21m跨度-90m长厂房钢屋架设计计算书.doc

目录目录 1 1、设计资料、设计资料 1 1 2 2、屋架尺寸及结构形式与选型、屋架尺寸及结构形式与选型 2 2 3 3、檩条设计、檩条设计 2 2 3.13.1、檩条布置、檩条布置 3 3 3.23.2、刚度验算、刚度验算 4 4 4 4、屋架的内力计算屋架的内力计算 5 5 5 5、杆件设计、杆件设计 7 7 5.15.1、上弦杆、上弦杆 7 7 5.25.2、下弦杆、下弦杆 8 8 5.35.3、斜腹杆、斜腹杆 1010 六、节点设计六、节点设计 1111 6.16.1、屋脊节点、屋脊节点 g g1111 6.26.2、下弦节点、下弦节点 c c1313 6.36.3、上弦节点、上弦节点 b b1414 6.46.4、支座节点、支座节点 a a1515 6.4.26.4.2 参考资料参考资料1717 致谢致谢 2020 钢屋架设计计算书钢屋架设计计算书 1 1 设计资料及屋架形式与材料设计资料及屋架形式与材料 1.1 某单跨厂房，长度为 90m，跨度 21m，车间内设有一台 50kn 的中级工作制的吊车， 计算温度高于-20。采用三角形钢屋架的屋面,坡度 i=1：3，采用石棉水泥波形瓦屋面 （重量 200n/m2） ，规格：18207258,轻钢檩条及拉条（重量 100n/m2）. 钢屋架简支于钢筋砼柱上，上柱截面为 400400，砼强度等级为 c30，基本风压 w0=350n/m2，屋面均布活载或雪载为 500n/m2，积灰荷载为 100500n/m2，无抗震要求。钢 材标号：q345 钢，其设计强度为 f=310kn/m2,焊条采用 e50 型，手工焊接，荷载分项系数 去：g=1.2,q=1.4. 1.2 屋架形式及几何尺寸 根据所用屋面材料的排水需要几跨度参数，采用人字形六节间三角形屋架。屋架坡度 为 1：3，屋面倾角。 1 arctan18.4 3 , sin0.3162cos0.9487 屋架计算跨度：.m2070030021000 屋架跨中高度：milh34506/1207002/ 0 上弦长度：mll10910cos2/ 0 节间长度：.m l 1818 6 节间水平方向尺寸长度：.maaa1725435.18cos20700cos 根据几何关系得屋架各杆件的几何尺寸如图 1 所示。 图图 1 1 杆件的几何尺寸杆件的几何尺寸 2 屋盖支撑设计 2.1 屋架的支撑（如图 1 所示） 根据厂房长度为 90m60m,跨度 l=21m 和有桥式吊车的情况，在厂房两端地二柱和厂房中 部设置三道上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑及垂直支撑；并在上弦及下弦设三道系 杆。上弦有檩条亦可不设系杆如图 2 所示。 图图 2 2 屋架的支撑屋架的支撑 （a) (b) (c) (a)上弦支撑系统 （b)下弦支撑系统 （c）竖向支撑系统 3 檩条设计 3.1 檩条布置 檩条采用槽钢檩条，每节间布置两根，檩距为 1818/2=909m，檩条跨中设一跟柱体。 荷载计算 屋面坡度，雪荷载按不均匀分布最不利情况考虑，雪荷载与活荷载不同25435.18a 时取较大值，按雪荷载计算。 施工荷载 mkn /207. 09093 . 0 石棉瓦重 mkn /18 . 0 909 . 0 2 . 0 合计 mkngk/55 . 0 1 活荷载 mknqk/64 . 0 909 . 0 7 . 0 1 檩条均布荷载设计值 mknqg/56 . 1 64 . 0 4 . 155 . 0 2 . 1)( 11 mknaqgqg xx /49. 0)435.18sin(56 . 1 sin)()( 1111 mknaqgqg yy /48 . 1 )435.18cos(56 . 1 cos)()( 1111 内力计算： mknlqgm yyx /66 . 6 648 . 1 8 1 )( 8 1 22 11 mknlqgm xxy /55 . 0 349 . 0 8 1 )( 8 1 22 11 强度验算 试选槽钢12，自重 12.05kg/m, 2 15.36cm=ammh120mmb53mmtw5 . 5 mmt9 3 7 .57 cmwx 3 2 . 10 cmwyb 3 2362 . 1 / 4 . 37cmwya 05 . 1 yaxa 4 346cmix2 . 1 yb 截面受力情况如图所示： 验算点 a： 22 33 /215/ 7 . 132 102305 . 1 550000 10 7 . 5705 . 1 6660000 mmnmmn w m w m yy y xx x 验算 b 点： 整体稳定性验算 因在檩条跨中设有一道钢拉条，故可不进行该项验算。 刚度验算 验算与屋面垂直平面的相对挠度，按短期荷载效应组合进行。 3.2 刚度验算 当檩条间设有拉条时，檩条只需计算垂直于屋面方向的最大挠度，计算挠度时，荷载 应取其标准值。 荷载标准值： 11 ()0.55.641.19/ kk gqkn m 则 1111 ()cos1.19 cos18.4351.12/ k yk ykk gqgqakn m 43 11 54 ()551.12 600011 / 3843842.06 1034.6 10226150 kk x gql fl ei l 能满足刚度要求。 4 4 屋架的内力计算屋架的内力计算 4.1 荷载计算 因檩条沿节间布置，先将檩条作为屋架集中荷载计算，再按经验公式计算屋架和支撑自 重最后折算为屋架上弦节点荷载。因为屋面坡度较小，风荷载为吸力，课不考虑风荷载和 积灰荷载影响。 