(整理)钢屋架设计计算

精品文档精品文档钢结构课程设计学院工程技术学院班级土木0812姓名郭若男学号成绩指导老师吴开微2011年12月1日

钢屋架设计计算一、设计资料某单跨单层厂房，跨度L=24m，长度54m，柱距6m,厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5X6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235-BF,焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示，二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mmo二、支撑布置XXL^XXXX^XXXX^XXXXXX』TT』TT三、荷载计算1、荷载0.534KN/H20.534KN/H20.15KN/n?0.1KN/n?0.05kN/m2大型屋面板屋架及支撑自重防水层悬挂管道小计工0.834KN/m?可变荷载活载0.56KN/n?以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值：1.2X0.834=1.0008kN/m?可变荷载设计值：1.4X0.56=0.784kN/m?2、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P=(1.0008+0.784)X1.5X6=16.0632kN全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P=1.0008X1.5X6=9.0072kNP=0.784X1.5X6=7.056kN12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：P3=1.2X0.15X1.5X6=1.62kN作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载P=(1.2X0.534+1.4X0.56)X1.5X6=12.8232kN4以上1),2)为使用阶段荷载组合;3)为施工阶段荷载组合。四、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)作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。

12245670全跨荷载内力图右半跨荷载内力图

内力计算表表1杆件名称杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载P=17.53kNN=Px③全跨永久荷载+半跨可变荷载Pi=8.96kNP2=8.57kNN左=P1x③+P2x①N右=P1x③+P2x②全跨屋架支撑+半跨屋面板+半跨可变荷载P3=1.62kNP4=14.29kNN左=P3x③+P4x①N右=P3x③+P4x②计算内力KNP=1在左半跨在右半跨全跨①②③上10-11000000011-13-6.25-2.48-8.73-153.04-131.82-99.46-103.51-49.53-153.04弦杆13-15-9.04-4.49-13.52-237.07-198.63-159.65-151.05-86.02-237.0715-17-9.15-6.08-15.23-266.96-214.91-188.55-155.47-111.49-266.9617-18-7.36-7.36-14.72-258.14-195.06-195.06-129.07-129.07-258.141-23.491.254.7483.0872.3753.1957.5425.5483.08卜弦杆2-3&003.5311.52202.04171.84133.50132.9969.05202.043-49.325.3014.62256.34210.95176.45156.9499.39256.344-58.428.7217.13300.36225.68228.25148.04152.32300.36斜腹杆1-11-6.53-2.34-8.87-155.54-135.49-99.58-107.73-47.82-155.5411-24.692.116.80119.20101.1079.0478.0041.20119.202-13-3.40-2.03-5.42-95.09-77.71-66.01-57.31-37.79-95.0913-31.881.793.6764.4049.0548.2732.8531.5564.403-15-0.70-1.80-2.50-43.76-28.35-37.79-14.01-29.75-43.7615-4-0.461.561.1019.305.9623.21-4.7324.0424.044-171.55-1.520.030.4913.53-12.7922.20-21.7122.2017-5-2.471.38-1.10-19.22-31.021.98-37.1317.92-37.13竖杆1-10-0.500.00-0.50-8.77-8.77-4.48-7.96-0.81-8.772-12-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.533-14-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.534-16-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.535-180.980.981.9734.4726.0526.0517.2317.2334.47五、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=-266.96kN（压力），查《钢结构设计手册》节点板厚度选用6mm,支座节点板厚度选用8mm。计算长度屋架平面内取节间轴线长度l二150.8cm0x屋架平面外根据支撑和内力变化取l二2x150.8二301.6cm0y因为21二l，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图1所示。