鋼屋架設計計算鋼結構課程設計計算書

1、 鋼 屋 架 設 計 計 算一、設計資料 某單跨單層廠房，跨度l=24m，長度54m，柱距6m，廠房內(nèi)無吊車、無振動設備，屋架鉸接于混凝土柱上，屋面采用1.56.0m太空輕質(zhì)大型屋面板。鋼材采用q235-bf，焊條采用e43型，手工焊。柱網(wǎng)布置如圖1所示， 二、屋架布置及幾何尺寸屋架幾何尺寸圖屋架計算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度h0=2000mm。二、支撐布置三、荷載計算1、 荷載永久荷載大型屋面板 0.534 kn/m2 屋架及支撐自重 0.15 kn/m2 防水層 0.1 kn/m2 懸掛管道 0.05kn/m2 小計 0.834 kn/m2可變荷載 活載 0.5

2、6 kn/m2以上荷載計算中，因屋面坡度較小，風荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。永久荷載設計值：1.20.834=1.0008kn/m2可變荷載設計值：1.40.56=0.784kn/m22、荷載組合設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：p=（1.0008+0.784）1.56=16.0632kn（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：p1=1.00081.56=9.0072kn p2=0.7841.56=7.056kn（3） 全跨屋架與支撐+半跨屋面板+半跨屋面活荷載全跨屋架和支撐自重產(chǎn)生的節(jié)點

3、荷載：p3=1.20.151.56=1.62kn作用于半跨的屋面板及活載產(chǎn)生的節(jié)點荷載：取屋面可能出現(xiàn)的活載p4=（1.20.534+1.40.56）1.56=12.8232kn以上1），2）為使用階段荷載組合;3）為施工階段荷載組合。四、內(nèi)力計算按力學求解器計算桿件內(nèi)力，然后乘以實際的節(jié)點荷載，屋架要上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿內(nèi)力均達到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達到最大或發(fā)生變號，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應計算，而在半跨荷載作用下，僅需計算近跨中的斜腹桿內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力（正、負最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計算

4、見圖屋架各桿內(nèi)力組合見表。 全跨荷載布置圖全跨荷載內(nèi)力圖左半跨荷載布置圖左半跨荷載內(nèi)力圖右半跨荷載布置圖右半跨荷載內(nèi)力圖 內(nèi)力計算表 表1桿 件名 稱桿內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載p=17.53knn=p全跨永久荷載+半跨可變荷載p1=8.96knp2=8.57knn左=p1+p2n右=p1+p2全跨屋架支撐+半跨屋面板+半跨可變荷載p3=1.62knp4=14.29knn左=p3+p4n右=p3+p4計算內(nèi)力knp=1在左半跨在右半跨全跨上弦桿10-11000000011-13-6.25-2.48-8.73-153.04-131.82-99.46-103.51-49.53-153.04

5、13-15-9.04-4.49-13.52-237.07-198.63-159.65-151.05-86.02-237.0715-17-9.15-6.08-15.23-266.96-214.91-188.55-155.47-111.49-266.9617-18-7.36-7.36-14.72-258.14-195.06-195.06-129.07-129.07-258.14下弦桿1-23.491.254.7483.0872.3753.1957.5425.5483.082-38.003.5311.52202.04171.84133.50132.9969.05202.043-49.325.3014

6、.62256.34210.95176.45156.9499.39256.344-58.428.7217.13300.36225.68228.25148.04152.32300.36斜腹桿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.

7、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豎桿1-10-0.500.00-0.50-8.77-8.77-4.48-7.96-0.81-8.772-12-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-1

8、7.533-14-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.534-16-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.535-180.980.981.9734.4726.0526.0517.2317.2334.47五、桿件截面設計1、上弦桿截面計算整個上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計算n = -266.96kn（壓力），查鋼結構設計手冊，節(jié)點板厚度選用6mm，支座節(jié)點板厚度選用8mm。計算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取因為，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所

9、示。yyxx12圖1上弦截面設，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的a 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2，a = 22.4c , ix = 2.28 cm , iy = 4.39cm。按所選角鋼進行驗算，滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計算，n=300.36kn （拉力）計算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計算需要凈截面面積選用290565（短肢相并），見圖2所示，a =14.42 c , ix = 2.22 cm , iy =4.32cm 按所選

