梯形钢屋架计算书.doc

单层厂房钢屋盖设计计算书一、设计计算资料梯形屋架跨度27m，屋架间距6m，厂房长度84m。屋架支撑于钢筋混凝土柱子上，节点采用焊接方式连接。钢筋混凝土柱高12m，其混凝土强度等级为C30。钢材为Q235-B，焊条E43型。厂房内有中级工作制桥式吊车，起重量Q300kN。屋面均布活荷载（不与雪荷载同时考虑）为：轻型屋面取0.3kN/,但计算负荷面积不超过60时，取0.5 kN/；重型屋面取0.5 kN/。屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度i，H型钢檩条的水平间距为3.375m。基本风压为0.75 kN/，基本雪压为0 kN/。二、屋架几何尺寸的确定屋架的计算跨度，端部高度取跨中高度为。跨中起拱高度为60mm（L/500）。梯形钢屋架形式和几何尺寸如图1所示。三、屋盖支撑布置根据厂房长度（84m60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面有檩条代替刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔、刚性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2、图3、图4所示。其中SC#为上弦支撑、XC#为下弦支撑、CC#为垂直支撑、GG#为刚性系杆、RG#为柔性系杆、GWJ#为屋架。四、荷载计算1、永久荷载（水平投影面）压型钢板 kN/檩条（0.5kN/m） 0.148 kN/屋架及支撑自重 0.01L=0.27kN/ 合计 0.569kN/ 2、可变荷载（水平投影面）因屋架受荷水平投影面积不超过60，故屋面均布活荷载为0.50 kN/，无雪荷载。故取屋面均布活荷载为可变荷载。3、风荷载风压高度变化系数为1.056，屋面迎风面的体型系数为-0.6，背风面为-0.5，所以负风压标准值（垂直于屋面）为：迎风面：kN/背风面：kN/对轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，此时屋架弦杆和腹杆中的内力均可能变号，必须考虑风荷载组合。但此处风荷载小于永久荷载，故不考虑风荷载的影响。五、屋架杆件内力计算与组合由永久荷载控制的荷载组合值为 ：kN/由可变荷载控制的荷载组合值为：kN/故可变荷载效应起控制作用。1、荷载组合考虑以下二种荷载组合（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载（3）全跨屋架、支撑及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载因在施工中能保证屋面板对称布置，所以不考虑第三种荷载组合。2、节点荷载（1）永久荷载：kN （2）可变荷载：kN3、内力系数计算因屋架结构对称，由结点法解得F1作用于左半跨时的屋架各杆件的内力系数，如图5所示。计算过程如下由，得；由，得。结点a，得；，得。结点A，得，得由以上两式求得结点b，得，得结点B，得，得由以上两式求得结点c，得，得结点C，得，得由以上两式求得结点d，得，得结点D，得，得由以上两式求得结点E，得，得结点e，得，得结点D，得，得结点d，得，得结点C，得，得结点c，得，得结点B，得，得结点b，得，得结点A，得，得结点a，得，得4、屋架杆件内力计算前面已求得杆件的内力系数，所以只需将杆件内力系数分别乘以各种荷载组合下节点荷载即得各种荷载组合下的杆件内力。杆件内力计算过程见表1。表1 屋架构件内力组合表 （单位：KN）杆件内力系数（F=1）单项荷载内力内力组合最不利组合活载恒载第一种第二种名称编号左半跨右半跨全跨左半跨F2*右半跨F2*全跨F1*+上弦杆AB-3.398-1.447-4.875-48.167-20.511-67.407-136.085-115.574-87.918-136.085AB-1.447-3.398-4.875-20.511-48.167-67.407-136.085-87.918-115.574-136.085BC-4.698-2.448-7.146-66.594-34.700-98.808-200.102-165.402-133.508-200.102BC-2.448-4.698-7.146-34.700-66.594-98.808-200.102-133.508-165.402-200.102CD-4.610-3.024-7.814-65.347-42.865-108.044-216.256-173.391-150.909-216.256CD-3.024-4.610-7.814-42.865-65.347-108.044-216.256-150.909-173.391-216.256DE-3.610-3.610-7.220-51.172-51.172-99.831-202.175-151.003-151.003-202.175DE-3.610-3.610-7.220-51.172-51.172-99.831-202.175-151.003-151.003-202.175下弦杆ab0000000000ab0000000000bc3.3701.3414.71147.77019.00865.139131.917112.90984.147131.917bc1.3413.3704.71119.00847.77065.139131.91784.147112.909131.917cd4.6592.3346.99366.04133.08496.692195.817162.733