0x0y精品文档x精品文档x精品文档精品文档xA匚y图1xA匚y图1上弦截面设九=90，查轴心受压构件的稳定系数表®=0.621需要截面积=2000mm2A二、二266・96%103=2000mm2M0.621x215需要回转半径l1508i=-0^=x九90l30160y=九90=3.351cm根据需要的A、i、i，查角钢型钢表，选用2L90x56x8,A=22.4c,i=2.28cm,i=xyxy4.39cm。按所选角钢进行验算九=l.i=150.82.28=66，九=l.i=301.64.39=69x0xxy0y*y满足长细比：［九］=150的要求。由于九＞九只需求出*=*yxminy，查轴心受压构件的稳定系数表，*y=0.757N=266.96x103=0.757x2240y=157N/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=300.36kN（拉力）计算长度屋架平面内取节间轴线长度l0x=300Cm屋架平面外根据支撑布置取10y=600Cm计算需要净截面面积N300.36x103A==nf215=1397mm2选用2L90x56x5（短肢相并）,见图2所示，A=14.42c,i=2.22cm,i=4.32cmxy按所选角钢进行截面验算，取A=A。n精品文档精品文档精品文档精品文档xxy图2下弦截面N_300.36xN_300.36x103a所选截面满足要求。3、斜杆截面计算①斜杆1-11N=-155.5kN（压力），l0x=l0y=l=254.3cm因为i0x=i0y,故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix=iy图3斜杆1-11截面X=Lox==135.1<[九]=350X=-0y==138.9<[九]=350i2.22i4.32xy_208.3N/mm2<f_215N/mm2TOC\o"1-5"\h\zl254.3X_分__111-5<[X]_150属于b类截面xi2.28xl254.3X_-0y__58<[X]_150属于b类截面yi4.39y满足长细比：[X]_150的要求。由于X>x只需求出9min_9由于X>x只需求出9minNb_—9ax155.5x1030.464x2240_150N/mm2<f_215N/mm2所选截面合适。②斜杆11-2N=119.20kN（拉力）,l0=0.8l=209.3cm,l0=1=261.6cm0x0y计算需要净截面面积人N119.20x103A===554.4mm2nf215选用2L40x5，见图4所示，A=7.58c,i=1.21cm,i=1.90cmxy7图7图4斜杆11-2截面验算：■0x209.31.21二173<■0x209.31.21二173<［九］二350九y=T=需=138<氏］=350yN_119.20x103a758___157N/mm2<f_215N/mm2所选截面满足要求。Q斜杆2-13N=-95.1kN（压力），l0x=2302mml0y=l=2878mm计算需要净截面面积A_A_N_95」x103nf215_442.3mm2选用2」56x8'见图5所示，A=1674mm2，ix=1.68cm，iy=2.60cm精品文档精品文档x精品文档x精品文档图5图5斜杆2-13截面l230.2九二_0x二二137<［九］二150属于b类截面xi1.68xl287.8九=严==111<［九］=150属于b类截面yi2.60y满足长细比：［九］=150的要求。由于九>由于九>九y只需求出9min—9，查轴心受压构件的稳定系数表，9—0.357xx95.1x1095.1x1030.357x1674图6斜杆13-3截面二159N/mm2<f二215N/mm2所选截面合适。Q斜杆13-3.N=64.39kN（拉力），l0=0.8l=229.4cm,l0=l=286.7cm0x0y计算需要净截面面积=229.5mm2N64.39x103=229.5mm2A二=—nf215选用2L25x4，见图6所示，A=3.72c,i=0.74cm,i=1.30cmxy验算：■0X229.40.74二310<［九］二■0X229.40.74二310<［九］二350九286.71.30=221<［九］=350N64.39x103a372=173.1N/mm2<f=215N/mm2精品文档精品文档精品文档所选截面满足要求。Q斜杆3-15N=-43.76kN（压力），l0x=251.0cml0y=l=313.8cm选用2l_63x4，见图7所示，A=9.96c,i=1.96cm,i=2.80cmxy图7斜杆3-15截面TOC\o"1-5"\h\zl251.0九=分==128<［九］=150属于b类截面xi1.96xl313.8九=_0y==112<［九］=150属于b类截面yi2.80y满足长细比：［九］=150的要求。由于九＞九只需求出甲=申，查轴心受压构件的稳定系数表，9=0.397xyminxx0.397^996=110.5“/呦2<f=215N/m2所选截面合适。Q斜杆15-4N=24・03kN（拉力），l0x=0・81=2502mm，l0y=1=3127cm计算需要净截面面积人N24.03x103“c「A===203.5mm2nf215图8图8斜杆15-4截面选用2L30x3,验算：精品文档精品文档精品文档精品文档九-Lxxi250.2l312.7——275<［九］—350九一-°^——213<［九］—3500.91yi1.47y-24.03%103=69N/mm2<f=215N/mm2350所选截面满足要求。Q斜杆4-1N=22.20kN（拉力），l0x=272.4cml0y=l=340.5cmN22.20%103A———nf215—103.3mm2选用2」4%5'见图9所示，A=7.58c川,i；=1.21cm,i；MOcmxx图9斜杆4-17截面TOC\o"1-5"\h\zl272.4九—-Ox——225<［九］—350xi1.21xl340.5九一--179<［九］-350yi1.90y满足长细比：［九］-350的要求。—29.3N/mm2<f—215—29.3N/mm2<f—215N/mm2（y——A758验算受拉时截面是否满足N=-21.71kN（压力）由于九>九只需求出甲-Q，查轴心受压构件的稳定系数表，9—0.150xyminxxN21.71%103y---191N/mm2<f—215N/mm29A0.150x758x所选截面合适。Q斜杆17-5N=-37.13kN（压力），l0x=271.4cml0y=l=339.3cm选用2L63x4，见图10所示，A=9.96c,i=1.96cm,i=2.80cmxy

