钢结构屋架计算书.doc

单层厂房钢屋盖设计计算书一、设计计算资料屋架跨度24m，屋面坡度1：10，屋面材料采用1.56.0m太空轻质大型屋面板，卷材屋面（防水层：2mm厚SBS防水卷材），无悬挂管道，屋面均布活荷载（不与雪荷载同时考虑）为：0.5kN/m2。屋架钢材为Q235B，焊条E43型，手工焊。屋架支承在钢筋混凝土排架柱上，钢筋混凝土柱上柱截面尺寸为：400mm400mm；混凝土强度等级为C25，屋架节点采用焊接方式。厂房柱距为6m，长度为90m，厂房内设A5级工作制桥式吊车，起重量Q200kN。地面粗糙度类别为B类，结构重要性系数为。排水：外天沟。屋架形式：梯形钢屋架，屋架下弦标高为9.8m。雪荷载0.45kN/m2，风荷载0.40 kN/m2。轴线处屋架端部高度为1.890m，距轴线0.15m处屋架端部高度为1.995m。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，取H=3200mm，跨中起拱高度为50mm（L/500）。梯形钢屋架形式和几何尺寸如图1所示。图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸 mm三、屋盖支撑布置根据厂房长度（90m60m）、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。图2 梯形屋架上弦支撑布置图3 梯形屋架下弦支撑布置图4 梯形屋架垂直支撑布置四、荷载计算荷载名称标准值（kN/m2）设计值（kN/m2）轻质大型屋面板0.81.40.8=1.122mm厚SBS防水卷材0.012741.40.01274=0.017836檩条（0.5kN/m）0.1671.40.167=0.2338屋架及支撑自重0.3841.40.384=0.5376永久荷载总和1.363741.909236活荷载雪荷载0.50.65取较大者，故取：1.40.65=0.91风荷载迎风面：0.39背风面：0.3251.40.39=0.5461.40.325=0.455可变荷载总和1.07851.5099五、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：1.351.909236+0.71.40.5=4.0574686 kN/m2由可变荷载控制的荷载组合值为：1.21.909236+1.40.5=4.1910832 kN/m2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：F1=1.21.9092362.9856=41.0333 kN（2）可变荷载：F2=1.41.07852.9856=27.042309kN3、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。计算过程如下图5 F=1作用于左半垮内力系数由，Rf23.70.511.851.08.8651.05.8801.02.8950得：Rf0.998，由，得Ra3.002。结点a，得；，得。结点A，得，得由以上两式求得结点B，得，得由以上两式求得结点b，得，得由以上两式求得结点G，由以上两式求得结点C，由以上两式求得结点c，由以上两式求得结点H，由以上两式求得结点D，由以上两式求得结点d，由以上两式求得结点J ，由以上两式求得结点E，由以上两式求得结点e，由以上两式求得结点F，由以上两式求得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（一）右半跨（二）全跨（三）（一）+（二） +（三）（一）+（三）（二）+（三）上弦杆AB-3.191 -1.260 -4.451 -86.292 -34.073 -182.639 -303.005 -268.931 -216.713 -303.005 BG-3.192 -1.261 -4.453 -86.319 -34.100 -182.721 -303.141 -269.040 -216.822 -303.141 GC-4.588 -3.052 -7.640 -124.070 -82.533 -313.494 -520.098 -437.565 -396.028 -520.098 CH-4.589 -3.052 -7.641 -124.097 -82.533 -313.535 -520.166 -437.633 -396.069 -520.166 HD-3.052 -4.589 -7.641 -82.533 -124.097 -313.535 -520.166 -396.069 -437.633 -520.166 DJ-3.052 -4.588 -7.640 -82.533 -124.070 -313.494 -520.098 -396.028 -437.565 -520.098 JE-1.261 -3.192 -4.453 -34.100 -86.319 -182.721 -303.141 -216.822 -269.040 -303.141 EF-1.260 -3.191 -4.451 -34.073 -86.292 -182.639 -303.005 -216.713 -268.931 -303.005 下弦杆ab0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 bc4.497 2.250 6.747 121.609 60.845 276.852 459.306 398.461 337.697 459.306 cd3.675 3.675 7.350 99.380 99.380 301.595 500.356 400.975 400.975 500.356 de2.250 4.497 6.747 60.845 121.609 276.852 459.306 337.697 398.461 459.306 ef0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 斜腹杆Ab3.856 1.523 5.379 104.275 41.185 220.718 366.179 324.993 261.904 366.179 bG-1.772 -1.318 -3.090 -47.919 -35.642 -126.793 -210.354 -174.712 -162.435 -210.354 Gc-1.772 1.042 -0.730 -47.919 28.178 -29.954 -49.695 -77.873 -1.776 -77.873 cH1.304 -0.936 0.368 35.263 -25.312 15.100 25.052 50.363 -10.211 50.363 Hd-0.936 1.304 0.368 -25.312 35.263 15.100 25.052 -10.211 50.363 50.363 dJ1.042 -1.772 -0.730 28.178 -47.919 -29.954 -49.695 -1.776 -77.873 -77.873 Je-1.318 -1.772 -3.090 -35.642 -47.919 -126.793 -210.354 -162.435 -174.712 -210.354 