檩条作用在屋架上弦的集中力为： 11 2 ()/ 22 1.56 6/ 29.36qqglkn 屋架和支撑自重，按轻屋盖估算： 2 2 0.318 1.20.382/glkn m 节点荷载设计值为： 2 363 9.360.382 1.725 632fqgkn 屋架杆件内力计算 芬克式三角形屋架在半跨雪荷载作用下，腹杆内力不变号，故只需按全跨雪荷载和全跨 永久荷载组合就是那屋架杆件内力。根据力学求解器，二节间芬克式屋架先求/6nl h 得杆件内力系数，再乘以节点荷载,即可得到杆件内力。最不利组合设计值。32fkn 见表 。 表表 1 1 杆件内力系数及内力值杆件内力系数及内力值 杆件内力系数内力设计值(kn) ab-20.72 -66304 bc-18.97 -607.04 cd-9.16 -607.04 de-22.01 -704.32 ef -19.02-477.44 fg -13.87-443.84 ah +19.85+635.2 hi +16.5 +528 ij+10.25+328 di-4.43-141.76 全跨 屋面 荷载 p 的 内力 系数 bh ch ek fk hd ik kg gj -1.75 -1 -7.94 1.82 2.25 4.17 4.3 0 -56 -32 -254.08 58.24 72 133.44 137.6 0 注：负为受压，正为受拉 全跨荷载布置图 全跨荷载内力图 上弦杆局部弯矩计算。按两跨连续梁计算，如图所示 0 /39.36 3.449/310.76/mqlkn m 端节间： 10 0.80.8 10.768.6mmkn m 中间节间及节点： 20 0.60.6 10.766.45mmkn m 5 5 杆件截面的选择杆件截面的选择 5.1 上弦杆 按弦杆最大内力-704.32kn，选出中间节点板厚度为 10mm，支座节点板厚度为 12mm。 上弦杆内力计算：，,704.32 ab nkn 607.04.32 bc nkn 1 8.6mkn m ；故按压弯杆计算。 2 6.45mkn m 选组成的 t 形截面：，2l100 14 2 2 26.2652.52acm 2 3 x icm 2 5 y icm ， 3 10 /236.5/3.469.55 xx wiycm 3 1 2 33.7366.46 x wcm 0 3zcm 12 1.05,1.2 xx 强度验算：截面强度验算由负弯矩控制 36 2 23 1 704.32 106.45 10 214310/ 52.52 101.2 66.46 10 x nxx mn fkn mm aw 弯矩作用平面内的稳定性验算： 按 b 类截面查附表 0 /18.18/360.6150 xxx li 2223223 /206 1052.52 10 /(60.610 )925 exx neakn 按有端弯矩和横向荷载同时作用是弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为，0.85 mx 采取正弯矩验算： 2 32 6 2 3 1 /310 )10925/1032.7048 . 01 (55.6905. 1 1045. 685 . 0 1052.52575 . 0 1032.704 )/8 . 01 ( mmn nnw mbn exxx xmx a 补充验算： 2 22 2 3 22 /310 )/25 . 1 1 (1008.85 1032.704 )/25 . 1 1 ( mmn nnw mb nnw mb a n exxx xmx exxx xmx 弯矩平面外的稳定性验算 由负弯矩控制： cmnnll y 51 . 3 32.704/04.60775.10 8 . 1812/25 . 0 75 . 0 ( 1210 150 1 . 3510/351/ 0 yyy il 查附表得：，984 . 0 y 1 b 85 . 0 tx 36 22 23 1 704.32 100.85 6.45 10 116.6/310/ 0.984 85.08 101 1.689 10 txx ybx mn n mmfn mm aw 5.2 下弦杆 下弦杆也采用等截面，按最大内力计算。屋架平面内的计算长度取最大节间长度，ij 。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点 间的距离， =635.2 max nkn =3450mm =1035mm ox l oy l 所需截面面积为：= n a n f 3 2 635.2 10 29.54 215 cm 选用 21006310，短肢相并，短肢相距 12mm。 由型钢表查得 =31,=17.5mm，=50.2mma 2 cm x i y i = =350 x ox x l i 3450 204.9 17.5 = =206.18=350 y oy y l i 1035 5.02 =315 n n a 3 635.2 10 204.9 31000 2 n mmf 2 n mm 故所选截面合适。 jgjg 杆杆 中间竖腹杆 jg，n=0，l=345cm =-103.6,=1870mm cg nkn oy l ox l 选用 2564，长肢相并，长肢相距 12mm 由型钢表查得 a=812mm ，=21.8mm，=11.1mm 2 x i y i =142=150 x ox x l i 310.5 2.18 所选截面合适。 ik,gkik,gk 杆杆 杆 ik,gkik,gk 杆端部相连故采用通杆 =133.44 max nkn =3450mm =6900mm ox l oy l 选用 2455，短肢相并，短肢相距 12mm。 