图10图10斜杆17-5截面验算l271.4=T=T96=138“］=150TOC\o"1-5"\h\zl339.3=-°y==121<［九］=150i2.80甲二0.353xy甲二0.353x由于九＞九只需求出9=9，查轴心受压构件的稳定系数表,xyminxNO=NO=9Ax37.13X1030.353x996=105.6N/mm2<f=215N/mm2所选截面合适。4、竖杆截面计算Q边竖杆1-10N=-8.77kN（压力），,l0x=l0y=l=200.00cm选用2l_45x3,,A=5.32c,i=1.40cm,i=2.06cmxy九=.==143＜［九］=150属于b类截面xi1.40xl200.00九=严==97＜［九］=150属于b类截面yi2.06y满足长细比：［九］=150的要求。由于九八只需求出9=9，查轴心受压构件的稳定系数表，9=0.3338.77x1030.3338.77x1030.333x532=50N/mm2<f=215N/mm2所选截面合适。Q竖杆2-12N=-17.53kN（压力），,l0x=1840mml0y=2300mm选用2L45x3,A=5.32cm2,i=1.40cm,i=2.06cmxy九=仃=孚<=131<［九］=150属于b类截面xi1.40

l230九=严==112<［九］=150属于b类截面yi2.06y满足长细比：［九］=150的要求。由于九>九只需求出甲=申，查轴心受压构件的稳定系数表，9二0.39217.53x1030.39217.53x1030.392x532二84N/mm2<f二215N/mm2所选截面合适。Q竖杆3-14N=-17.53kN（压力），l0x=2080mml0y=2600mm选用2L45x3,A=5.32citf,i=1.40cm,i=2.06cmxyl208九二严二二149<［九］二150属于b类截面xi1.40x=-0y==126<［九］=150属于b类截面yi2.06y满足长细比：［九］=150的要求。由于九八只需求出9=9，查轴心受压构件的稳定系数表，9二0.311xyminxxN17.53x103b=二一.二106N/mm2<f二215N/mm2所选截面合适。9A0.311x532xQ竖杆4-16N=-17.53kN（压力）,l0x=2320mml0y=2900mm选用2l_56x3,A=6.68citf,i=1.75cm,i=2.49cmxyl232九=分==133<［九］=150属于b类截面xi1.75x九===116<［九］=150属于b类截面yi2.49y满足长细比：［九］=150的要求。由于九>九只需求出9=9，查轴心受压构件的稳定系数表，9=0.374xyminxxTlT-1rUC1Z~\b=——=.X3=70.2N/mm2<f=215N/mm2所选截面合适。9A0.374x668xQ竖杆5-18N=34.47kN（拉力），l0x=2560mml0y=3200mm=160mm2A=N=34・47x103nf215=160mm2选用2l_45x3,A=5.32citf,i=1.40cm,i=2.06cmxy九=^0x==183<［九］=350xi1.40xl320九=-0y==155<［九］=350yi2.06y满足长细比：［九］=350的要求。Nb=二A34.47x10353265N/mm2<f=215N/mm2所选截面合适。屋架杆件一览表LU--径半转回no容许长细比数血系％om11入6962-S6-301并8目X短L1222Q-96501±一-刃1±0600并5相X短L122222931±503-820斜腹杆455-45252并8目X附56长0XL1222822921±501±6440501±-9920162J81±21±O1±1±503-刃1±9O9-03282J41±81±O2371±501±刃30951±-3-394226782J37O3503-1111花4-152831±3J69961±O&2821±501±973051±0523230J5031±71±527503-69340LXJ81±21±O1±522503-1191±33-to3933LXJ69961±O&283501±35301±-竖杆77-O2200形心字十235620.1±501±333050-35-O841±032形心字十235620.501±293088-35-O602形心字十235620.1±501±1±-35-**形心"L56一2866■331±501±2-6052O203形心字十235620.381±503-56-六、节点设计重点设计“1”、“2”、“11”、“18”“5”五个典型节点，其余节点设计类同。1．下弦2节点这类节点的设计步骤是：先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fw=160N/m川，实际所需的焊脚尺寸可由t构造确定。(1)11-2杆的内力N=157KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=5mm,所需要的焊缝长度为：l=40mmw3N=0.7h工l0fw=0.7x5x40x2x1.22x160=54656N3fw3ff肢背lw10.7N-N/23—2x0.7hfw0.7x157x103-54656/22x0.7x5x160+12=85.7mm，取150mm肢尖lw取80mmXN-N3/2=0.3x157x103-54656/2*12=29.7mm,2x0.7hfw2x0.7x5x160肢尖lw取80mm（2）2-13杆的内力N=159KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=8mm,所需要的焊缝长度为:/=56mmw3N=0.7h工/0fw=0.7x8x56x2x1.22x160=122430N3fw3ff因为2k2N二2x0.3x159x103二95400N<N3，所以按两面侧焊缝计算。肢背lw0.7N2x0.7hfw0.7x159x103+16=79mm，2x0.7x8x160取150mm肢尖lw0.3x159x1032x0.7x8x160*16=43mm取80mm（4）竖杆2-12杆的内力N=-84KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=3mm。