24米跨梯形屋架钢结构计算书.doc

目录1.设计依据 .32.结构形式与布置 .33.荷载计算 .43.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载 .43.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载 .53.3. 全跨屋架+半跨屋面板+半跨屋面活荷载 .54.内力计算 .75.杆件设计 .95.1上弦杆： .95.2下弦杆： .105.3斜腹杆 . 115.4竖杆： .166.节点设计 .196.1下弦设计： 196.2上弦设计 .256.3屋脊节点 .356.4支座节点 .36一 设计依据1、房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）2、建筑结构制图标准（GB/T50105-2001）3、建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）4、钢结构设计规范(GBJl7-88)5、钢结构工程施工质量验收规范(GB502052001)6、建筑钢结构焊接规程(JGJ8191)7、涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级(GB8923)二 支撑布置根据车间长度（90m60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。柱网采用封闭结合，车间两端的横向水平支撑设在第一开间，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设置了刚性与柔性细杆，以保证安装时上弦杆的稳定；在各柱间下弦平面的跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图所示。三 荷载计算和组合1荷载计算表荷载名称标准值（kN/m2）预应力混凝土大型屋面板1.50三毡四油防水层0.40100厚泡沫混凝土保温层0.6020厚水泥砂浆找平层0.40悬挂管道0.10屋架及支撑0.38永久荷载总和3.38屋面活荷载0.70屋面积灰荷载0.60注：1由于屋面倾角小于30卸载作用的风吸力，且单层厂房高度较小，故风荷载和地震荷载不予考虑。2雪荷载计算 由公式 Sk=rSo 根据规范取用r=1.0， 则 Sk=1.00.30=0.30 kN/m2由于雪荷载和屋面活荷载相比较小，则取屋面活荷载和积灰荷载进行组合。2荷载组合(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载a 由可变荷载效应控制的组合计算：取取永久荷载=1.2，屋面活荷载=1.4,屋面积灰荷载=1.4，=0.9，则节点荷载设计值为F=(1.23.38+1.452.13 kN b 由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.35，屋面活荷载=1.4， =0.7，屋面积灰荷载=1.4，=0.9，则节点荷载设计值为F=（54.05 kN故应取节点荷载设计值F=54.05 kN（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载a由可变荷载效应控制的组合计算：取取永久荷载=1.2，屋面活荷载=1.4,屋面积灰荷载=1.4，=0.9全跨节点永久荷载 36.50 kN半跨节点可变荷载 15.62 kN 36.50+15.62=52.12 kNb由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.35，屋面活荷载=1.4， =0.7，屋面积灰荷载=1.4，=0.9全跨节点永久荷载 41.07 kN半跨节点可变荷载 12.98 kN41.07+12.98=54.05 kN故取：全跨节点永久荷载 41.07 kN 半跨节点可变荷载 12.98 kN（3） 全跨屋架+半跨屋面板+半跨屋面活荷载a由可变荷载效应控制的组合计算：取取永久荷载=1.2，屋面活荷载=1.4全跨节点屋架自重 1.24.10 kN半跨屋面板及活荷载 25.02 kN 4.10+25.02=29.12 kNb由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.35，屋面活荷载=1.4， =0.7全跨节点屋架自重 1.354.62 kN半跨屋面板及活荷载 24.40 kN 4.62+24.40=29.02 kN故取：全跨节点屋架自重 4.10 kN 半跨屋面板及活荷载 25.02 kN F/2FFFFFFFFF/2FFFFFFFABCDEFGHIacegi 荷载组合（1）荷载组合（2）荷载组合（3） 四 内力计算采用图解法计算屋架在单位集中荷载作用下的杆力系数(如下)。根据算的的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 杆力内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力（kN）全跨左半跨右半跨+23123上弦AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC-8.72-6.25-2.47-471.32-439.26-390.19-192.13-97.55-471.32CD-8.72-6.25-2.47-471.32-439.26-390.19-192.13-97.55-471.32DE-13.53-9.04-4.49-731.30-673.02-613.96-281.65-167.82-731.30EF-13.53-9.04-4.49-731.30-673.02-613.96-281.65-167.82-731.30FG-15.26-9.17-6.09-824.80-745.75-705.78-292.00-214.94-824