梯形钢屋架设计计算书.doc

_目录设计资料 3结构形式与布置 3钢屋架计算简图及几何长度 5荷载统计计算 5钢屋架内力系数的计算 5内力组合和计算 5杆件截面设计 7屋架节点设计 10参考文献 16精品资料_钢屋架设计计算书1.工程概况某个工业厂房，跨度为24m，厂房总长度75m，柱距7.5m，屋面坡度i=1:10，采用1.56 m太空轻质大型屋面板。结构采用排架体系，即钢屋架铰支于排架上。排架为混凝土柱，柱顶截面尺寸为400400mm，混凝土强度等级为C30。钢屋架钢材采用Q235B，E43型焊条，手工焊。基本风压为0.6kN/，基本雪压为0.30kN/,积灰荷载为0.8kN/。2.结构形式与布置（1）结构平面布置图（2）钢屋架支撑体系布置简图3.钢屋架计算简图及几何长度由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i=1：10。屋架坡度l=24m，每端支座中线缩进0.15m。计算跨度l0=l20.15m=23.7m；端部高度取H0=2.00m，中部高度H=3.20m，起拱50mm。选用屋架的杆件布置和几何尺寸如图所示。4.荷载统计计算(1)屋面永久荷载（水平投影）太空轻质大型屋面板（1.5m*6m） 0.60kN/m2防水层 0.15kN/m2屋面板排风设备平均重量 0.060kN/m2钢屋架及支撑自重 q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384kN/m2合计 1.194kN/m2(2)屋面可变荷载（水平投影）屋面活荷载 0.50kN/m2 雪荷载 0.30kN/m2 取两者较大值：0.5kN/m2积灰荷载 0.80kN/m2合计 1.30kN/m2（3）风荷载 0.6kN/m2 由分析得到，荷载组合一共分为两种。其中一种是全部布满荷载和活荷载，另外一种是全部布满恒荷载和一半布满活荷载。 (1)全跨恒载+全跨活载F=（3.6+0.7）63.0=77.4kN (2)全跨恒载+半跨活载 全跨节点永久荷载F1=3.663.0=64.8kN 半跨节点可变荷载F2=0.763.0=12.6kN5.钢屋架内力系数的计算由于，所以可仅建立半跨的计算模型，先计算半跨内力系数，然后利用半跨与全跨的关系求出全跨内力系数。杆件内力系数如图所示。6.内力组合和计算（1）荷载组合a.全跨恒载+全跨活载（使用阶段）P1=1.1941.21.57.5=16.51kN P2=1.3（0.5+1.0）1.57.5=22.65kNP=P1+P2=39.14kNb.全跨恒载+半跨活载（使用阶段） c.全跨恒载+全跨风载（使用阶段） 恒载P1=1.1941.56=11.34kN 风载P3=0.551.56=4.80kN P=P1+P3=15.29kN（2） 屋架杆件内力计算表图列出以下表格。 其中表内三种组合。第一种组合是全部布满荷载和活荷载，第二种组合是全部布满恒荷载和一半布满活荷载杆件名称内力系数第一种第二种组合 第三种组合 计算杆件内力全跨左半跨右半跨N1=39.1439.14+15.5139.14+15.5115.29上弦AB0 0 0 0 0 0 0 0 BD-8.614-6.198-2.416-337.2 -131.7 -337.2 DF-13.46-8.992-4.468-526.8 -205.8 -526.8 FH-15.19-9.128-6.06-594.5 -451.3 -378.8 -232.2 -594.5 HI-14.71-7.353-7.353-575.6 -401.8 -401.8 -224.9 -575.6 7.杆件截面设计a.上弦杆，FH腹杆最大的轴力为434.99kN，又由于钢的型号为Q235，查表得中间板厚度为10mm，fy=235。（1）确定内力及已知条件整个上弦采用等截面,按FH杆件的最大设计内力设计，即N=-594.5kN，Q235B钢材f=215N/mm；压杆=150；（2）上弦杆计算长度：屋架平面内（取节间轴线长度）： 屋架平面外（取支撑节点间距离）：（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并,整体稳定系数按b类由于腹杆最大内力N=-594.5kN，查表可知，中间节点板厚度选用12mm，制作节点板厚度选用14mm设，查Q235钢稳定系数表，可得则需要的截面面积： 需要的回转半径： ，根据需要（A、）查角钢规格表，选用L1409012（短肢相接），肢背间距，A=4140mm2，ix=25.4mm,iy=67.4mm。（4）截面验算， 由于,查表可知，则：，故所选截面合适。b.