鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

PAGEPAGE28鋼屋架設(shè)計計算一、設(shè)計資料屋面采用梯形鋼屋架、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板。鋼屋架兩端支撐于鋼筋混凝土柱上（砼等級C20）。鋼屋架材料為Q235鋼，焊條采用E43型，手工焊接。該廠房橫向跨度為24m，房屋長度為240m，柱距（屋架間距）為6m，房屋檐口高為2.0m，屋面坡度為1/12。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、荷載計算荷載永久荷載預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板（包括嵌縫）1500N/m2=1.5KN/m2屋架自重（120+11×24）=0.384KN/m2防水層380N/m2=0.38KN/m2找平層2cm厚400N/m2=0.40KN/m2保溫層970N/m2=0.97KN/m2支撐自重80N/m2=0.08KN/m2小計∑3.714KN/m2可變荷載活載700N/m2=0.70KN/m2以上荷載計算中，因屋面坡度較小，風(fēng)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(shè)計值：1.2×3.714=4.457kN/m2可變荷載設(shè)計值：1.4×0.7=0.98kN/m22、荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P1=4.457×1.5×6=40.11kNP2=0.98×1.5×6=8.82kN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)點荷載：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN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=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN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(xué)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(dá)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(dá)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(yīng)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(fù)最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計算見圖屋架各桿內(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+全全跨可變荷載載P=48.93kkNN=P×③全跨永久荷載+半半跨可變荷載載P1=40.11kNP2=8.82kNN左=P1×③+P22×①N右=P1×③+P22×②全跨屋架支撐+半半跨屋面板+半跨可變荷荷載P3=5.01kNP4=25.02kNN左=P3×③+P44×①N右=P3×③+P44×②計算內(nèi)力KNP=1在左半跨在右半跨全跨①②③上弦桿10-11000000011-13-6.35-2.51-8.86-424.57-393.55-346.13-253.62-132.50-393.5513-15-9.35-4.65-14.00-670.88-613.42-555.38-379.18-230.94-613.4215-17-9.62-6.39-16.01-767.20-688.25-648.36-399.80-297.92-688.2517-18-7.84-7.84-15.68-751.39-654.53-654.53-341.67-341.67-654.53下弦桿1-23.511.254.76228.10212.65184.74139.3668.08212.652-38.223.6211.84567.37522.64465.83330.54185.45522.643-49.755.5415.29732.70664.25612.25399.56266.78664.254-58.927.1216.04768.64680.67658.44377.90321.13680.67斜腹桿1-11-6.54-2.35-8.89-426.01-396.97-345.22-259.79-127.64-396.9711-24.892.177.06338.32311.50277.91196.73110.94311.502-13-3.54-2.09-5.63-269.79-243.97-226.06-145.54-99.81-243.9713-32.061.893.95189.28165.93163.8488.7583.90165.933-15-0.86-1.83-2.69-128.90-106.30-118.28-43.82-73.91-118.2815-4-0.321.671.3564.6944.0668.39-1.9760.8068.39-1.974-171.441.63-0.19-9.1011.0313.3744.2750.2750.2717-5-2.401.50-0.90-43.13-61.65-13.49-81.1141.89-81.11豎