Q235钢的稳定系数表，可得，则需要的截面积为: 根据需要A，查角钢规格表，选用，肢背间距a=12mm，则：， ,则=66，则,符合要求 三、檩条的布置和验算檩条受力的水平投影面积49=36，未超过60，屋面活荷载为0.8kn/。檩条线荷载为：=1.44.02+0.5+0.84=9.328KN/mq=1.2（1.44.02+0.5）+1.40.84=11.83KN/m=q=11.8311.77K

7、N/m弯矩设计值：KN/m选用HW250*250*9*14其中，自重0.72KN/m.验算强度：为使屋面平整，檩条垂直于屋面方向的挠度不能超过其允许值. 四、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 ，各杆件内力由图1查得，最小焊缝长度不应小于,节点板厚度为10cm。（一）下弦节点2 1、斜杆2-16与节点的连接焊缝计算 N=490.9k，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为和。所需焊缝长 度为：肢背： ，取200mm肢尖：，取140mm 2、斜杆2-15与节点的连接焊缝计算N=-563.16k，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为和。所需焊缝长 度为肢背： ，取230mm肢尖： ，取160

8、mm 3、下弦杆与节点板连接焊缝计算 焊缝受力为左右下弦杆的内力差由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度为90cm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为8mm，则计算长度lw=89.4cm。肢背焊缝应力为: 肢背： +16=288.6mm，取300mm 肢尖： +16=152.3mm，取160mm图7.节点2（2） 上弦节点15 1、斜杆2-15与节点板连接焊缝计算 N=-563.16k，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为和。所需焊缝长 度为肢背： ，取230mm肢尖： ，取160mm 2、斜杆3-15与节点板连接焊缝计算N=305.79kN，设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为和。所需 焊缝长度为：肢背：

9、 ，取130mm 肢尖： ，取90mm 3、上弦杆与节点板连接焊缝计算 为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背7mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。由腹杆焊缝决定的节点板的尺寸，实际测的节点板长度为76cm. 假定集中荷载F由槽焊缝承受，F=151.53kN，焊脚尺寸为7mm， 上弦杆肢尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差，偏心距e=16-2.513.5，偏心力矩M=N·e=609.14×13.5=8223.39KN·cm，采用hf2=8mm，lw2=74cm，则 对N： 对M： 此方案满足条件，不需要采用节点板伸出的方案。图8.节点15

10、（三）屋架端部支座节点 为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度，故可取为120mm。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同，厚度同中间节点板为12mm。1、支座底板计算支座反力2、腹杆杆端焊缝计算BF杆由前面计算结果取肢背及肢尖角焊缝尺寸分别为：mm，mm, 。3、底板计算支反力Rd=454.59KN，fc=9.6N/mm2，所需底板净面积：取锚栓直径d=24mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积为：按构造要求采用底板面积为a×b=28×28=784>523.2cm2，底板净面积为：底板实际应力为：，查表得，则 所需底板厚度 取20mm 底板尺寸为280×20×280。 图9.节点1 图10.底板尺寸4、加劲肋与节点板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为，加劲肋高度与节点板同高，厚度取与中间节点板相同为12mm。采用hf=8mm，验算焊缝应力对V： 对M： 5、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设底板连接焊缝传递全部支座反力R=45