鋼屋架設(shè)計算例

鋼屋架設(shè)計算例演示文稿當(dāng)前1頁，總共72頁。鋼屋架設(shè)計算例當(dāng)前2頁，總共72頁。一、算例設(shè)計資料1、車間柱網(wǎng)布置：長度54m；柱距6m；跨度L=21m。2、屋面坡度1﹕103、屋面材料：預(yù)應(yīng)力大型屋面板4、荷載：1）靜載：屋架及支撐自重0.42kN/m2；屋面防水層

0.4kN/m2；找平層0.4kN/m2；大型屋面板自重（包括灌縫）1.4kN/m2；泡沫混凝土保溫層0.3kN/m2。2）活載：屋面活荷載0.3kN/m2；雪荷載0.4kN/m2；積灰荷載0.45kN/m2；當(dāng)前3頁，總共72頁。5、材質(zhì)：鋼材采用Q235B鋼，焊條為E43型，手工焊。6、結(jié)構(gòu)形式與選型標(biāo)志跨度與計算跨度：標(biāo)志跨度是柱網(wǎng)軸線的橫向間距，以3m為模數(shù)，計算跨度是屋架兩端支座反力的距離，對于封閉結(jié)合，計算跨度＝標(biāo)志跨度－2×(150～200)。封閉結(jié)合：邊柱外緣和墻內(nèi)緣與縱向定位軸線相重合。非封閉結(jié)合：邊柱外緣與縱向定位軸線之間加聯(lián)系尺寸。當(dāng)前4頁，總共72頁。鋼屋架計算跨度的確定：簡支于柱頂?shù)匿撐菁?，其計算跨度取決于屋架支反力間的距離。屋架的計算跨度

當(dāng)前5頁，總共72頁。

端部高度：對于緩坡梯形屋架，鉸接時端高為1.8～2.1m，剛接時端高為1.8～2.4m?？缰懈叨龋河勺畲蟾叨龋ㄟ\輸條件），最小高度（剛度條件），經(jīng)濟(jì)高度決定。為標(biāo)志跨度，為屋架坡度圖1屋架尺寸及幾何形式（單位：mm）屋架計算跨度=L–2×0.15=21–2×0.15=20.7m,屋架尺寸及幾何形式如下圖1：當(dāng)前6頁，總共72頁。屋架桿件幾何尺寸屋架標(biāo)志跨度大于等于24m時，跨中應(yīng)起拱約標(biāo)志跨度的1/500。當(dāng)前7頁，總共72頁。當(dāng)前8頁，總共72頁。當(dāng)前9頁，總共72頁。當(dāng)前10頁，總共72頁。二、屋蓋支撐布置

根據(jù)車間長度、屋架跨度和荷載情況，設(shè)置兩道上、下弦橫向水平支撐。上弦橫向水平支撐必設(shè)，設(shè)在兩端柱間，間距不大于60ｍ。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端共設(shè)三道垂直支撐。上下弦在跨中和端部設(shè)三道系桿，在屋脊節(jié)點及支座節(jié)點處沿廠房縱向設(shè)置通長的剛性系桿，下弦跨中節(jié)點設(shè)置一道縱向通長的柔性系桿，支撐布置見下圖。當(dāng)前11頁，總共72頁。上弦支撐下弦支撐圖2屋面支撐布置圖（單位：mm）當(dāng)前12頁，總共72頁。當(dāng)前13頁，總共72頁。當(dāng)前14頁，總共72頁。三、荷載與內(nèi)力計算1、荷載計算

根據(jù)荷載規(guī)范，屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，取兩者較大值者（屋面活荷載0.3kN/m2<雪荷載0.4kN/m2，取雪荷載為0.4kN/m2）計算。共3.42kN/m2

當(dāng)前15頁，總共72頁。節(jié)點荷載匯集簡圖

將屋面荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載:

為一個節(jié)點承受的荷載每平方米屋面水平投影面上的標(biāo)準(zhǔn)荷載值為屋架弦桿節(jié)間的水平長度為屋架間距當(dāng)前16頁，總共72頁。2、荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下三種組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載

全跨永久荷載

+半跨可變荷載全跨屋架及支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（施工階段）（使用階段）當(dāng)前17頁，總共72頁。

1）使用階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值P恒及P活

P恒=3.42×1.5×6=30.78kNP活=1.19×1.5×6=10.71kN2）施工階段恒荷載和活荷載引起的節(jié)點荷載設(shè)計值P恒及P活P恒=0.42×1.5×6=3.78kNP活=（1.68+0.63）×1.5×6=20.97kN當(dāng)前18頁，總共72頁。

3、內(nèi)力計算

本設(shè)計采用數(shù)值計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件內(nèi)力系數(shù)（單位節(jié)點力分別作用于全跨、左半跨、右半跨），單位節(jié)點力作用左半跨示意圖如圖3所示，桿件內(nèi)力計算結(jié)果見表2。圖3單位節(jié)點力作用左半跨示意圖當(dāng)前19頁，總共72頁。內(nèi)力計算(不考慮起拱)：

1.電算法：結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器。

2.應(yīng)用圖解法求得單位荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點的各桿內(nèi)力，即內(nèi)力系數(shù)，然后可求出當(dāng)荷載作用于全跨及半跨各節(jié)點時的桿件內(nèi)力，并求出荷載組合下的桿件內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力(正、負(fù)最大值)作為設(shè)計屋架的依據(jù)。當(dāng)前20頁，總共72頁。圖解法求桿力系數(shù)的方法及步驟：①按一定比例尺畫出屋架幾何尺寸的單線圖（不考慮起拱）；②計算節(jié)點力及支座反力，并標(biāo)在相應(yīng)節(jié)點及支座處；③根據(jù)桿件及節(jié)點力、支座反力將整個屋架所在平面分區(qū)，并編號；④取一定的力比例尺，繪制力多邊形；⑤根據(jù)力多邊形及屋架幾何圖判斷桿件的拉、壓。當(dāng)前21頁，總共72頁。當(dāng)前22頁，總共72頁。當(dāng)前23頁，總共72頁。表2內(nèi)力計算結(jié)果當(dāng)前24頁，總共72頁。四、桿件截面設(shè)計l1屋架支撐N1N2N1N2l1l再分式桁架桿件平面內(nèi)計算長度取桿件幾何長度；平面外計算長度：受拉主斜桿：受壓主斜桿：

當(dāng)前25頁，總共72頁。

節(jié)點板厚度選擇：腹桿最大內(nèi)力N=-300.87kN，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm。屋架節(jié)點板厚度選用表梯形屋架腹桿最大內(nèi)力（kN）≤180181~300301~500501~700701~950951~12001201~15501551~2000中間節(jié)點板厚（mm）6~88101214161820支座節(jié)點板厚（mm）1010121416182022當(dāng)前26頁，總共72頁。根據(jù)平面外的計算長度，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。設(shè)λ=60，φ=0.807。

1.上弦桿件整個上弦桿采用等截面，按FG桿件的最大內(nèi)力設(shè)計，即

N=-479.04kN。（[λ

]=150）上弦桿計算長度：在屋架平面內(nèi)，計算長度系數(shù)為1.0，計算長度l0x=l0=1.508m在屋架平面外，按大型屋面板與屋架保證三點焊接考慮，計算長度取2倍的屋面板寬，但不大于3m。

l0y=3m當(dāng)前27頁，總共72頁。驗算故截面面積:需要的回轉(zhuǎn)半徑：ix=l0x/λ=1508/60=25.1mm，

iy=l0y/λ=3000/60=50.0mm選用2L140×90×10（短肢相并），A=4240mm2，ix=25.6mm，iy=67.7mm當(dāng)前28頁，總共72頁。驗算對稱軸y的穩(wěn)定承載力：換算長細(xì)比故滿足要求。當(dāng)前29頁，總共72頁。