.80GH-15.26-9.17-6.09-824.80-745.75-705.78-292.00-214.94-824.80HI-14.71-7.38-7.38-795.08-699.93-699.93-244.96-244.96-795.08下弦ac4.733.481.25255.66239.43210.49106.4650.67255.66ce11.538.03.53623.20577.38519.36247.43135.59623.20eg14.659.345.31791.83722.91670.60293.75192.92791.83gi15.178.446.73819.94732.58710.39273.37230.58819.94斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-479.42-449.05-394.66-199.75-94.91-479.42Bc6.884.762.12371.86344.35310.08147.3081.25371.86cD-5.44-3.14-2.03-294.03-264.18-249.77-100.87-73.09-294.03De3.701.901.80199.99176.62175.3262.7160.21199.99eF-2.460.71-1.75-132.96-91.82-123.757.68-53.87-132.96Fg1.11-0.451.5660.0039.7565.84-6.7143.5865.84gH0.021.55-1.531.0820.94-19.0438.86-38.2038.86Hi-1.08-2.471.39-58.37-76.42-26.31-66.2330.35-76.42竖杆Aa-0.5-0.50.00-27.03-27.03-20.54-14.56-2.05-27.03Cc-1.0-1.00.00-54.05-54.05-41.07-29.12-4.10-54.05Ee-1.0-1.00.00-54.05-54.05-41.07-29.12-4.10-54.05Gg-1.0-1.00.00-54.05-54.05-41.07-29.12-4.10-54.05Ii1.940.970.97104.8692.2792.2732.2232.22104.86五 杆件设计1上弦杆整个上弦杆采用等截面，按最大设计内力的FG,GH杆设计，根据杆件内力组合表，有N=-824.80 kN。在屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即1.508 m 。本屋架为无檩体系，可以认为大型屋面板只起到刚性系杆作用。根据支撑布置和内力变化情况，平面外计算长度取： =2=3.016（m）根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如右图所示。腹杆最大内力N=479.24 kN，查表可知，中间节点板厚度选用10 mm，支座节点板厚度选用12 mm。 设=62，根据规范由双角钢组成的形和十字形截面均属b类截面，查Q235钢的稳定系数表，可得=0.797，则所需的截面面积为： A=4813.40 需要的回转半径为： =24.32 mm =48.65 mm 根据A，值查角钢规格表，选用2L160，肢背间距=10 mm，该截面特性如下： A=5064 =28.5 mm =77.0 mm按所选角钢进行验算如下： =52.91=150因为此截面为单轴对称构件，绕对称轴应取计及扭转效应的换算长细比，今 =16， 0.56=10.56故 0.56，故： =60.76150（满足）由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.803。 =202.83 =215 满足要求。填板每个节间放一块，填板间距为： =754 mm 40 = mm 故取填板间距为=750 mm2 下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在杆的gi杆计算，根据杆件内力组合表，有N=819.94 kN。又有：=3000 mm = mm所需截面面积为： =3813.67 选用2L，采用短肢相并，如右图所示，该截面特性如下： A=3942 3813.67 （符合要求） =22.6 mm =61.1 mm 长细比验算： =132.74350（满足） =193.94350（满足） 因为 = 0.56=53.09 所以可取 =193.94350 （满足） 由于是拉杆，选择截面时已满足强度要求，故不必再验算强度。 填板每个节间放一块，填板间距为： =39.8=3184 mm 故取填板间距=1500 mm3 斜杆（1）aB杆 杆件轴力N=-479.42 kN，计算长度=2535 mm。因为=，故采用不等肢角钢，长肢相并。选用2L，其截面特性为： A=4452 =25.6 mm =36.6 mm 对该截面验算如下： =2150 （满足） =150 （满足） 因为 =0.48 所以可取 =)=77.0150 （满足） 由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.561，于是有： =192.0 =215 （满足）填板每个节间放两块，填板间距为： =940 mm（2）Bc杆杆件轴力N=371.86 kN，计算长度=0.8= mm，=2606 mm，选用2L，其截面特性为： A=1760 =19.2 mm =30.1 mm对该截面验算如下：=350（满足）=86.58 350（满足） =211.28 =215 (满足)填板每个节间放两块，填板间距为： =1848 mm(3) cD杆 杆件轴力N=-294.03 kN，计算长度=0.8=2869=2295.2 mm，=2869 mm，选用2L，其截面特性为： A=2128 =27.9 mm =40.5 mm 对该截面验算如下： = 150 （满足） = 150 （满足） 因为 = 所以可取 =78.29150 （满足）由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.673，于是有： =205.3 =215 (满足)填板每个节间放两块，填板间距为： =1116 mm(4) De杆杆件轴力N=199.99 kN，计算长度=0.8=2859=2287.2 mm，=2859 mm，选用2L，其截面特性为： A=960 =15.3 mm =24.5 mm对该截面验算如下：= 350（满足） = 350（满足）= =215 (满足)填板每个节间放两块，填板间距为： =1224 mm （5）eF杆杆件轴力N= -132.96 kN，计算长度=0.8l=0.83129=2503.2 mm, =3129 mm，采用等肢角钢。