鋼屋架設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、. 2010年1月一 、設(shè)計(jì)資料 某廠房跨度30m，總長90m，柱距6 m，采用梯形鋼屋架、1.56.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400400，混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度為。地區(qū)計(jì)算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，抗震設(shè)防烈度為7度，屋架下弦標(biāo)高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。 永久荷載： 三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2 保溫層 0.55 KN/m2 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.3 KN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板 1.4 K

2、N/m2屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式q=0.12+0.011L 計(jì)算：0.45KN/m2懸掛管道： 0.15 KN/m2 可變荷載：屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.7 kN/m2雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.35 kN/m2積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 1.0 KN/m2 鋼材采用Q235-B。焊條采E43型，手工焊。桁架計(jì)算跨度：lo=30-20.15=29.7m跨中及端部高度： 桁架中間高度： h=3.490m在29.7m處的兩端高度： ho=2.005m在30m處軸線處端部高度： ho=1.990m桁架跨中起拱60mm（L/500）。1. 結(jié)構(gòu)形式與布置桁架形式及幾何尺寸如圖1所示。桁架支撐布置如圖2所示 2、荷載計(jì)算

3、由于i=1/10，則：=5.71，cos=0.995。計(jì)算豎向節(jié)點(diǎn)荷載時，按水平投影面計(jì)算。節(jié)點(diǎn)荷載即為1.5m*6m內(nèi)的荷載。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗(yàn)公式（PW=0.12+0.011跨度）計(jì)算，跨度單位為米。恒載計(jì)算： 防水層（三氈四油）： 0.4/0.995=0.402 kN/m2預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板： 1.4/0.995=1.407 kN/m2隔氣層、找平層： 0.35/0.995=0.3518 kN/m2保溫層、找平層： 0.95/0.995=0.9548 kN/m2 屋架自重： 0.12+0.01130=0.45 kN/m2懸掛管道： 0.15/0.995

4、=0.1508 kN/m2以上合計(jì)： 3.7164kN/m2 活載計(jì)算：屋面均布活荷載（上人屋面）： 0.7 kN/m2積灰荷載： 1.0kN/m2共 1.7 kN/m2設(shè)計(jì)桁架應(yīng)考慮以下三種組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載為主控制的組合）全跨節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：F=（1.353.716+1.40.70.7+1.40.91）1.56=62.6634 KN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載 全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載設(shè)計(jì)值： 對結(jié)構(gòu)不利時： F1,1 =1.353.7161.56=45.1494 KN（按永久荷載為主的組合） F1,2 =1.23.71641.56=10.7032KN（按可變

5、荷載為主的組合） 對結(jié)構(gòu)有利時：F1,3 =1.03.71641.56=33.4476KN 半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載設(shè)計(jì)值： F2,1=1.4(0.70.7+0.91)1.56=17.514KN(按永久荷載為主的組合)F2,2 =1.4（0.7+0.91）1.56=20.16KN（按可變荷載為主的組合）（3）全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載為主的組合）全跨節(jié)點(diǎn)桁架自重設(shè)計(jì)值：對結(jié)構(gòu)不利時：F3,1 =1.2*0.45*1.5*6=4.86KN對結(jié)構(gòu)有利時：F3,2 =1.0*0.45*1.5*6=4.05KN半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載設(shè)計(jì)值：F4 =（1.2*1.4+1.4

6、*.0.5）*1.5*6=21.42Kn（1），（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。屋架在上述三種荷載組合作用下的相關(guān)計(jì)算簡圖如圖3所示：4.內(nèi)力計(jì)算由電算先解得F=1的桁架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨，左半跨和右半跨）。然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進(jìn)行組合，計(jì)算結(jié)果見表1：圖3 桁架計(jì)算簡圖 從上自下的順序a,b,c分別是F=1作用于全跨、左半跨、右半跨的情況；表1 桁架桿件內(nèi)內(nèi)力組合表?xiàng)U件名稱內(nèi)力系數(shù)第一種組合第二種組合第三種荷載計(jì)算桿件內(nèi)力/KN全跨（1）左半跨（2）右半跨（3）上弦ABBC、CDDEEF、FGGHHJ、JK0-9.97-15.80-16.38-18

7、.67-19.170-7.50-11.31-11.90-11.90-12.400-3.10-5.62-5.62-8.48-8.480-466.91-748.64-884.49-920.02-964.3300000-466.91-748.64-884.49-920.02-964.33下弦abbccdde5.3613.3118.2417.814.119.7812.199.901.564.427.599.90249.96626.16827.22922.53249.96626.16827.22922.53斜腹桿aBBbbDDccffEfGGddggHgK-10.057.95-6.474.61-3.50

8、0.73-2.690.721.150.671.89-7.715.83-4.432.81-1.290.73-0.49-0.752.910.673.64-2.932.65-2.552.25-2.760-2.761.84-2.2002.20-469.00374.53-310.57227.39-173.47109.93-96.56-25.9269.81141.7065.63-50.59 -38.03 91.38 123.22 65.63-71.66 0.33 15.31 56.28 -13.58 -45.00 86.02 121.26 -58.35 25.90 -36.72 -20.97 -469.0