桿1-10-0.500-0.50-23.96-23.96-17.78-21.79-3.01-23.962-12-1.000-1.00-47.92-47.92-35.57-37.56-6.02-47.923-14-1.000-1.00-47.92-47.92-35.57-37.56-6.02-47.924-16-1.000-1.00-47.92-47.92-35.57-37.56-6.02-47.925-180.800.801.6076.6747.0347.0334.8634.8547.03五、桿件截面設(shè)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=-688.25kN（壓力），查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》，節(jié)點板厚度選用12mm，支座節(jié)點板厚度選用14mm。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所示。yyyxx12圖1上弦截面設(shè)，查軸心受壓構(gòu)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=50.6c㎡,ix=2.85cm,iy=7.78cm。按所選角鋼進(jìn)行驗算，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。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=680.67kN（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2∟160×100×10（短肢相并），見圖2所示，A=50.60c㎡,ix=2.85cm,iy=7.78cm按所選角鋼進(jìn)行截面驗算，取。1212xxyy圖2下弦截面所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算①斜桿1-11N=-396.97kN(壓力)，l0x=l0y=l=251.6cm因為l0x=l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix=iy選用2∟140×90×10，見圖3所示，A=44.6c㎡,ix=2.56cm,iy=6.84cmxxxyy12圖3斜桿1-11截面屬于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。②斜桿11-2N=311.50kN（拉力），l0x=0.8l=208.1cm,l0y=l=260.1cm計算需要凈截面面積選用2∟63×8，見圖4所示，A=19.02c㎡,ix=1.90cm,iy=3.10cmxxxyy12圖4斜桿11-2截面驗算：所選截面滿足要求。eq\o\ac(○,3)斜桿2-13N=-243.97kN(壓力)，l0x=2247mml0y=l=2809mm選用2∟80×7，見圖5所示，A=21.72mm2,ix=2.46cm,iy=3.75cmxxxyy12圖5斜桿2-13截面屬于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。eq\o\ac(○,4)斜桿13-3.N=165.93kN（拉力），l0x=0.8l=224.7cm,l0y=l=280.9cm計算需要凈截面面積選用2∟56×5，見圖6所示，A=10.82c㎡,ix=1.72cm,iy=2.77cmxxxyy12圖6斜桿13-3截面驗算：所選截面滿足要求。eq\o\ac(○,5)斜桿3-15N=-118.28kN(壓力)，l0x=241.8cml0y=l=302.3cm選用2∟80×7，見圖7所示，A=21.72c㎡,ix=2.46cm,iy=3.75cmxxxyy12圖7斜桿3-15截面屬于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。eq\o\ac(○,6)斜桿15-4N=68.39kN（拉力），l0x=0.8l=2418mm,l0y=l=3023cm計算需要凈截面面積選用2∟56×5，見圖8所示，A=10.82c㎡,ix=1.72cm,iy=2.77cmxxxyy12圖8斜桿15-4截面驗算：所選截面滿足要求。eq\o\ac(○,7)斜桿4-17N=50.27kN（拉力），l0x=259.5cml0y=l=324.3cm選用2∟56×5，見圖9所示，A=10.82c㎡,ix=1.724cm,iy=2.77cmxxxyy12圖9斜桿4-17截面滿足長細(xì)比：的要求。所選截面合適。eq\o\ac(○,8)斜桿17-5N=-81.11kN(壓力)，l0x=259.5cml0y=l=324.3cm選用2∟63×6，見圖10所示，A=14.58c㎡,ix=1.93cm,iy=3.06cmxxxyy12圖10斜桿17-5截面驗算由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。4、豎桿截面計算eq\o\ac(○,1)邊豎桿1-10N=-23.96kN(壓力)，,l0x=l0y=l=201.25cm選用2∟63×10，，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=3.07cm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。eq\o\ac(○,2)豎桿2-12N=-47.92kN(壓力)，,l0x=1800mml0y=2250mm選用2∟63×10，A=23.32c㎡,ix=1.88cm,iy=3.07cm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。