选用2L，其截面特性为： A=1376 =21.6 mm =32.4mm 对该截面验算如下： = 115.9150 （满足） =96.6 150 （满足） 因为 =0.58 所以可取 =)=101150 （满足） 由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.459，于是有： =210.5=215 (满足) （根据计算，按第三种荷载组合时，N =7.68 kN,其值不大，故选用的2L可满足要求。）填板每个节间放三块，填板间距为： =864 mm（6）Fg杆杆件轴力N=60.00kN, =0.8l=0.83119=2495.2mm, =3119mm考虑Fg杆在其他荷载组合时可能产生内力变号，故宜按压杆的容许长细比进行控制。现选用2L, 其截面特性为： A=1084 =17.2 mm =26.9mm 对该截面验算如下： = 145.1150 （满足） =115.9150 （满足）(根据计算，按第二种荷载组合时，N =65.84kN，拉力略有增加。按第三种荷载组合时，N =-6.71kN，虽变为压力，但其值很小，故按压杆容许长细比选用的2L可满足要求)填板每个节间放四块，填板间距为： =688 mm(7)gH杆杆件轴力N=1.08kN, =0.8l=0.83395=2716 mm, = l =3395mm同理，宜按压杆容许长细比进行控制。选用2L605，其截面特性为：A=1166 =18.5 mm =28.5mm对该截面验算如下： = 146.8150 （满足） =119.1150 （满足）（根据计算，按第二种荷载时N=38.20和第三种荷载组合时，N=20.94，其值都不大，故选用的2L605可以满足） 填板每个节间放四块，填板间距为： =略大于40i=4016.7=668由于在实际工程中，节点板宽度较大，故仍可用（8）Hi杆杆件轴力N=-58.37kN, =0.8l=0.83384=2707.2 mm, = l =3384mm由于压力很小，宜按容许长细比选用2L605，其截面特性为：A=1166 =18.5 mm =28.5mm对该截面验算如下 = 146.3150 （满足） =118.7 150 （满足）因为 =0.58 所以可取 =)=121.3150 （满足） 由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.325，于是有： =154 =215 (满足) （根据计算，按第二种荷载组合时，N =-76.42 kN,其值不大，第三种组合压力较前两种组合小，拉力数值也比前两种组合压力数值小，故选用的2L可满足要求。）填板每个节间放四块，填板间距为： =略大于40i=4016.7=668由于在实际工程中，节点板宽度较大，故仍可用 4竖杆（1） Aa杆杆件轴力N= -27.03 kN，计算长度=1990 mm，选用2L505，其截面特性为： A=960 =15.3 mm =24.5 mm 对该截面验算如下: = 150 （满足） = 150 （满足） 因为 = 所以可取 =83.66150 （满足）由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.387，于是有：=72.76 =215 (满足)填板每个节间放三块，填板间距为： =40i=4014.2=568 (2) Cc杆 杆件轴力N=-54.05 kN, 计算长度=0.8=2290=1832 mm, =2290 mm,选用2L，其截面特性为： A=960 =15.3 mm =24.5 mm对该截面验算如下:=150 （满足）=93.74 150 （满足） 因为 = 所以可取 =95.59150 （满足）由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.438，于是有： =128.54 =215 (满足)填板每个节间放三块，填板间距为： =略大于40i=4014.2=568由于在实际工程中，节点板宽度较大，故仍可用(3) Ee杆杆件轴力N=-54.05 kN, 计算长度=0.8=2590=2072 mm，=2590 mm，选用2L，其截面特性为： A=960 =15.3 mm =24.5 mm对该截面验算如下:= 150 （满足）= 150 （满足）因为 = 所以可取 =107.58150 （满足）由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.363，于是有： =215 (满足)填板每个节间放四块，填板间距为： =40i=4014.2=568（4） Gg杆杆件轴力N=-54.05 kN, 计算长度=0.8=2890=2312 mm， =2890 mm，选用2L，其截面特性为： A=1084 =17.2 mm = 26.9 mm对该截面验算如下:=150 （满足）=150 （满足）因为 =所以可取=109.83150 （满足）由于，故只需查。查轴心压杆稳定系数表，得=0.368,于是有：=135.49=215 (满足)填板每个节间放四块，填板间距为： =40i=4015.7=628（5） Ii杆 杆件轴力N=104.86 kN, 计算长度=mm，选用2L十字相连。