eF1.523 3.856 5.379 41.185 104.275 220.718 366.179 261.904 324.993 366.179 竖杆Aa-3.009 -0.991 -4.000 -81.370 -26.799 -164.133 -272.302 -245.504 -190.932 -272.302 Bb-1.009 0.000 -1.009 -27.286 0.000 -41.403 -68.688 -68.688 -41.403 -68.688 Cc-1.011 0.000 -1.011 -27.340 0.000 -41.485 -68.824 -68.824 -41.485 -68.824 Dd0.000 -1.011 -1.011 0.000 -27.340 -41.485 -68.824 -41.485 -68.824 -68.824 Ee0.000 -1.009 -1.009 0.000 -27.286 -41.403 -68.688 -41.403 -68.688 -68.688 Ff-0.991 -3.009 -4.000 -26.799 -81.370 -164.133 -272.302 -190.932 -245.504 -272.302 六、屋架杆件设计查钢结构设计手册，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。1、上弦杆上弦采用等截面，按CH杆件的最大设计内力设计，即N=-520.166kN，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cd杆件的最大设计内力设计，即N=500.356 kN。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=366.179 kN，。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cH与Ab杆相同均为拉杆；cH杆的内力小于Ab杆，所以截面面积A都小于Ab杆；cH杆的长细比为，均小于容许长细比，故取cH杆的截面与Ab杆的截面相同。（2）bG杆杆件轴力N= 210.354 kN，。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 9 腹杆bG截面，满足长细比的要求。 ，截面满足要求。截面如图9所示。由内力表可知，斜腹杆Gc与bG杆相同均为压杆；Gc杆的内力小于bG杆，所以截面面积A小于bG杆；Gc杆的长细比为，均小于容许长细比，故取Gc杆的截面与bG杆的截面相同。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=272.302 kN，。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=68.688 kN，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（3）Cc杆杆件轴力N=-68.824 kN，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12 竖杆Cc截面 所以 ，由，查表得。则截面满足要求。截面如图12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（cm3）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loxloyixiyxymin上弦杆所有-520.166 21801487.83003005.577.9553.8637.741500.49370.7下弦杆所有500.356 2631023.325975971.883.23317.6184.8350214.6斜腹杆Ab366.179 275617.62812.835162.313.6121.897.7350208.1bG-210.354 26349.963161.639521.963.09161.3127.9350215Gc-210.354 26349.963161.639521.963.09161.3127.9350216cH366.179 275617.62812.835162.313.6121.897.7350208.1竖杆Aa-272.302 2801023.74199519952.423.8982.421.31500.668171.7Bb-68.688 263421.341830.422881.963.0993.474.051500.59454.2Cc-68.824 275514.822314.428932.323.5899.7680.81500.55583.685、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）：设置填板一块，则BG杆（压杆）：设置填板一块，则GC杆（压杆）：设置填板一块，则CH杆（压杆）：设置填板一块，则下弦杆ab杆（零杆）：设置填板一块。bc杆（拉杆）：设置填板三块，则cd杆（拉杆）：设置填板三块，则斜腹杆Ab杆（拉杆）：设置填板一块，则bG杆（压杆）：设置填板五块，则Gc杆（压杆）：设置填板五块，则cH杆（拉杆）：设置填板两块，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 七、屋架节点设计Q235B钢，焊条，故施焊时，焊脚尺寸与板厚关系应满足如图13所示条件：图13 对上弦杆，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）hf1（mm）lw1（mm）lw1（mm）内力（kN）hf2（mm）lw2（mm）lw2（mm）Ab2756366.179 256.325 6190202109.854 68092bG2634-210.354 -147.248 6110122-63.106 64557Gc2635-210.354 -147.248 6110122-63.106 64557Ch2756366.179 256.325 6190202109.854 68092Aa28010-272.302 -190.612 6140152-81.691 66072Bb2634-68.688 -48.082 63547-20.606 61527Cc2755-68.824 -48.177 63547-20.647 615272、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b设Bb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50。肢尖： ，取30。设Ab杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取160。肢尖： ，取100。设bG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。设bc杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背： ，取200。肢尖： ，取120。ab杆是零