129.776195.817cd2.3344.6596.99333.08466.04196.692195.817129.776162.733195.817de4.5773.0047.58164.87942.582104.822212.283169.701147.404212.283de3.0044.5777.58142.58264.879104.822212.283147.404169.701212.283斜腹杆Ab3.9601.5795.53056.13322.38276.463154.978132.59698.845154.978Ab1.5793.9605.53022.38256.13376.463154.97898.845132.596154.978Bc1.5811.2182.79922.41117.26538.70278.37861.11355.96778.378Bc1.2181.5812.79917.26522.41138.70278.37855.96761.00378.378Cd-0.1140.9520.838-1.61613.94611.58723.9179.97125.53325.533Cd0.952-0.1140.83813.946-1.61611.58723.91725.5339.97125.533De-1.3770.808-0.569-19.51911.453-7.868-15.934-27.3873.585-27.387De0.808-1.377-0.56911.453-19.519-7.868-15.9343.585-27.387-27.387竖杆Aa-3.000-1.000-4.000-42.525-14.175-55.308-112.008-97.833-69.483-112.008Aa-1.000-3.000-4.000-14.175-42.525-55.308-112.008-69.483-97.833-112.008Bb-2.079-0.829-2.908-29.470-11.751-40.209-81.430-69.679-51.960-81.430Bb-0.829-2.079-2.908-11.751-29.470-40.209-81.430-51.960-69.679-81.430Cc-0.915-0.705-1.620-12.970-9.993-22.400-45.363-35.370-32.393-45.363Cc-0.705-0.915-1.620-9.993-12.970-22.400-45.363-32.393-35.370-45.363Dd0.079-0.611-0.5321.120-8.661-7.356-14.798-6.236-16.017-16.017Dd-0.6110.079-0.532-8.6611.120-7.356-14.897-16.017-6.236-16.017Ee0.3950.3950.7905.6005.60010.92322.12316.52316.52322.123六、屋架杆件设计查钢结构设计手册，节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度选用10mm。1、上弦杆上弦采用等截面，按CD杆件的最大设计内力设计，即N=-216.256kN。上弦杆计算长度：平面内：；在屋架平面外，根据支撑和内力变化情况，取。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个等肢角钢。设，查表得。取强度设计值，则需要的截面积：需要回转半径： 根据需要的、 ，查角钢型钢表，选用2，。 按所选角钢进行验算 满足长细比的要求。 图 6 上弦杆截面所以，由，查表得。则截面满足要求。截面如图6所示。 2、下弦杆下弦采用等截面，按de杆件的最大设计内力设计，即N=212.283kN。下弦杆计算长度：平面内：；在屋架平面外，根据支撑和内力变化情况，取。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个等肢角钢。需要的截面积： 。 查角钢型钢表，选用2 ，。 按所选角钢进行验算 满足长细比的要求。 图 7 下弦杆截面截面满足要求。截面如图7所示。3、斜腹杆因屋架为对称结构，以下只设计了左半跨的杆件，右半跨的杆件与左半跨的相同。（1）Ab杆杆件轴力N=154.978kN，。需要的截面积： 查角钢型钢表，选用2，。 按所选角钢进行验算 图 8 腹杆Ab截面，满足长细比的要求。 ，截面满足要求。截面如图8所示。由内力表可知，斜腹杆Bc、Cd与Ab杆相同均为拉杆；Bc和Cd杆的内力都小于Ab杆，所以截面面积A都小于Ab杆；Bc和Cd杆的长细比分别为，和，均小于容许长细比，故取Bc和Cd杆的截面与Ab杆的截面相同。（2）De杆杆件轴力N=-27.387kN，。因内力较小，可按长细比要求试选截面，查角钢型钢表，选用2，。 按所选角钢进行验算 ，满足长细比的要求。 所以 图 9 腹杆De截面，由，查表得。则，截面满足要求。截面如图9所示。4、竖杆因屋架为对称结构，以下只设计了左半跨的杆件，右半跨的杆件与左半跨的相同。（1）Aa杆杆件轴力N=-112.008kN，。设，查表得。取强度设计值，则需要的截面积：需要回转半径： 根据需要的、 ，查角钢型钢表，选用2，。 按所选角钢进行验算 ，满足长细比的要求。 所以 图10 竖杆Aa截面，由，查表得。则，截面满足要求。截面如图10所示。（2）Bb杆杆件轴力N=-81.430kN，设，查表得。取强度设计值，则需要的截面积：需要回转半径： 根据需要的、 ，查角钢型钢表，选用2，。 