9、0374.53-310.57227.39-173.47109.93-71.66-13.580.33-45.0091.38-36.72123.22-20.9765.63豎桿AaCbEc、HdKeFf、Jg-0.50-1.00-1.50-1-0.50-1.00-1.50-100000-20.90-41.80-21.32-30.9399.48-20.90-41.80-21.32-30.9399.48注： F=62.6634KN；F1，1=45.1494 KN；F1，2=10.7032KN；F1，3=33.4476； F2，1=17.514； F2，2=20.16； F3，1=4.86； F3，2=4

10、.05； F4=21.42. 5 . 桿件設(shè)計(jì)(1) 上弦桿整個上弦采用等截面，按21，22桿件之最大內(nèi)力設(shè)計(jì)N=964.33 kN =964330N上弦桿計(jì)算長度：在桁架平面內(nèi)，為節(jié)間軸線長度：在桁架平面外，根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，?。阂?yàn)?3，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并，如圖4腹桿最大內(nèi)力N=469.00kN，查材料表9.6.4可得，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。設(shè)=60，查教材附錄4得=0.807。需要截面積：需要的回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)所需要的A、查角鋼規(guī)格表（附錄8），選用218011010，A=5675，、，按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算： 圖4：上弦截面按所選

11、角鋼進(jìn)行驗(yàn)算，滿足長細(xì)比：的要求。0.56=0.564524cm/180cm=14.07截面x和y平面截屬于b類，由于,只需求。查表得=0.816所選截面合適。2、下弦桿整個下弦采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，=922.53kN （拉力）計(jì)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(jì)算需要凈截面面積選用21409010（短肢相并），見圖5所示，A =44.52c , ix = 2.561 cm , iy =6.85cm 按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取。圖5 下弦截面 所選截面滿足要求。3、斜桿截面計(jì)算 端斜桿（55）圖6所示N = -469kN (壓力)，l0x = l0y = l =

12、253.5 cm.因?yàn)閘0x = l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix iy 選用21409010，見圖6所示，A = 44.522 c , ix = 4.47cm , iy = 3.74cm圖6 斜桿55截面滿足長細(xì)比：的要求。由于，只求所選截面合適。 腹桿桿（25）-（26）圖7此桿在16節(jié)點(diǎn)處不斷開，采用通長桿件；最大拉力：，另一端最大壓力：，另一端在分式桁架中的斜腹桿，在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長度取節(jié)點(diǎn)中心間距：l0x =230.1cm在桁架平面外的計(jì)算長度可求得：選用2705，由教材附錄8可得： , ix = 2.16cm , iy = 3.31cm, 滿足長細(xì)比：的要求。由于，只求

13、拉應(yīng)力：所選截面合適。圖7 4、豎桿截面設(shè)計(jì)豎桿（20）截面計(jì)算，圖8N =-30.93kN (壓力)，l0x =0.8l=0.8319cm=255.2cml0y =l=319cm 內(nèi)力較小，按=150選擇，需要的回轉(zhuǎn)半徑為：查型鋼表，選截面的和較上述計(jì)算值略大些。 選用2635，得截面幾何特性：A =12.286 c , ix = 1.94cm , iy = 3.04cm b/t=63mm/5mm=12.6 滿足長細(xì)比：的要求。由于，只求 所選截面合適。圖8 邊豎桿（1）截面設(shè)計(jì)如圖9N =-20.90kN (壓力)， l0x = l0y =l=1990mm 選用2635， A =12.28

14、6c , ix = 1.94cm , iy = 3.04cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。圖9 由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿（4）和桿（10）如圖10N =-41.80kN (壓力), l0x =183.2cm l0y =229.0cm 選用2505， A =9.606 c , ix = 1.53cm , iy = 2.53cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。如圖10 豎桿（27）如圖11N =0kN (拉力)， l0x =314.1cm l0y =314.1cm 選用26

15、35， A =12.286 c , i=2.45滿足長細(xì)比：的要求。所選截面合適。圖11 中豎桿（27）截面圖其余各桿的界面選擇計(jì)算過程不一一列出，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表2中6. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)“1”、“5”、“18”、“13”、“17”五個典型節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)類同。 下弦5節(jié)點(diǎn)（圖12）各桿件的內(nèi)力由表2查得：這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160N/m，實(shí)際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。 （1） 設(shè)桿（8）的肢背

16、和肢尖焊縫分別hf為8mm和6mm，所需要的焊縫長度為： 肢背，加2=16mm后取16cm肢尖，加2=12mm后取10cm（2）設(shè)（5）桿的肢背肢尖焊縫分別hf為8mm和6mm，所需要的焊縫長度為：肢背，加2=16mm后取14cm肢尖，加2=12mm后取8cm表2 桿件截面選擇表?xiàng)U件桿內(nèi)力kN計(jì)算長度cm截面形式及角鋼規(guī)格截面積（c）回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)(N/m)loxloyix(cm) iy(cm) 上弦-964.33150.8452.4短肢相并L1801101056.753.138.7151.9458.461500.816208.2下弦922.5330006000短肢相并L14