2.下弦桿件整個下弦桿也采用等截面，采用最大內(nèi)力設(shè)計，即

N=470.781kN。下弦桿為受拉桿，可只計算平面內(nèi)的長細(xì)比，計算長度系數(shù)為1.0，計算長度l0x=l0=3m需要的凈截面面積為選用2L140×90×10（短肢相并），A=4240mm2，ix=25.6mm，iy=67.7mm。當(dāng)前30頁，總共72頁。驗算：在節(jié)點設(shè)計時，栓孔中心到節(jié)點板近端邊緣距離不小于100mm，可以認(rèn)為節(jié)點板的加強足以彌補孔洞的削弱，故截面驗算中不考慮栓孔對截面的削弱，按毛截面驗算（[λ

]=350）滿足要求。當(dāng)前31頁，總共72頁。

3.端斜桿aB

N=-300.87kN,l0x=2524mm,l0y=2524mm

需要的凈截面面積為

選用2L140×90×8（長肢相并），A=3608mm2，ix=45mm，iy=36.2mm。[λ]=150驗算當(dāng)前32頁，總共72頁。換算長細(xì)比故滿足要求。當(dāng)前33頁，總共72頁。

4.斜腹桿dH

N=46.82kN,l0x=0.8l=0.8×3395=2716mm,l0y=3395mm

需要的凈截面面積為

選用2L80×5（兩等邊角鋼），A=1582mm2，ix=24.8mm，iy=35.6mm，

[λ

]=150。驗算當(dāng)前34頁，總共72頁。故滿足要求。5.

豎桿dG所有豎桿采用相同截面，N=-38.15kN,l0x=0.8l=0.8×2888=2310mm,l0y=2888mm,選用2L80×5，A=1582mm2，ix=24.8mm，iy=35.6mm，

[λ

]=150。

當(dāng)前35頁，總共72頁。驗算換算長細(xì)比當(dāng)前36頁，總共72頁。滿足要求。其余各桿件的截面設(shè)計如上述設(shè)計過程，各桿件的截面選擇見表3。需要注意連接垂直支撐的中央豎桿采用十字形截面，其斜平面計算長度l0=0.9l，其他腹桿除Aa和Ba外，l0x=0.8l。故當(dāng)前37頁，總共72頁。表3屋架桿件截面選擇表當(dāng)前38頁，總共72頁。表3屋架桿件截面選擇續(xù)表當(dāng)前39頁，總共72頁。五、節(jié)點設(shè)計設(shè)計步驟：

在確定節(jié)點板的形狀和尺寸時，需要斜腹桿與節(jié)點板間連接焊縫長度。先算出各腹桿桿端需要的焊縫尺寸。其計算公式為：角鋼肢背所需焊縫長度l1：角鋼肢尖所需焊縫長度l2：

根據(jù)焊縫長度按比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。當(dāng)前40頁，總共72頁。如腹桿aB，設(shè)計桿力N=300.87kN，設(shè)肢背與肢尖的焊腳尺寸各為hf1=8mm，hf2=6mm。因aB系桿不等邊，角鋼與長肢相連，故K1=0.65，K2=0.35。則：當(dāng)前41頁，總共72頁。表4腹桿桿端焊接尺寸

表中l(wèi)1、l2為取整后數(shù)值（5或10mm的倍數(shù)）

其他腹桿所需焊縫長度的計算結(jié)果見表4。未列入表中的腹桿均因桿力很小，可按構(gòu)造取hf≥1.5=1.5=5mm，l1=l2=8hf+10=50mm。當(dāng)前42頁，總共72頁。1、下弦節(jié)點“b”按表4中所列出的Bb、bD桿所需焊縫長度，按比例繪制節(jié)點詳圖，從而確定節(jié)點板的形狀和尺寸（見圖4）。圖4下弦節(jié)點“b”當(dāng)前43頁，總共72頁。

