鋼屋架設(shè)計計算書

1、<p><b>　　1 設(shè)計資料</b></p><p><b>　　1.1 基本資料</b></p><p>　?、倌硰S房總長度90m，縱向柱距6m，跨度L＝18m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距6m。</p><p>　?、诮Y(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=L/10；屋

2、架鉸接于柱上。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為8度，屋架下弦標(biāo)高為10m；廠房內(nèi)無吊車梁。</p><p>　?、畚萆w結(jié)構(gòu)為無檁體系：采用1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）。荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S0=0.55kN/m2，不考慮施工

3、活荷載，積灰荷載0.2kN/m2</p><p><b>　　1.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值</b></p><p>　　屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：</p><p>　　三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4kN/m2</p><p>　　保溫層

4、 0.4kN/m2</p><p>　　一氈二油隔氣層 0.1kN/m2</p><p>　　水泥砂漿找平層 0.1kN/m2</p><p>　　預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板 1.45kN/m2</p>&

5、lt;p>　　2 結(jié)構(gòu)形式與布置</p><p><b>　　2.1屋架形式</b></p><p>　　屋面材料為預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，梯形鋼屋架，屋面坡度i=L/10 ，L為屋架跨度。</p><p>　　2.2屋架尺寸的確定</p><p>　　屋架計算跨度屋架端部高度取： HO=199

6、00mm,中部高度取H=2890mm</p><p>　　屋架高跨比：。屋架跨中起拱。</p><p>　　為了使屋架節(jié)點受荷,配合屋面板1.5m寬，腹桿體系大部分采用下弦節(jié)間水平尺寸為3.0m的人字形式，上弦節(jié)間水平尺寸為 1.5m，屋架幾何尺寸及內(nèi)力值如圖所示。</p><p>　　圖1 18m跨屋架幾何尺寸</p><p>　　圖2

7、 18m跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值</p><p>　　圖3 18m跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值</p><p>　　2.3鋼材和焊條的選用</p><p>　　根據(jù)計算溫度、荷載性質(zhì)和連接方法，屋架剛材采用 Q345沸騰鋼，要求保證屈服強度 fy、抗拉強度 fu、伸長率δ和冷彎實驗四項機械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三項化學(xué)成分的合格

8、含量。焊條采用 E55型，手工焊。</p><p><b>　　2.4屋蓋支撐布置</b></p><p>　　根據(jù)廠房長度、跨度及荷載情況，設(shè)置三道上、下弦橫向水平支撐。因柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合，廠房兩端的橫向水平支撐設(shè)在第一柱間，該水平支撐的規(guī)格與中間柱間支撐的規(guī)格有所不同。在所有柱間的上弦平面設(shè)置了剛性與柔性系桿，以保證安裝時上弦桿的穩(wěn)定，在各柱間下弦平面的跨中及端部

9、設(shè)置了柔性系桿，以傳遞山墻風(fēng)荷載。在設(shè)置橫向水平支撐的柱間，于屋架跨中和兩端各設(shè)一道垂直支撐。</p><p><b>　　3 荷載計算</b></p><p><b>　　3.1恒活荷載計算</b></p><p>　　雪荷載荷載0.55kN/，積灰荷載0.2kN/屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計

10、算，跨度L單位為m,荷載計算結(jié)果見表1。</p><p><b>　　表 1 荷載計算表</b></p><p><b>　　3.2 荷載組合</b></p><p>　　設(shè)計屋架時應(yīng)考慮以下三種荷載組合情況：</p><p>　?、偃缬谰煤奢d + 全跨可變荷載</p><p&

11、gt;　　全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：</p><p>　?、谌缬谰煤奢d + 半跨可變荷載</p><p><b>　　全跨節(jié)點永久荷載：</b></p><p><b>　　半跨節(jié)點可變荷載：</b></p><p>　?、廴缥菁埽òㄖ危┳灾?半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載:</p&