其截面特性为： A=960 =19.2 mm对该截面验算如下:350（满足）=215 (满足)填板每个节间放三块，填板间距为： =略大于80i=800.98=784由于在实际工程中，节点板宽度较大，故仍可用六 节点设计已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值1下弦节点（1） 下弦节点c设Bc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：=161.3mm取180mm肢尖：=95.0mm取100mm设cD杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背：=130.9mm取150mm肢尖：=77.6mm取90mmCc杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为下弦节点c下弦与节点板连接的焊缝长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为 （满足）（2） 下弦节点e设De杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背：=116.2mm取120mm肢尖：=63.6mm取80mm设eF杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为:肢背：=81.3mm取90mm肢尖：=45.6mm取60mmEe杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为下弦节点e下弦与节点板连接的焊缝长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为： （满足）（3） 下弦节点g设Fg杆的肢背和肢尖焊缝均为，则所需的焊缝长度为：肢背：=51.2mm取80mm肢尖：=27.6mm取60mm设gH杆的肢背和肢尖焊缝均为，则所需的焊缝长度为：肢背：=34.3mm取80mm肢尖：=20.4mm取60mmGg杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为下弦节点g下弦与节点板连接的焊缝长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差 kN，受力较大的肢背处的焊缝应力为： （满足）（4） 下弦节点i设Hi杆的肢背和肢尖焊缝均为，则所需的焊缝长度为：肢背：=57.8mm取80mm肢尖：=30.5mm取60mm拼接角钢采用与下弦相同截面。拼接角钢一侧的焊缝长度与杆件等强度设计。设角焊缝焊脚尺寸，则接头一侧需要的焊缝计算长度为：拼接角钢总长度为：=515mm，取520mm拼接角钢竖肢需切去的高度：取。下弦节点i2上弦节点 (1)上弦节点AAa杆肢背和肢尖的焊脚尺寸和6mm。肢背：=26.6mm，取80mm肢尖：=18.0mm，取60mm设AB杆的焊缝尺寸为为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F上弦垂直。上弦肢背槽节点上弦节点A （2） 上弦节点BBc杆与节点板的焊缝尺寸和下弦节点c相同。已知：-479.42 kN设aB杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为：肢背：=189.9mm取200mm肢尖：=136.8mm取150mmBc杆与节点板的焊缝尺寸和下弦节点c相同。肢背：=161.3mm取180mm肢尖：=95.0mm取100mm为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差 kN，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载F=54.05 kN.上弦与节点板间焊缝长度为490mm,则：= （满足） 上弦节点B（3） 上弦节点CCc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同，肢背：=取50mm肢尖：= 取50mm设BD杆的焊缝尺寸为为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：上弦节点C（4） 上弦节点DcD杆与节点板的焊缝尺寸和下弦节点c相同。肢背：=取150mm肢尖：=取90mmDe杆与节点板的焊缝尺寸和节点e相同。肢背：=116.2mm取120mm肢尖：=63.6mm取80mm 为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差 kN，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载F=54.05 kN.上弦与节点板间焊缝长度为330mm，则：= （满足） 上弦节点D（5） 上弦节点EEe杆与节点板的焊缝尺寸和节点e相同，肢背：=取50mm肢尖：= 取50mm设DF杆的焊缝尺寸为为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：上弦节点E（6） 上弦节点FeF杆与节点板的焊缝尺寸和下弦节点e相同。肢背：=81.3mm取90mm肢尖：=45.6mm取60mmFg杆与节点板的焊缝尺寸和下弦节点g相同。肢背：=51.2mm取80mm肢尖：=27.6mm取60mm为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差 kN，肢背采用塞焊缝，承受节点荷载F=54.05 kN.上弦与节点板间焊缝长度为240mm,则：= （满足）上弦节点F（7） 上弦节点GGg杆与节点板的焊缝尺寸和节点g相同，肢背：=取50mm肢尖：= 取50mm设FH杆