10、角鋼進行截面驗算，取。6xxyy圖2 下弦截面 所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算 斜桿1-11n = -155.5kn (壓力)，l0x = l0y = l =254.3cm因為l0x = l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix = iy 選用290568，見圖3所示，a = 22.4 c , ix = 2.28 cm , iy = 4.39cmxxyy6圖3 斜桿1-11截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿11-2n = 119.20kn（拉力），l0x = 0.8l = 209.3cm, l0y = l =

11、261.6 cm計算需要凈截面面積選用2405，見圖4所示，a = 7.58c , ix = 1.21cm , iy = 1.90cmxxyy6圖 4斜桿11-2截面驗算： 所選截面滿足要求。 斜桿2-13n =-95.1kn (壓力)，l0x =2302mm l0y = l =2878mm計算需要凈截面面積選用2568，見圖5所示，a =1674mm2 , ix =1.68cm , iy =2.60cmxxyy6圖5斜桿2-13截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。斜桿13-3.n =64.39kn（拉力），l0x = 0

12、.8l = 229.4cm, l0y = l =286.7 cm計算需要凈截面面積選用2254，見圖6所示，a =3.72 c , ix =0.74 cm , iy =1.30 cmxxyy6圖 6 斜桿13-3截面驗算： 所選截面滿足要求。 斜桿3-15n =-43.76kn (壓力)，l0x =251.0cm l0y = l =313.8cm選用2634，見圖7所示，a =9.96c , ix = 1.96cm , iy = 2.80cmxxyy6圖7 斜桿3-15截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿15-4n

13、= 24.03kn（拉力），l0x = 0.8l = 2502mm, l0y = l =3127cm計算需要凈截面面積選用2303，見圖8所示，a = 3.50c , ix =0.91 cm , iy = 1.47 cmxxyy6圖 8 斜桿15-4截面驗算： 所選截面滿足要求。 斜桿4-17n =22.20kn （拉力）， l0x =272.4cm l0y = l =340.5cm選用2405，見圖9所示，a =7.58 c , ix =1.21cm , iy =1.90cmxxyy6圖9 斜桿4-17截面 滿足長細比：的要求。驗算受拉時截面是否滿足n =-21.71kn (壓力)由于只需求

14、出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿17-5n =-37.13kn (壓力)，l0x =271.4cm l0y = l =339.3cm 選用2634，見圖10所示，a =9.96c , ix = 1.96cm , iy = 2.80cmxxyy6圖10 斜桿17-5截面驗算 由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。4、豎桿截面計算邊豎桿1-10n =-8.77kn (壓力)，,l0x = l0y =l=200.00cm 選用2453，a =5.32c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需

15、求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿2-12 n =-17.53kn (壓力)，,l0x =1840mm l0y =2300mm 選用2453， a =5.32 c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿3-14n =-17.53kn (壓力)， l0x =2080mm l0y =2600mm 選用2453， a =5.32 c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構

16、件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿4-16n =-17.53kn (壓力), l0x =2320mm l0y =2900mm 選用2563， a =6.68 c , ix = 1.75cm , iy = 2.49cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 豎桿5-18n =34.47kn (拉力)， l0x =2560mm l0y =3200mm 選用2453， a =5.32 c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 滿足長細比：的要求。所選截面合適。96中豎桿截面圖屋架桿件一覽表桿件桿內(nèi)力kn計算長度截面形

17、式及角鋼規(guī)格截面積（m）回轉(zhuǎn)半徑長細比容許長細比系數(shù)min(n/m)loxloyix(mm) iy(mm)max上弦-266.9615083016短肢相并2l90568224022.843.9691500.757157下弦300.3630006000短肢相并2l90565144222.243.2139350208斜腹桿1-11-155.54 25432543長肢相并2l90568224022.843.91121500.464-15011-2119.20 209326162l40575812.119.01733501572-13-95.09 230228782l568167416.826.013

18、71500.357-15913-364.40 229428672l2543727.413.0310350173.13-15-43.76 251031382l63499619.628.01281500.397-110.515-424.04 250230232l3033509.114.7275350694-1722.20 272434052l40575812.119.022535019117-5-37.13 271433932l63499619.628.01381500.353-106豎桿1-10-8.77 20002000十字形2l45353214.020.61431500.333-502-12

19、-17.53 18402300十字形2l45353214.020.61311500.392-843-14-17.53 20802600十字形2l45353214.020.61491500.311-1064-16-17.53 23202900十字形2l56366817.524.91331500.374-70.25-1834.47 25603200十字形2l45353214.020.6183350-65六、節(jié)點設計重點設計“1”、“2”、“11”、“18” “5”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設計類同。1下弦2節(jié)點這類節(jié)點的設計步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)