12、gt;<p><b>　　全跨節(jié)點屋架自重：</b></p><p>　　半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：</p><p>　　①、②為使用節(jié)點荷載情況，③為施工階段荷載情況。</p><p><b>　　4 內(nèi)力計算</b></p><p>　　由圖解法或數(shù)解法解得F＝1的屋架各桿件的內(nèi)

13、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，計算結(jié)果見表2。</p><p>　　表2 屋架桿件內(nèi)力組合表</p><p><b>　　5 桿件截面設(shè)計</b></p><p>　　5.1上弦桿截面計算</p><p>　　整個上弦采用等截面，按FG桿件的最大設(shè)計內(nèi)力設(shè)計，即N=－

14、353.07KN</p><p>　　上弦桿計算長度：屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度 ，上弦截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并。腹桿最大內(nèi)力N=－252.21 KN，中間節(jié)點板厚度選用10mm，支座節(jié)點板厚度選用12mm</p><p>　　雙角鋼截面不論對x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。</p><p><b>　　假設(shè)</b></p>

15、<p><b>　　需要截面回轉(zhuǎn)半徑：</b></p><p>　　查附表1.20，得b類截面時，。</p><p><b>　　需要截面積：</b></p><p>　　根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2∟，A = 21.3 c㎡ , ix = 2.01 cm , iy = 5.22

16、cm。</p><p>　　按所選角鋼進(jìn)行驗算：，</p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　<150,并且大于</b></p><p>　　故由，按b類查查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表得</p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。

17、</b></p><p>　　每個節(jié)間放一塊填板均勻分布，尺寸：</p><p>　　5.2下弦桿截面計算</p><p>　　下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計算。</p><p>　　（因跨中有通長系桿）</p><p>　　因屋架只承受靜力荷載，對拉桿可只計算其在豎向平面內(nèi)的長細(xì)比，=350</p&

18、gt;<p>　　需要的截面回轉(zhuǎn)半徑為：</p><p><b>　　需要的面積為：</b></p><p>　　由需要的，采用不等邊角鋼短邊相連方案時得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　截面驗算：</b></p>

19、<p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p>　　所需截面尺寸滿足要求。</p><p>　　每個節(jié)間放一塊填板，尺寸：</p><p>　　間距

20、：<，取150cm。</p><p><b>　　5.3斜桿截面計算</b></p><p>　　5.3.1 斜桿aB</p><p><b>　　桿件軸力：（壓力）</b></p><p><b>　　計算長度： ，</b></p><p>　　

21、雙角鋼截面不論對x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。</p><p><b>　　假設(shè)，查表得</b></p><p><b>　　需要截面回轉(zhuǎn)半徑：</b></p><p><b>　　需要截面積：</b></p><p>　　由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時得，，

22、，供給截面積>合適。</p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　<，并且大于</b></p><p&g

23、t;<b>　　故由，按b類查表得</b></p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p><p>　　每個節(jié)間放兩塊填板均勻分布，尺寸：</p><p>　　5.3.2 斜桿Bc</p><p>　　斜腹桿拉力設(shè)計值為：</p><p>　　平面內(nèi)外計算長度

24、分別為：</p><p><b>　　需要的面積為：</b></p><p><b>　　選用等邊角鋼，提供</b></p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><

25、;b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p><p>　　每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：</p><p>　　間距：<，取90cm。</p><p>　　5.3.3 斜

26、桿cD</p><p>　　N =-131.19kN (壓力)，l0x =229.1cm l0y = l =286.4cm</p><p><b>　　需要的面積為：</b></p><p><b>　　選用等邊角鋼，提供</b></p><p><b>　　截面驗算：</b&

27、gt;</p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p><p>　　每個節(jié)間放兩塊填

28、板，尺寸：</p><p>　　間距：<，取90cm。</p><p><b>　　5.3.4斜桿De</b></p><p>　　N =73.08kN ，l0x =2291mm l0y = l =2864mm</p><p><b>　　需要的面積為：</b></p>&

29、lt;p><b>　　選用等邊角鋼，提供</b></p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b>

