某单跨单层厂房钢屋盖设计

1钢屋架设计计算一、设计资料1、结构形式某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.56.0预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1：10。地区计算温度高于-200C,无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。2、屋架形式及选材屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：Q235钢，焊条为E43型。3、荷载标准值（水平投影面计）永久荷载:三毡四油防水层0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.65KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/m2预应力混凝土大型屋面板1.4KN/m2屋架及支撑自重0.38KN/m2悬挂管道0.15KN/m2可变荷载：屋面活荷载标准值0.7KN/m2雪荷载标准值0.35KN/m2积灰荷载标准值1.2KN/m2二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度L0=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=1990mm。跨中高度H=1990+0.124000/2=3190mm。二、支撑布置2三、荷载计算1、荷载恒载总和标准值：3.58KN/m2活载总和标准值：1.9KN/m2永久荷载设计值：1.23.58=4.3kN/m2可变荷载设计值：1.41.9=2.66kN/m22、荷载组合设计屋架时，只考虑全跨满载的组合全跨永久荷载+全跨可变荷载：屋架上弦节点荷载：P=（4.3+2.66）1.56=62.64kN四、内力计算在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。全跨荷载布置图3全跨荷载内力图内力计算表表1杆内力系数P=1杆件名称全跨计算内力KNAB00BD-8.72-546.22DF-13.53-847.52FH-15.26-955.89上弦杆HI-14.71-921.43ac4.73296.29Ce11.53722.24eg14.65917.68下弦杆gi15.17950.25aB-8.87-555.62Bc6.88430.96Cd-5.44-340.76De3.70231.77eF-2.46-154.09Fg1.1169.53gH0.021.25斜腹杆Hi-1.08-67.65Aa-0.50-31.32Cc,Ee,Gg-1.00-62.64竖杆Ii1.94121.52五、杆件截面设计1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-955.89kN（压力），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。计算长度屋架平面内取节间轴线长度cmlx8.150屋架平面外根据支撑和内力变化取y6.320因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图1所示。yxl024yyxx12图1上弦截面设，查轴心受压构件的稳定系数表60807.需要截面积235092187.95mfNA需要回转半径clix.60cmliy03.5610根据需要的A、ix、iy，查角钢型钢表，选用2，A=56.765cm2,ix=3.13cm,108iy=8.71cm。按所选角钢进行验算，4813.500xxil356.010yyil满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin865.0x223/15/195678.095mNfNANx所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=950.25kN（拉力）计算长度屋架平面内取节间轴线长度clx30屋架平面外根据支撑布置取mly60计算需要净截面面积234215.90fNAn选用216010010（短肢相并），见图2所示，A=50.63c,ix=2.85cm,iy=7.78cm按所选角钢进行截面验算，取。n512xxyy图2下弦截面350185.230xil35078.60yil22/15/869mNfNAN所选截面满足要求。3、斜杆截面计算斜杆aBN=-555.62kN(压力)，l0x=l0y=l=253.5cm因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix=iy选用21409010，见图3所示，A=44.6c,ix=4.47cm,iy=3.74cmxxyy12图3斜杆aB截面属于b类截面15074.5230xil属于b类截面68.30yil满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxymin763.0y223/15/16407.2mNfNANx所选截面合适。斜杆BcN=430.96kN（拉力），l0x=0.8l=208.6cm,l0y=l=260.8cm计算需要净截面面积6230421596.40mfNAn选用26310，见图4所示，A=23.31cm2,ix=1.88cm,iy=3.15cmxxyy12图4斜杆Bc截面验算：35018.620xil350815.3260yil223/94mNfNAN所选截面满足要求。