按所选角钢进行验算 ，满足长细比的要求。 图11 竖杆Bb截面 所以 ，由，查表得。则，截面满足要求。截面如图11所示。取Cc和Dd杆的截面与Bb杆的截面相同，经验算满足要求。（3）Ee杆杆件轴力N=22.123kN，。需要的截面积： 查角钢型钢表，选用2，。 按所选角钢进行验算 图 12 竖杆Ee截面，满足长细比的要求。 ，截面满足要求。截面如图12所示。各杆件的截面选择列于表2。表2 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表杆件计算内力（kN）截面规格(mm）截面积（cm2）计算长度（cm）回转半径（cm）长细比容许长细比稳定系数应力（N/ mm2）名称编号上弦杆所有-216.256239.5340.2340.23.885.4187.762.91500.63686.01下弦杆所有212.283210.16337.5337.51.362.20248.2153.4350-208.9斜腹杆Ab123.57227.80303.23791.542.36196.9160.6350-198.7Bc78.37827.80331.24141.542.36215.1175.4350-100.5Cd25.53327.80352.2440.21.542.36228.7186.5350-32.7De-27.387221.28375.24692.793.98134.5117.81500.36835.0竖杆Aa-122.008221.341991992.133.2293.461.81500.59995.4Bb-81.430221.34191.8239.82.133.2290.074.51500.62161.4Cc-45.363221.34226.1282.62.133.22106.188.31500.51741.1Dd-16.017221.34260.2325.32.133.22122.2101.01500.58012.9Ee22.123210.16294.43681.362.20216.5167.3350-21.85、填板设计填板厚度与节点板厚度相同，对于双角钢拼接T型截面，填板宽度一般取50mm到80mm，填板应伸出截面边缘15mm到20mm。填板间距在受压杆件中不大于40i，在受拉杆件中不大于80i。填板尺寸祥见施工图。上弦杆AB杆（压杆）：设置填板两块，则 BC杆（压杆）：设置填板两块，则 CD杆（压杆）：设置填板两块，则 DE杆（拉杆）：设置填板一块，则 下弦杆ab杆（零杆）：设置填板两块。bc杆（拉杆）：设置填板三块，则 cd杆（拉杆）：设置填板三块，则 de杆（拉杆）：设置填板三块，则 斜腹杆Ab杆（拉杆）：设置填板三块，则 Bc杆（拉杆）：设置填板三块，则 Cc杆（拉杆）：设置填板三块，则 De杆（压杆）：设置填板四块，则 竖杆Aa杆（压杆）：设置填板两块，则 Bb杆（压杆）：设置填板两块，则 Cc杆（压杆）：设置填板三块，则 Dd杆（压杆）：设置填板三块，则 Ee杆（拉杆）：设置填板三块，则 七、屋架节点设计钢，焊条，故施焊时，焊脚尺寸与板厚关系应满组如图13所示条件：图13 对上弦杆和竖杆，厚度为，节点板厚度，则肢背焊缝：，取肢尖焊缝：，取对其他杆件，厚度为，均小于节点板厚度，则肢背焊缝：，取肢尖焊缝：，取1、腹杆与节点板连接焊缝因腹杆均选用等边角钢，所以角钢肢背、肢尖内力分配系数分别为0.7和0.3。角钢肢背 角钢肢尖 且考虑施焊时起弧落弧影响，实际 肢背、肢尖焊缝长度见表3表 3 腹杆与节点板连接焊缝杆件截面规格内力（kN）肢背肢尖内力（kN）内力（kN）Ab2123.52786.4695809037.05853545Bc278.37854.8655506023.51352030Cd225.53317.873520307.66051020De2-27.387-19.17152030-5.87451020Aa2-122.008-85.40658090-36.60253545Bb2-81.430-57.00155060-24.42952535Cc2-45.363-31.75453040-13.60951525Dd2-16.017-11.21251020-4.8055515Ee222.12315.486515256.637510202、支座节点a支座节点采取铰接支座，力的传递路线是，屋架支座杆件合力作用在节点板上，节点板通过与肋板的焊缝将合力的一部分传给肋板，节点板与肋板通过与底板的水平焊缝将合力传给底板。为便于施焊，下弦角钢的边缘与底板间的距离一般应不小于下弦伸出肢的宽度，且不小于，故取。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋厚度去取节点板厚度的0.7倍，为，加劲肋高度与节点板高度相等。1）支座底板计算支座反力支座底板的平面尺寸取 查表得 ，取 2）加劲肋与节点板连接焊缝计算一个加劲肋的连接焊缝所受的内力为 取 ，焊缝长度 3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算底板连接焊缝传递全部支座反力 ，取，节点板与底板的连接焊缝： 每块加劲肋与底板的连接焊缝：各尺寸及布置如图14 图 14支座节点a3、下弦节点e设Ee杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取30。肢尖： ，取20。设ed杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取100。肢尖： ，取60。e