30、</p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p><p>　　每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：</p><p><b>　　5.3.5斜桿eF</b></p><p>　　N =-32.58kN (壓力)，l0x =249.92cm l0y = l =312.4cm </p&

31、gt;<p><b>　　需要的面積為：</b></p><p><b>　　選用等邊角鋼，提供</b></p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以

32、</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p><p>　　每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：</p><p><b>　　圖5斜桿eF截面</b></p><p><b&g

33、t;　　5.3.6斜桿Fg</b></p><p>　　N =-41.89kN (壓力)，l0x =249.92cm l0y = l =312.4cm </p><p><b>　　需要的面積為：</b></p><p><b>　　選用等邊角鋼，提供</b></p><p>&

34、lt;b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　，可以</b></p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p>

35、;<p>　　每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：</p><p><b>　　5.4豎桿截面計算</b></p><p><b>　　5.4.1豎桿Ee</b></p><p><b>　　桿件軸力：</b></p><p><b>　　計算長度： ，</

36、b></p><p>　　雙角鋼截面不論對x軸和y軸彎曲屈曲，都為b類截面。</p><p><b>　　假設(shè)，查表得</b></p><p><b>　　需要截面回轉(zhuǎn)半徑：</b></p><p><b>　　需要截面積：</b></p><p>

37、;　　由所需截面積A和回轉(zhuǎn)半徑，采用等邊角鋼方案時得，，，截面>合適。</p><p><b>　　截面驗算：</b></p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　故：</b>

38、;</p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　故由，按b類查表得</b></p><p><b>　　截面尺寸滿足要求。</b></p><p>　　每個節(jié)間放兩塊填板，尺寸：</p><p>　　間距：<，取70c

39、m。</p><p>　　5.4.2 豎桿Gg</p><p>　　N =31.50kN (拉力)， l0x =231.2cm l0y =289.0cm </p><p>　　選用2∟36×3， A =4.22 c㎡ , ix = 1.11cm , iy = 1.71cm</p><p>　　滿足長細(xì)比：的要求。&

40、lt;/p><p><b>　　所選截面合適。</b></p><p>　　表3 屋架桿件截面選擇表</p><p><b>　　6 節(jié)點設(shè)計</b></p><p><b>　　6.1下弦c節(jié)點</b></p><p>　　根據(jù)腹桿的內(nèi)力計算腹桿與節(jié)點連

41、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)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。</p><p>　　選用E55焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設(shè)計值＝200Mpa，實際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。</p><p>　　設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按不等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：</p><p>　　

42、肢背： ，加后取。</p><p>　　肢尖： ，加后取。</p><p>　　設(shè)“cD”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：</p><p>　　肢背： ，加后取。</p><p>　　肢尖： ，加后取。</

43、p><p>　　“Cc”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取。</p><p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖如圖，從而確定節(jié)點板尺寸為</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長度為33.5cm，。焊縫所受的力為左右兩下弦桿內(nèi)力差：</p><p>　　受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力

44、為：</p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸 </p><p>

45、<b>　　6.2上弦B節(jié)點</b></p><p>　　已知采用E50焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計值</p><p>　　“Bc”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和下弦節(jié)點“c”相同。</p><p><b>　　已知</b></p><p>　　設(shè)“aB”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按不等

46、邊角鋼長肢連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：</p><p>　　肢背： ，加后取。</p><p>　　肢尖： ，加后取。</p><p>　　為了便于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進(jìn)上弦肢背8mm，用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫作為兩條焊縫計算，槽焊縫強度設(shè)計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上坡度的

47、影響，而假定集中荷載P與上弦垂直，上弦肢背槽焊縫內(nèi)的應(yīng)力由下面計算得到：</p><p><b>　　6.3屋脊G節(jié)點</b></p><p><b>　　屋脊節(jié)點“G”</b></p><p>　　豎桿內(nèi)力不大，可按構(gòu)造要求決定焊縫尺寸。</p><p>　　弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為了使