由型钢表查得 =620.65,=13.7mm，=22.4mma 2 mm x i y i = =251.8=350 x ox x l i 345 1.37 = =308=350 y oy y l i 690 2.24 =155=310 n n a 3 133.44 10 860 2 n mmf 2 n mm 故所选截面合适。 didi 杆杆 fc、ck 杆因内力较小故按=350 选择需要的回转半径 =-141.76 max nkn =195.2cm ox l =244cm oy l 选用 2608，长肢相并，长肢相距 12mm 由型钢表查得 a=18.04cm ，=18.1mm，=53mm 2 x i y i = =350 x ox x l i 195.2 107.84 1.81 =155.7=310 n n a 3 2 141.76 10 0.508 18.04 10 2 n mmf 2 n mm 故所选择的截面合适。 5.3 腹杆 hd dk 杆 =72 max nkn =243.9cm ox l 选用 2608，长肢相并，长肢相距 12mm 由型钢表查得 a=18.04cm ，=18.1mm，=53mm 2 x i y i = =350 x ox x l i 195.2 107.84 1.81 =39.9=310 n n a 3 2 72 10 18.04 10 2 n mmf 2 n mm 故所选择的截面合适。 屋架各杆件截面选择情况见表。 屋架杆件界面选择 杆件计算长度回转半径长细比稳定系数 名 称 编 号 截面规格 截面 面积 mm ox l mm oy l mm x i mm y i mm x y 容许长 细比 x yz 上 弦 杆 ab bc cd de 210014525218182383305060.635.11500.575 下 弦 杆 ah hi 256431003450885017.550.2197.1206.23501 di260818041952244018.153107.81041500.508 bh260818041952244018.153107.81041500.508 ch260818041952244018.153107.81041500.508 ek260818041952244018.153107.81041500.508 fk260818041952244018.153107.81041500.508 腹 杆 dk hd 260818041952244018.153107.81041500.508 竖 杆 eh263499535403540=24.6i143.92000.508 6 6 节点设计节点设计 本例只选择几个有代表性的、重要的节点进行计算，其余节点的计算过程从略，可参 见屋架施工图。 6.1 屋脊节点 腹杆 eg 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和=5mm，则杆 1f h 2f h 端所需的焊缝长度分别为 =200（以下同） w f f 2 n mm 肢背：= 10=112mm 1 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 1 20067 . 02 10 5 . 22475. 0 3 故取=120mm。 1 l 屋脊节点（单位：mm） 故肢尖：= 10=50.1mm 2 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 2 20057 . 02 10 5 . 22425. 0 3 取=55mm。 2 l 拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去 v=t+5=18mm，取 f h v=20mm，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计 算长度为 =142mm w l w ff fh n 7 . 0420067 . 04 10 5 . 224 3 拼接角钢的总长度为 =2（+12）+d=2（142+12）50=358mml w l 取 =450mml 上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载 f2，验算从略。上弦肢尖与节 点板的焊缝连接按弦杆内力的 15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心 eg n 距 e=84mm） 。设肢尖焊缝焊脚尺寸=5mm，节点板总长度为 700mm，则节点一侧弦杆 f h 焊缝的计算长度为 =（7002）-20-10（700/2）/0.92852010=347mm w lcos 焊缝应力为 =29.5 f 0.15 2 0.7 f w n h l34757 . 02 103 .47715 . 0 3 2 n mm =42.8 f 2 0.156 2 0.7 f w ne h l 2 3 34757 . 02 10 3 . 4778515. 0 2 n mm =42.8=200 22 ()() f f f 22 5 . 29) 22 . 1 8 . 42 ( 2 n mm w f f 2 n mm 由以上计算结果可知，因弦杆与节点板的连接焊缝受力不大，且连接长度较大，故 可按照构造进行满焊，不必计算。 