由圖中量出下弦與節(jié)點板的焊縫長度為480mm，焊腳尺寸hf=5mm，焊縫承受節(jié)點左、右弦桿的內(nèi)力差ΔN=Nbc-Nab=384.25-161.65=222.6kN驗算肢背焊縫的強度：滿足要求。肢尖的焊縫應(yīng)力更小，一般滿足要求。按照構(gòu)造要求，豎桿bC下端應(yīng)伸至距下弦肢尖為20mm處，并沿肢尖與節(jié)點板滿焊。當(dāng)前44頁，總共72頁。2、上弦節(jié)點“B”按表4中所列出的Bb、Ba桿所需焊縫長度，確定節(jié)點板的形狀和尺寸（見圖5）。圖5上弦節(jié)點“B”當(dāng)前45頁，總共72頁。

由圖中量出上弦與節(jié)點板的焊縫長度為400mm，焊腳尺寸hf=5mm，因節(jié)點板伸出上弦肢背15mm，故由弦桿與節(jié)點板的四條焊縫共同承受節(jié)點集中荷載P=39.33kN和弦桿的內(nèi)力差ΔN=NBC-NBA=294.98-1.18=293.8kN的共同作用。由于上弦的坡度很小，集中力P對上弦桿與節(jié)點板間焊縫的偏心一般很小，可認(rèn)為集中力與上弦垂直。則上弦肢背的焊縫應(yīng)力為：當(dāng)前46頁，總共72頁。則上弦肢背的焊縫應(yīng)力為：滿足要求。肢尖的焊縫應(yīng)力更小，一般滿足要求。=當(dāng)前47頁，總共72頁。圖6

下弦中央拼接節(jié)點“e”3、下弦中央拼接節(jié)點“e”（見圖6）當(dāng)前48頁，總共72頁。下弦中央拼接節(jié)點當(dāng)前49頁，總共72頁。（1）拼接角鋼計算

因節(jié)點兩側(cè)下弦桿力相等，故用一側(cè)桿力Nef

=462.91kN計算。拼接角鋼采用與下弦相同的截面2L140×90×10，設(shè)與下弦的焊縫的焊腳尺寸hf=8mm，為了使拼接角鋼與原來的角鋼相緊貼，需將拼接角鋼的棱角鏟去。為便于施焊，拼接角鋼的豎直肢應(yīng)切去Δ=t+hf

+5=23mm，節(jié)點一側(cè)與下弦的每條焊縫所需計算長度為：拼接角鋼所需的計算長度為：L=2（lw+16）+10=300mm為保證拼接節(jié)點處的剛度取L=500mm。當(dāng)前50頁，總共72頁。（2）下弦與節(jié)點板的連接焊縫計算

下弦與節(jié)點板的連接焊縫按0.15Ned

（較大一側(cè)弦桿內(nèi)力）或相鄰節(jié)間弦桿內(nèi)力差ΔN計算。取焊腳尺寸hf=5mm，節(jié)點一側(cè)與下弦肢背和肢尖的每條焊縫所需計算長度l1、l2分別為：在圖6中，節(jié)點板的寬度是由連接豎桿的構(gòu)造要求所決定的，由圖中量得每條肢背焊縫長度為155mm，每條肢尖焊縫長度為120mm，滿足要求。當(dāng)前51頁，總共72頁。圖7

屋脊節(jié)點“H”4、屋脊節(jié)點“H”（見圖7）當(dāng)前52頁，總共72頁。屋脊節(jié)點當(dāng)前53頁，總共72頁。（1）拼接角鋼計算

拼接角鋼采用與上弦相同的截面2L140×90×10，設(shè)與上弦的焊縫的焊腳尺寸hf=8mm，豎直肢應(yīng)切去Δ=t+hf

+5=23mm，按上弦桿力NGH=479.04kN計算拼接角鋼與上弦的焊縫，節(jié)點每側(cè)每條焊縫所需計算長度為：拼接角鋼所需的計算長度為：L=2（lw+16）+10=320mm為保證拼接節(jié)點處的剛度取L=700mm。當(dāng)前54頁，總共72頁。（2）上弦與節(jié)點板的連接焊縫計算