20、lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用e43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值160n/m，實際所需的焊腳尺寸可由構造確定。 （1）11-2桿的內(nèi)力n=157kn，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=5mm，所需要的焊縫長度為：肢背，取150mm肢尖，取80mm（2）2-13桿的內(nèi)力n=159kn，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=8mm，所需要的焊縫長度為：因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。肢背，取150mm肢尖，取80mm（4） 豎桿2-12桿的內(nèi)力n=-84kn，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構造確定取hf=3mm。所需要的焊縫長度為：肢背，取150mm

21、肢尖，取80mm（4）下弦桿焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。n25683173kn肢背焊縫驗算，hf8mm， f8n/mm2160n/mm2焊縫強度滿足要求。根據(jù)節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為310360，節(jié)點圖如下圖所示。下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸 桿件hf（mm） 肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)11-2562mm取100mm520mm取60 mm 2-13854mm取100mm832mm取60 mm 13-3448mm取100mm 419mm取60mm3-15451mm取100mm431mm取60mm 15-4341mm取100mm 327mm取60mm4-17530

22、mm取60mm522mm取60mm 17-5445mm取60mm429mm取60mm2上弦11節(jié)點：11-2桿節(jié)點板連接的焊縫計算與下弦節(jié)點2中11-2桿計算相同。1-11桿n-155.55 kn，采用三面圍焊，設肢背和肢尖 hf = 8mm，因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。 lw11673，取lw1150mm lw21647，取lw280m上弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸桿件hf（mm）肢背 (mm)hf（mm）肢尖 (mm)1-11873mm取150mm847mm取80mm 11-2586mm取150mm554mm取80 mm 2-13851mm取100mm835mm取60 mm 13-3463mm

23、取100mm 442mm取60mm3-15448mm取100mm434mm取60mm 15-4340mm取100mm 329mm取60mm4-17529mm取60mm523mm取60mm 17-5443mm取100mm431mm取60mm考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背7mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算，p17.6kn。節(jié)點板尺寸為285417設肢尖焊縫=4mm，假定集中荷載p與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。肢背焊縫驗算：肢尖焊縫驗算：節(jié)點圖如下圖所示。3、屋脊18節(jié)點（1）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去

24、垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。設5-18桿與節(jié)點板的焊縫尺寸為：肢背hf=6mm，lw1=(0.6517.6103)/（20.76160）+16=25mm，取lw1=40mm，肢尖hf=6mm，lw2=（0.3517.6103）/（20.76160）+16=21mm。取lw2=40mm。設焊縫高度hf=6mm，則所需要焊縫計算長度為：lw=（258103）/（40.76160）+16=112mm。取lw =210mm。拼接角鋼長度600mm2210=420mm。（2）上弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷

25、載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內(nèi)力的15%計算，設肢尖焊縫hf=6mm，節(jié)點板長度為470mm，節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為lw=470/2-5-10=220mm，焊縫應力為：fn=（0.15258103）/（20.76220）=21n/mm2，fm=（0/（20.762202）=32n/mm2， =34kn/mm2160kn/mm2中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：n=17.6kn此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊縫尺寸hf=6 mm，焊縫長度lw50 mm，節(jié)點圖如下圖所示。4、下弦跨中5節(jié)點設計（1）下弦接頭設于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿

26、相同截面216010010，焊縫高度hf=8mm，焊縫長度為：lw=（300103）/（40.78160）+16=100m，取lw=210mm連接角鋼長度lw=2210+10=430mm，取lw=430mm下弦桿與節(jié)點板，斜桿與節(jié)點板之間的連接焊縫按構造設計。（2）弦桿與節(jié)點板連接焊計算：按下弦桿內(nèi)力的15%計算。n=30015%=45kn設肢背、肢尖焊肢尺寸為8 mm，弦桿一側需焊縫長度為肢背lw=（0.7545103）/（20.78160）+16=35mm，取80mm，肢尖lw=（0.2545103）/（20.78160）+16=23mm。取40mm腹桿與節(jié)點板連接焊縫的計算方法與以上幾個節(jié)點相同，節(jié)點圖如下圖所示。5、 支座1節(jié)點為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋。加勁肋取4608012mm，節(jié)點取46038014mm的鋼板。（1）支座底板的計算支座反力ra=rb=140.8k