17、0901044.522.566.85117.1217350207斜腹桿（55）-469253.5253.5長肢相并L140901044.5224.473.7456.7175.321500.718146.7（8）374.53208.6208.6L100727.5923.094.5367.5157.57350135.7（5）-310.57229.5286.9L100727.5923.094.5374.370.751500.724155.5（9）227.39228.7285.9L80515.8242.483.7192.2277.06350143.7（11）-173.47250.3312.9L9062

18、1.2742.794.1389.782.501500623130.9（15）109.93249.5311.9L5059.6061.532.53167123.3350114.4（16）-71.66271.6339.5L80515.8242.483.71109.5297.691500.49691.3（18）-450.33270.8338.5L63512.2861.943.04139.6114.311500.347105.6（25）-36.7291.38230.1452.2L70513.752.163.31106.5140.121500.34577.4（26）-20.97123.22230.1452

19、.2L70513.752.163.31106.5140.121500.34589.6（24）65.63166.3207.9L5059.6061.532.53108.782.235068.32（23）99.48127.6159.5L5059.6061.532.5383.465.941500.665155.7豎桿（1）-20.9199199L63512.2861.943.04102.665.51500.53831.6（4）-41.8183.2229.0L5059.6061.532.53119.792.551500.43999.1（10）-41.8207.2259.0L63512.2861.943.

20、04106.889.001500.51266.8（13）-21.32231.2289L63512.2861.943.04119.298.481500.44139.3（20）30.93255.2319.0L63512.2861.943.04131.5108.091600.38166.1(27)0314.1314.1十字形2L63512.286i=2.45128.22000.3450桿（4）的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件肢尖應(yīng)有間隙以及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為360m460mm。下節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為46cm，hf

21、=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差：N626.16kN-249.56kN=376.6kNf160N/mm2焊縫強(qiáng)度滿足要求。上弦節(jié)點(diǎn)“3”（圖13）桿（8）與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸和節(jié)點(diǎn)“5”相同，桿（8）的肢背和肢尖焊縫分別hf為8mm和6mm，所需要的焊縫長度為： 肢背，加2=16mm后取16cm肢尖，加2=12mm后取10cm桿（55）與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸按上述同樣方法計(jì)算：,肢背肢尖焊縫分別hf為10mm和8mm，所需要的焊縫長度為：肢背，加2=20mm后取16cm肢尖，加2=16mm后取11cm為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點(diǎn)板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點(diǎn)

22、板連接起來（圖13）。槽焊縫作為兩條角焊縫計(jì)算，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)之應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)。計(jì)算時可略去行加上弦坡度的影響，而假定集中荷載F與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力計(jì)算如下： 上弦節(jié)點(diǎn)與中間節(jié)點(diǎn)板間焊縫長度為470mm。上弦肢尖角焊縫的剪應(yīng)力為下弦跨中拼接節(jié)點(diǎn)“18”設(shè)計(jì)（圖16）弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，連接角鋼取與下弦桿相同截面2，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（如圖14）并截去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(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫hf=10mm，則所需焊縫計(jì)算長度為（

23、一條焊縫）：拼接角鋼長度540mm2193.42mm=387mm下弦與節(jié)點(diǎn)板間的焊槽，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。下弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按下弦內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢尖焊縫hf=10mm，節(jié)點(diǎn)板長度為472mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為lw=46cm/2-1cm-2m=20cm，焊縫應(yīng)力為：fN=（0.15866.5103）/（20.710200mm）=46.62N/mm2，fM=(0.15866.510365mm5)/(20.710mm2002)=75.4 N/mm2， 160kN/mm2如圖： 屋脊節(jié)點(diǎn)“17”（圖14）弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合

24、，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除（如圖14）并截去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(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)焊縫hf=10mm，則所需焊縫計(jì)算長度為（一條焊縫）：拼接角鋼長度600mm2215.23mm=431mm上弦與節(jié)點(diǎn)板間的焊槽，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢尖焊縫hf=10mm，節(jié)點(diǎn)板長度為472mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長度為lw=47.2cm/2-1cm-2m=20.6cm，焊縫應(yīng)力為：fN=（0.15964.33103）/（20.710206mm）=50

25、.16N/mm2，fM=(0.15964.3310395mm6)/(20.710mm2062)=69.39N/mm2， 160kN/mm2中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=47.03KN此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫尺寸hf=8 mm，焊縫長度lw50 mm，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。因桁架的跨度較大，需將桁架分成兩個運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左邊的上弦、斜桿和豎桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊接，而右半邊的上弦、斜桿與節(jié)點(diǎn)板的連接用工地焊接。腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算方法與以上幾個節(jié)點(diǎn)相同。 支座節(jié)點(diǎn)1（如圖15）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(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋。加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板的高度相等，厚度取12mm。（1）支座底板的計(jì)算支座反力 R= 10F=418000N按構(gòu)造要求采用底板面積為ab=280400mm2如僅考慮加勁肋部分底板承受支座反