48、拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度（一般為=21mm）。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。</p><p>　　設(shè)拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫，則所需焊縫長度為（一條焊縫）</p><p>　　拼接角鋼的長度，拼接角鋼長度取400mm。</p><p>　　根據(jù)腹桿內(nèi)力

49、，取節(jié)點板尺寸為：，上弦與節(jié)點板肢尖的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，計算長度為，節(jié)點荷載為：焊縫承受的剪應(yīng)力：</p><p><b>　　，滿足</b></p><p>　　上弦肢尖與節(jié)點板的鏈接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩。設(shè)肢尖焊縫，取節(jié)點板長度200mm，則節(jié)點一側(cè)弦桿的焊縫的計算長度為：，焊縫承受的剪應(yīng)力：</p><p

50、>　　焊縫應(yīng)力為： </p><p><b>　　<</b></p><p><b>　　焊縫強度滿足要求。</b></p><p>　　中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=46.35KN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lw>50 mm。<

51、;/p><p><b>　　6.4支座a節(jié)點</b></p><p>　　“aB”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和上弦節(jié)點“B”相同，肢背和肢尖縫和，焊縫長度分別為：140mm和70mm。節(jié)點板厚度為12mm。</p><p>　　豎桿Aa選用與“aB”截面相同的角鋼，焊縫尺寸按構(gòu)造要求決定。肢背和肢尖角焊縫均為。</p><p>　

52、　下弦桿焊縫尺寸按構(gòu)造要求，。</p><p>　　為了便于施焊，下弦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(shè)置加勁肋，加勁肋與節(jié)點板的厚度相等，為12mm。</p><p><b>　　支座板計算：</b></p><p><b>　　支座反力：</b></p><p>　

53、　支座所需的凈截面面積：</p><p>　　選擇的支座底板如圖尺寸。</p><p>　　僅考慮有加勁肋的部分承受支座反力</p><p>　　由于>，故底板的面積合適。</p><p>　　底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點板和加勁肋將底板分成四塊，每塊為兩相鄰邊支撐而另兩邊自由的板。</p><p>

54、;　　根據(jù)底板尺寸確定，查表可得值為0.058。.</p><p>　　底板下的平均應(yīng)力為：</p><p>　　每塊板的單位寬度的最大彎矩為：</p><p>　　底板厚度：，取t=20mm。</p><p><b>　　下弦中央節(jié)點“g”</b></p><p>　　已知采用E50焊條，角焊縫

55、的抗拉、抗壓和抗減設(shè)計值</p><p>　　拼接板的截面取與下弦桿相同的角鋼，為了使拼接角鋼和原來的角鋼相緊貼，對接角鋼頂部截去棱角，寬度為角鋼內(nèi)接圓半徑r，對其豎直邊應(yīng)割去=16m。</p><p>　　連接焊縫的強度條件可求出拼接角鋼的總長度為：</p><p>　　連接焊縫取250mm。</p><p>　　設(shè)“Fg”桿的肢背和肢尖縫

56、和，則所需的焊縫長度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算）：</p><p>　　肢背： ，加后取。</p><p>　　肢尖受力比肢背小，焊縫取。</p><p>　　“F’g”的焊縫尺寸與“Fg”相同。</p><p>　　設(shè)“Gg”桿的肢背和肢尖縫和，則所需的焊縫長度為（按等邊角鋼連接的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)計算

57、）：</p><p>　　肢背： ，加后取。</p><p>　　肢尖受力比肢背小，焊縫取。</p><p>　　“Cc”桿內(nèi)力為：38.79kN,</p><p><b>　　<,焊縫長度取</b></p><p>　　肢尖的力比肢背小，焊縫長度取</p>

58、<p>　　根據(jù)上面求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有的間隙及制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點詳圖如圖，從而確定節(jié)點板尺寸為</p><p>　　下弦桿與節(jié)點板連接的焊縫長度為30cm，。焊縫所受的力按弦桿受力的15%計算：</p><p>　　受力較大的肢背處的焊縫應(yīng)力為：</p><p><b>　　<</b></p