下弦杆gi（1）确定内力及已知条件整个下弦采用同一截面，按最大设计内力杆件的内力值设计，即N=591.1kN，Q235钢；（2）截面选择所需截面面积：根据需截面面积查角钢规格表，选用L1409010（短肢相接），肢背间距，A=4460mm2，ix=25.6mm,iy=66.9mm。（3）截面验算，满足要求。,不考虑截面削弱, 故所选截面合适。c.斜腹杆aB（1）杆件轴力： N=-344.9kN（2）计算长度：, ,（3）截面选择：由于，因此选用两个等肢角钢，选用L908，肢背间距，A=2780mm2，ix=27.6mm,iy=40.2mm。（4）截面验算， 由于,查表可知，则：，故所选截面合适。d.竖腹杆（1）支座竖腹杆Aa杆件轴力N=-21.5kN，, ,。由于，因此选用两个等肢角钢，选用L564，肢背间距，A=878mm2，ix=17.3mm,iy=25.9mm。， 由于,查表可知，则：，故所选截面合适。(2)竖腹杆Gg 压力最大为N=-39.1kN，, ,。选用两个等肢角钢，选用L704，肢背间距，A=1114mm2，ix=21.8mm,iy=31.4mm。， 由于,查表可知，则： ，故所选截面合适。（3）腹杆IiN=+80.2kN，l=3200mm,l0=0.93200=2880mm。选用L565，A=1084mm,ix0=21.7。,满足。，满足。杆件的截面表8.屋架节点设计（1）下线拼接节点5下弦杆为L1409012，拼接角钢用相同规格。角钢t=10mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，用hf=t-2=8mm。焊缝按等强度设计：N=Af=4460215=958.9103kNlw=N/(40.7hfffw)= 958.9103/(40.76160)=356.7mm采用拼接角钢半长400mm，扣除半焊缝4mm和正反面焊口各8mm，焊缝计算长度为纵向388mm，考虑斜向后约390mm356.7mm，略有富裕。拼接角钢水平肢宽140mm，故采用斜切，尺寸见图。安装螺栓位置考虑连横向水平支撑时可应用，其与斜切边的边距经检查足够。拼接角钢竖肢原宽90mm，为焊缝需切肢：=t+hf+5=10+8+5=23mm实用=25mm，切肢后剩余高度h-=65mm，端部采用直切。因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。（2）上弦拼接节点4上弦杆起拼后坡度为1/10，截面为 L1409010，端部取直切；拼接角钢采用相同规格，热弯型。角钢t=10mm，角焊缝用hf=t-2=8mm，按轴心受压等强度设计：N=Af=0.8134452215=778.2kNlw=N/(40.7hfftw)= 778.2103 / (40.710160)=173.7mm采用拼接角钢半长250mm，扣除上口半缝隙14mm（下口半缝隙5mm，上口5+90/1014mm）和焊口10mm后，焊缝计算长度为226mm173.7mm，略有富裕。拼接角钢水平肢宽140mm，但考虑在较长范围内开设横向水平支撑连接螺栓孔的需要，只能采用直切。拼接角钢竖肢原宽90mm，为焊缝需切肢：=t+hf+5=10+8+5=23mm实用=25mm，切肢后剩余高度h-=65mm，端部采用直切。因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。（3）下弦节点3各杆的内力由计算表查得，用E43焊条时。角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值ftw=160N/mm2。De杆的肢背和肢尖焊缝分别为6-110和5-80，eF杆的肢背和肢尖的焊缝分别为6-80和5-80。Ee杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定取5-80，下弦与节点板连接的焊缝为6-110和6-100。根据以上焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作，装配等误差，按比例制作出节点详图，从而确定节点板尺寸为500300mm。（4）上弦节点2Bc杆与节点板的焊缝尺寸为7-160和6-90，aB杆与节点板的焊缝尺寸为8-170和7-110为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm，上弦角钢与节点板间用焊缝连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P与上弦垂直,P=39.1kN,hf=6mm。