eq\o\ac(○,3)豎桿3-14N=-47.922kN(壓力)，l0x=20000mml0y=25000mm選用2∟63×110，A=23.332c㎡,ix=1.888cm,iy=3.007cm屬于b類截面屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要要求。由于只需求出，查查軸心受壓構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定系系數(shù)表，所選截面合適。eq\o\ac(○,4)豎桿4-16N=-47.922kN(壓力),l0x=22000mml0y=27500mm選用2∟63×110，A=23.332c㎡,ix=1.888cm,iy=3.007cm屬于b類截面屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要要求。由于只需求出，查查軸心受壓構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定系系數(shù)表，所選截面合適。eq\o\ac(○,5)豎桿5-18N=47.03kkN(拉力)，l0x=24000mml0y=30000mm選用2∟63×110，A=23.332c㎡,ix=1.888cm,iy=3.007cm滿足長細(xì)比：的要要求。所選截面合適。中豎桿截面圖屋架桿件一覽表桿件桿內(nèi)力kN計算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m㎡）回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比容許長細(xì)比系數(shù)φminσ(N/m㎡)loxloyix(mm)iy(mm)λmax上弦-688.2515053010┛┗短肢相并2L160×1000×10506028.577.8531500.842162下弦680.6730006000┛┗短肢相并2L160×1000×10506028.577.8105350—135斜腹桿1-11-396.9725162516┛┗長肢相并2L140×900×10446025.668.4981500.568-15711-2311.5020812601┛┗2L63×8190219.031.0110350—1642-13-243.9722472809┛┗2L80×7217224.637.5911500.614-18313-3165.9322472809┛┗2L56×5108217.227.7131350—1533-15-118.2824183023┛┗2L80×7217224.637.5981500.568-15315-468.3924183023┛┗2L56×5108217.227.7141350—634-1750.2725953243┛┗2L56×5108217.227.7151350—4717-5-81.1125953243┛┗2L63×6145819.330.61351500.365-152豎桿1-10-23.962012.52012.5十字形2L63×10233218.830.71061500.517-202-12-47.9218002250十字形2L63×10233218.830.7961500.581-353-14-47.9220002500十字形2L63×10233218.830.71061500.517-404-16-47.9222002750十字形2L63×10233218.830.71171500.453-455-1847.0324003000十字形2L63×10233218.830.7128350—-51六、節(jié)點設(shè)計重點設(shè)計“1”、“2”、“11”、“18”“5”五個典型節(jié)點點，其余節(jié)點點設(shè)計類同。1．下弦2節(jié)點這類節(jié)點的設(shè)計步步驟是：先根根據(jù)腹桿的內(nèi)內(nèi)力計算腹桿桿與節(jié)點連接接焊縫的尺寸寸，即hf和lw。然后根據(jù)據(jù)lw的大小比例例繪出節(jié)點板板的形狀和大大小，最后驗驗算下弦桿與與節(jié)點板的連連接焊縫。選用E43焊條，角焊焊縫的抗拉、抗抗壓和抗剪強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計值＝＝160N//m㎡，實際所需需的焊腳尺寸寸可由構(gòu)造確確定。（1）11-2桿的內(nèi)力力N=3111.5KN，采用三面圍圍焊，肢背和和肢尖焊縫hf=6mm，所需要要的焊縫長度度為：肢背，取150mmm肢尖，取80mmm（2）2-13桿的內(nèi)力力N=2433.97KNN，采用三面圍圍焊，肢背與與肢尖的焊縫縫hf=6mm，所需要要的焊縫長度度為：肢背，取100mmm肢尖，取60mmm豎桿2-12桿的內(nèi)力力N=-47..92KN，采用三面圍圍焊，焊縫尺尺寸可按構(gòu)造造確定取hf=8mm。所需要的焊縫長度度為：因為，所以按兩面面?zhèn)群缚p計算算。肢背，取40mmm肢尖，取40mmm（4）下弦桿焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連連接焊縫承受受兩相鄰下弦弦內(nèi)力之差。ΔN＝522.64－2212.655＝309.999kN肢背焊縫驗算，hhf＝8mm，τf＝＝13N/mm2＜＜160N//mm2焊縫強(qiáng)度滿滿足要求。根據(jù)節(jié)點放樣，得得節(jié)點板尺寸寸為310×360，節(jié)點圖如下圖所示。