所需要的焊缝长度为：l=45mmw3N=0.7h工l0fw=0.7x3x45x2x1.22x160=36892N3fw3ff肢背lw肢尖lw取150mm取80mm0.7N-N/20.7x84x103肢背lw肢尖lw取150mm取80mm3=+12=72mm2x0.7hfw2x0.7x3x160ff0.3N-N/20.3x84x103-36892/23=+12=22mm，2x0.7hfw2x0.7x3x160（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。AN=256-83=173kN肢背焊缝验算，hf=8mm,0.75x173x103tf==8N/mm2V160N/mm2焊缝强度满足要求。f2x0.7x8x10x160根据节点放样，得节点板尺寸为310x360，节点图如下图所示。精品文档精品文档杆件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)11-2562mm取100mm520mm取60mm2-13854mm取100mm832mm取60mm13-3448mm取100mm419mm取60mm3-15451mm取100mm431mm取60mm15-4341mm取100mm327mm取60mm4-17530mm取60mm522mm取60mm17-5445mm取60mm429mm取60mm2.上弦11节点：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。1-11杆N=-155.55kN,采用三面围焊，设肢背和肢尖hf=8mm,下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸N=0.7h工l0fw=0.7x8x56x2x1.22x160=122430N3fw3ff因为2k2N=2x0・35x156x103二108878N<N3,所以按两面侧焊缝计算。0.65x0.65x156x103lw1=2x0.7x8x160+16=73'取lw1=15°mm0.35x0.35x156x103lw2=2x0.7x8x160+16=47，取12=80mw2上弦节点各杆肢尖、肢'背尺寸杆件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)1-11873mm取150mm847mm取80mm11-2586mm取150mm554mm取80mm2-13851mm取100mm835mm取60mm13-3463mm取100mm442mm取60mm3-15448mm取100mm434mm取60mm15-4340mm取100mm329mm取60mm4-17529mm取60mm523mm取60mm17-5443mm取100mm431mm取60mm考虑搁置檩条，节点板缩进上弦肢背7mm,用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算精品文档h二t/2二8/2二4mm,P=17.6kN。节点板尺寸为285x417设肢尖焊缝hf=4mm,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：<(KAN)2+(P/2x1.22)2'(0.75x173)2+(17.6/2x1.22)2T=丄=/2x0.7hl2x0.7x4x407fw=57N/mm2<0.8fw=0.8x160=128N/mm2肢尖焊缝验算：j'(KAN)2+(P/2x1.22)2.'(0.25x173)2+(17.6/2x1.22)2T=2="f2x0.7hl2x0.7x4x407fw=19N/mm2<0.8fw=0.8x160=128N/mm2节点图如下图所示。3、屋脊18节点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5-18杆与节点板的焊缝尺寸为：肢背hf=6mm,Iw1=(0.65x17.6x103)/(2x0.7x6x160)+16=25mm,取l.=40mm，w1肢尖hf=6mm,lw2=(0.35x17.6x103)/(2x0.7x6x160)+16=21mm。取lw2=40mm。设焊缝高度hf=6mm,则所需要焊缝计算长度为：l=(258x103)/(4x0.7x6x160)+16=112mm。取l=210mm。拼接角钢长度600mm>2x210=420mm。w上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hf=6mm,节点板长度为470mm,节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=470/2-5-10=220mm,焊缝应力为：TfN=(0.15x258x103)/(2x0.7x6x220)=21N/mm2,OfM=(0.15x258x103x55x6)/(2x0.7x6x2202)=32N/mm2,心卡=(212+(32/1.22)2=34kN/mm2li—+T2V160kN/mm2中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=17.6KN此杆内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊缝尺寸精品文档hf=6mm,焊缝长度1>50mm,节点图如下图所示。fW#七二/工已丿4、下弦跨中5节点设计下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面2^160x100x10,焊缝高度hf=8mm,焊缝长度为：1=(300x103)/(4x0.7x8x160)+16=100m,取1=210mmWW连接角钢长度1=2x210+10=430mm,取1=430mmww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。弦杆与节点板连接焊计算：按下弦杆内力的15%计算。N=300x15%=45KN设肢背、肢尖焊肢尺寸为8mm,弦杆一侧需焊缝长度为肢背1w=(0.75x45x103)/(2x0.7x8x160)+16=35mm,取80mm,