6.2 下弦节点 g 下弦节点（单位：mm） eg 杆焊缝长度与屋背节点相同 腹杆 cg 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和=5mm，则杆 1f h 2f h 端所需的焊缝长度分别为 肢背：= 12=52.1mm 1 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 1 20067 . 02 106 .10365 . 0 3 故取 60mm。 1 l 肢尖：= 10=35.9mm 2 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 2 20067 . 02 106 .10335 . 0 3 故取 40mm。 2 l 根据上述求得焊缝长度，确定节点板尺寸为 360mm250mm 下弦与节点板连接焊缝长度为 600mm，=5mm f h knn 7 . 250 1 . 167 8 . 417 其肢背应力较大 knkn f 200 5 . 66 5236057 . 02 10 7 . 25065 . 0 3 故满足要求 6.3 上弦节点 c 上弦节点 c（单位：mm） cg 杆与下弦节点相同 腹杆 fc 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和 1f h =5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为 2f h 肢背：= 12=38.9mm 1 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 1 20067 . 02 10 6 . 6965 . 0 3 故取 45mm。 1 l 肢尖：= 10=27.4mm 2 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 2 20067 . 02 10 6 . 6935 . 0 3 故取 40mm。 2 l 腹杆 kc 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和 1f h =5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为 2f h 肢背：= 12=45mm 1 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 1 20067 . 02 10 8 . 8565 . 0 3 故取 50mm。 1 l 肢尖：= 10=31.45mm 2 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 2 20067 . 02 10 8 . 8535 . 0 3 故取 40mm。 2 l 上弦肢槽焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）f，取节点板缩进肢背 8mm， =t2=6mm，则 f h =13.50.8=160 f 2 0.7 ff w f h l 40067 . 0222 . 1 1070.55 3 2 n mm f h 2 n mm 肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差为 =-=504.1-498.5=-5.6n cdbc nnkn 偏心距 e=85mm，因内力很小且节点板长度较大，故可不作计算，按构造要求布置焊 缝进行满焊即可满足条件。 6.4 支座节点支座节点 a 支座节点（单位：mm） 屋架支撑与钢筋混凝土柱上，混凝土强度为 c30，=14.3为便于施焊， c f 2 n mm 取下弦轴线至支座底板上表面的距离为 160mm，并设置加劲肋。 6.4.1 支座节点焊缝计算 下弦杆端与节点板的焊缝取肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为=8mm 和=5mm，则所 1f h 2f h 需焊缝长度为 肢背：= 16=179.2mm 1 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 1 20087 . 02 10 4 . 48775 . 0 3 故取 180mm。 1 l 肢尖：= 10=97mm 2 l f w ff h fh nk 2 7 . 02 2 20057 . 02 10 4 . 48725 . 0 3 故取 100mm。 2 l 上弦杆端与节点板的焊缝，由于焊缝长度较大，可不必计算，按构造要求即可。 6.4.2 支座底板计算 支座反力为 r=4f=455.7=222.8 =14.3kn c f 2 n mm 底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算。支座节点板和加劲肋将支座底板分成四 块，每块板均为两相邻边固定支撑而另两相邻边自由的板。 =155.8cm 3 .14 10 8 . 222 3 n a 2 锚栓直径取 d=25mm，锚栓孔径 50mm，并开 u 型孔。 2 2 0 4 . 215 4 514 . 3 55 . 52 8 . 155cmaaa n 底板采用 25cm25cm=625cm 215.4cm 22 实际底板面积： 2 2 4 . 550 4 514 . 3 55 . 52625cman 底板实际应力： 2 2 3 /4 10 4 . 550 10 8 . 222 mmnq 两支撑边之间的对角线长度： mma9 .166 2 14 125 2 14 125 22 1