下弦節(jié)點各桿肢尖尖、肢背尺寸寸桿件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)11-26147mm取1500mm670mm取80mm2-13690mm取1000mm618mm取60mm13-35114mm取1200mm555mm取70mmm3-15674mm取80mmm638mm取60mm15-4553mm取60mm528mm取60mm4-17638mm取60mm623mm取60mm17--5654mm取60mm630mm取60mm2．上弦11節(jié)點：：11-2桿節(jié)點板板連接的焊縫縫計算與下弦弦節(jié)點2中11-2桿計計算相同。1-11桿N＝--396.997kN，采用用三面圍焊，設(shè)設(shè)肢背和肢尖尖hf=8mm，因為，所以按兩面面?zhèn)群缚p計算算。lw1＝＋16＝1144，取lw1＝150mmlw2＝＋16＝778，取lw2＝80m上弦節(jié)點各桿肢尖尖、肢背尺寸寸桿件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)1-118144mm取1550mm878mm取80mmm11-26174mm取1880mm682mm取90mm2-136139mm取1550mm666mm取70mm13-35114mm取1220mm555mm取70mmm3-15674mm取80mmm638mm取60mmm15-4553mm取60mmm528mm取60mmm4-17638mm取60mmm623mm取60mmm17-5654mm取60mmm630mm取60mmm考慮擱置檁條，節(jié)節(jié)點板縮進(jìn)上上弦肢背7mmm，用槽焊焊縫連接，槽槽焊縫按兩條條角焊縫計算算，P＝47.922kN。節(jié)點板尺寸為2885417設(shè)肢尖尖焊縫=5mm，假定定集中荷載P與上弦垂直直，忽略屋架架上弦坡度影影響。肢背焊縫驗算：肢尖焊縫驗算：節(jié)點圖如下圖所示示。3、屋脊18節(jié)點（1）弦桿一般都采用用同號角鋼進(jìn)進(jìn)行拼接，為為使拼接角鋼鋼與弦桿之間間能夠密合，且且便于施焊，需需要將拼接角角鋼的尖角削削除，并截去去垂直肢的一一部分寬度（一一般為t+hf+5mm）。拼拼接角鋼的部部分削弱，可可以借助節(jié)點點板來補償。接接頭一邊的焊焊縫長度按弦弦桿內(nèi)力計算算。設(shè)5-18桿與節(jié)點板的的焊縫尺寸為為：肢背hf=8mm，lw1=(0..65×477.03×1103)/（2×0.77×8×160）+16=33mm，取lw1=40mm，肢尖hf=8mm，lw2==（0.35×47.033×103）/（2×0.7×8×160）+16=25mm。取lw2=40mm。設(shè)焊縫高度hf==8mm，則所所需要焊縫計計算長度為：：lw=（654.553×103）/（4×0.7×8×160）+16=199mm。取lw=210mm。拼接角角鋼長度6000mm＞2×210=420mm。（2）上弦與節(jié)點板間間的焊槽，假假定承受節(jié)點點荷載，驗算算略。上弦肢肢尖與節(jié)點板板的連接焊縫縫，應(yīng)按上弦弦內(nèi)力的15%計算，設(shè)肢肢尖焊縫hf=8mm，節(jié)點點板長度為4470mm，節(jié)節(jié)點一側(cè)弦桿桿焊縫的計算算長度為lw=470//2-5-110=220mmm，焊縫應(yīng)力力為：τfN=（0.15××654.553×103）/（2×0.77×8×2220）=40N/mmm2，σfM=（0.15××654.553×103×55×6）/（2×0.77×8×22202）=60N/mmm2，==63.4kNN/mm2＜160kNN/mm2中豎桿與節(jié)點板的的連接焊縫計計算：N=47.003KN此桿內(nèi)力較較小，焊縫尺尺寸可按構(gòu)造造確定，取焊焊縫尺寸hf=8mm，焊焊縫長度lw>50mm，節(jié)點圖如下下圖所示。4、下弦跨中5節(jié)點設(shè)設(shè)計（1）下弦接頭設(shè)于跨跨中節(jié)點處，連連接角鋼取與與下弦桿相同同截面2∟160×1100×100，焊縫高度hf=8mm，焊縫縫長度為：lw=（680.67×1103）/（4×0.7×8×160）+16=206mm，取lw=210mm連接角鋼長度lww=2×210+100=430mm，取lw=430mm下弦桿與節(jié)點板，斜斜桿與節(jié)點板板之間的連接接焊縫按構(gòu)造造設(shè)計。（2）弦桿與節(jié)點板連連接焊計算：：按下弦桿內(nèi)內(nèi)力的15%計算。N=680..67×155%=1022KN設(shè)肢背、肢尖焊肢肢尺寸為8mm，弦桿桿一側(cè)需焊縫縫長度為肢背lw=（0.755×102×103）/（2×0.77×8×160）+16=59mm，取80mm，肢尖lw=（0.255×102×103）/（2×0.7×8×160）+16=30mm。取40mm腹桿與節(jié)點板連接接焊縫的計算算方法與以上上幾個節(jié)點相相同，節(jié)點圖如下下圖所示。支座1節(jié)點為了便于施焊，下下弦桿角鋼水水平肢的底面面與支座底板板的凈距離取取160mmm。在節(jié)點中中心線上設(shè)置置加勁肋。加加勁肋取460×80×12mm，節(jié)節(jié)點取460×380×14mm的鋼鋼板。（1）支座底板的計算算支座反力RA=RRB=479.22KN按構(gòu)造要求采用底底板面積為a×b=2800×360mmm2如僅考慮加加勁肋部分底底板承受支座座反力R，則承壓面面積為280×（2×80+12）=48160