根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度510mm,焊缝计算长度500mm，则肢背焊缝应力为：f=P/2helw=39.1103/20.76500=9.31N/ mm2满足要求。肢尖焊缝承受弦杆内力差N=337.2kN,偏心距e=90-20=70mm偏心力矩M=Ne=337.210370=23.6kNm，采用hf=7mmf=N/2 helw=337.2103/20.78500=60.1N/ mm2f=M/2 helw2=623.6106/20.78500500=50.6N/ mm2 均满足要求。（5）支座节点1为便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度14mm。1)支座底板的计算支座反力：R=367.1kN设支座底板平面尺寸采用280192mm2，如仅考虑有加劲肋的底板部分承受支座反力，则承压面积为280192=53760mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：，满足。支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算：节点板和加劲肋将板分为四块，每块尺寸为：14096mm2，均为两相邻边支承而另两相邻边自由，每块板的单位宽度的最大弯矩为M=222，其中：=6.82MPa,，a2=(1402+962)=169.8mm2，b2=(14096)/169.8=79.2，由b2/ a2=79.2/169.8=0.446,查表得=0.0548。则单位宽度的最大弯矩M=0.05486.82169.82=10.78103Nmm.底板厚度，取2)加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝计算相似，偏于安全，取加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即： 367.11/4=91.78kN，则焊缝内力为：V=91.78kN，e=15+75/2=52.5mm，则M=Ve=91.7852.5=4818.5kNmm。设焊缝hf=6mm，焊缝计算长度：lw=360mm则焊缝应力：满足。3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝的计算设焊缝传递全部支座反力R=367.1kN，其中每块加劲肋各传递R/4=91.78kN，节点板传递R/2=183.55kN。节点板、加劲肋与底板的连接焊缝长度：lw=2(280-10)=540mm，所需焊脚尺寸：。取hf=8mm。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度：lw=2(90-15-10)=130mm， 所需焊脚尺寸：，取hf=8mm。 图 屋脊节点腹杆焊缝计算表杆件内力设计值N（kN）需要焊缝（）采用焊缝（mm）（计算时按表值10mm）双角钢角焊缝计算公式（=160N/）hf1lw1=N/320(N/344.6)hf2lw2=N/746.7(N/640)角钢背hf1lw1=k1N/20.7=N/224角钢尖hf2lw2=k2N/20.7=N/224k1 k2 hf1lw1 hf2lw2等边 0.7 0.3 N/320 N/746.7不等长接 0.65 0.35 N/344.6 N/640不等短接 0.75 0.25 N/298.7 N/896(“”表示hflw350 mm2,用角焊缝5-80)hf1-lw1hf2-lw2斜杆aB-344.9 1077.81 461.90 8-1707-110Bc268.6 839.38 359.72 7-1606-90cD-202.7 633.44 6-150De144.8 452.50 6-110eF-96.6 301.88 6-80其他112竖杆Ii80.2 其他112下弦杆焊缝计算表节点N1(KN)N2(KN) N(KN)需要焊缝 (mm2)采用焊缝(mm)(计算时lw按表值-10mm) N组合和说明hf1lw1=N/298.7hf2lw2=N/896下弦杆140908“”处表示hflw第三组合N)上弦杆焊缝计算表节点N1(KN)N2(KN)N(KN)焊缝长度(mm2)需要hf2（mm）=N/224lw(1+24(e/lw)2)采用hf2(mm)N组合llw=l-10B0337.2337.25105002.05 5第一组合D337.2526.8189.63303201.23 5第一组合F526.8594.567.72402300.41 5第一组合H594.5575.618.92202100.11 5第三组合I575.6495.480.21891790.43 5每侧焊缝按0.15