上弦與節(jié)點板在節(jié)點兩側(cè)共8條焊縫，共同承受節(jié)點荷載P與兩側(cè)上弦內(nèi)力的合力。近似取sinα=tanα=0.1。該合力的數(shù)值為：2Nsinα-P=2×479.04×0.1-39.33=56.48kN設(shè)焊腳尺寸hf=5mm，每條焊縫所需計算長度為：

由圖7量得焊縫長度為220mm，滿足要求。當(dāng)前55頁，總共72頁。5、支座節(jié)點“a”（見圖8）圖8支座節(jié)點“a”當(dāng)前56頁，總共72頁。（1）底板計算

底板承受屋架支座反力R=7P=7×39.33=275.31kN，柱采用C20混凝土，混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值fc=10N/mm2。底板需凈面積An

為：錨栓直徑d=25mm，錨栓孔布置見圖8，栓孔面積為：ΔA=50×40×2+π×252=5963mm2當(dāng)前57頁，總共72頁。底板所需面積為As=An+ΔA=27351+5963=33494mm2按構(gòu)造要求底板面積取A=280×300=84000mm2>As，滿足要求。底板所受的實際均布反力節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊相同的兩相鄰邊支撐板，它們對角線長度α1及內(nèi)角頂點到對角線的距離b1分別為：b1=(140×170)/220=108mm當(dāng)前58頁，總共72頁。b1/

α1=0.49,查得β=0.058，兩相鄰邊支撐板單位寬度的最大彎矩為：M=βqα12=0.058×3.53×2202=9909N·mm所需底板厚度為：實取底板尺寸為-280×300×20mm。當(dāng)前59頁，總共72頁。（2）加勁肋與節(jié)點板的焊縫計算

焊縫長度等于加勁肋高度，也等于節(jié)點板高度。由節(jié)點圖量得焊縫長度為492mm，設(shè)焊腳尺寸hf=6mm，計算長度lw=492-12-15=465mm，每塊加勁肋近似的按承受R/4計算，R/4作用點到焊縫的距離為e=(140-6-15)/2+15=74.5mm。則焊縫所受剪力V及彎矩M為：V=275.31/4=68.8kNM=V×e=68.8×74.5=5126kN·mm當(dāng)前60頁，總共72頁。焊縫強度驗算:滿足要求。=當(dāng)前61頁，總共72頁。（3）加勁肋和節(jié)點板與底板的焊縫計算hf應(yīng)滿足角焊縫的構(gòu)造要求：hf=1.5=7mm，hf=1.2tmin=1.2×12=14.4mm，實取hf=8mm。如圖所示六條焊縫總的計算長度：Σlw=2×(300-16)+2(280-12-2×15-4×8)=980mm當(dāng)前62頁，總共72頁。6、節(jié)點板計算（1）節(jié)點板在受壓腹桿的壓力作用下的計算

所有無豎桿相連的節(jié)點板，受壓腹桿桿端中點至弦桿的凈距離c與節(jié)點板厚度t之比，均小于或等于。所有與豎桿相連的節(jié)點板，c/t均小于或等于，因而節(jié)點板的穩(wěn)定均能保證。當(dāng)前63頁，總共72頁。（2）所有節(jié)點板在拉桿的拉力作用下，也都滿足要求，因而節(jié)點板的強度均能保證。此外，節(jié)點板邊緣與腹桿軸線之間的夾角均大于15°，斜腹桿與弦桿的夾角均在25°~65°之間，節(jié)點板的自由邊長度與厚度之比均小于

，都滿足構(gòu)造要求，節(jié)點板均安全可靠。截面設(shè)計中注意：（1