斜杆cD3N=-340.76kN(压力)，l0x=2287mml0y=l=2859mm选用28010，见图5所示，A=30.25mm2,ix=2.42cm,iy=3.81cmxxyy12图5斜杆cD截面属于b类截面109542.780xil属于b类截面81.30yil满足长细比：的要求。50由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin58.0x223/15/190258.764mNfNANx7所选截面合适。斜杆De4.N=231.77kN（拉力），l0x=0.8l=228.7cm,l0y=l=285.9cm计算需要净截面面积2317825.mfNAn选用2635，见图6所示，A=12.29cm2,ix=1.94cm,iy=3.04cmxxyy12图6斜杆De截面验算：3501894.720xil350940.3285yil223/1/9mNfNAN所选截面满足要求。斜杆eF5N=-154.09kN(压力)，l0x=250.3cml0y=l=312.9cm选用2807，见图7所示，A=21.72c,ix=2.46cm,iy=3.75cmxxyy12图7斜杆eF截面属于b类截面150246.350xil属于b类截面875.3910yil满足长细比：的要求。08由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin542.0x223/15/12754.091mNfNANx所选截面合适。斜杆Fg6N=69.53kN（拉力），l0x=0.8l=2495mm,l0y=l=3119cm计算需要净截面面积23215.9mfAn选用2565，见图8所示，A=10.83c,ix=1.72cm,iy=2.77cmxxyy12图8斜杆Fg截面验算：3501472.590xil35017.2930yil23/1/686mNfNAN所选截面满足要求。斜杆gH7N=1.25kN（拉力），l0x=271.7cml0y=l=339.6cm236215.mfAn选用2565，见图9所示，A=10.83c,ix=1.72cm,iy=2.77cmxxyy12图9斜杆gH截面93501872.0xil.6390yil满足长细比：的要求。50223/15/.182.mNfNAN所选截面合适。斜杆Hi8N=-67.65kN(压力)，l0x=269.6cml0y=l=337.0cm选用2636，见图10所示，A=14.58c,ix=1.93cm,iy=3.06cmxxyy12图10斜杆Hi截面验算150493.1620xil6.70yil由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，xxmin345.0x223/15/14584.07mNfNANx所选截面合适。4、竖杆截面计算边竖杆Aa1N=-31.32kN(压力)，,l0x=l0y=l=199.0cm选用26310，A=23.31c,ix=1.88cm,iy=3.07cm属于b类截面1568.190xil属于b类截面07.30yil10满足长细比：的要求。150由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin517.0x223/15/62157.0mNfNANx所选截面合适。竖杆Cc2N=-62.64kN(压力)，,l0x=1832mml0y=2290mm选用26310，A=23.31c,ix=1.88cm,iy=3.07cm属于b类截面15978.1230xil属于b类截面0.30yil满足长细比：的要求。15由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin57.0x223/15/47215.06mNfNANx所选截面合适。竖杆Ee3N=-62.64kN(压力)，l0x=2072mml0y=2590mm选用26310，A=23.31c,ix=1.88cm,iy=3.07cm属于b类截面158.1270xil属于b类截面04.359yi满足长细比：的要求。由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin493.0x223/15/52149.06mNfNANx所选截面合适。竖杆Gg4N=-62.64kN(压力),l0x=2312mml0y=2890mm选用26310，A=23.31c,ix=1.88cm,iy=3.07cm属于b类截面15238.10xil属于b类截面0947.yi满足长细比：的要求。511由于只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表，yxxmin421.0x223/15/64214.06mNfNANx所选截面合适。竖杆Ii5N=121.52kN(拉力)，l0x=2552mml0y=3190mm235621.mfAn选用26310，A=23.31c,ix=2.36cm,iy=2.36cm308.30xil512.69yi满足长细比：的要求。0223/15/5.mNfNAN所选截面合适。12x0x0y0y0中竖杆截面图12屋架杆件一览表六、节点设计重点设计“a”、“c”、“B”、“I”、“i”五个典型节点，其余节点设计类同。1下弦c节点选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值160N/m，实际所需的焊脚尺寸可由fwt构造确定。（1）Bc杆的内力N=430.96KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=6mm，所需要的焊缝长度为：mlw63NflhNwf84.1032962.637.07.03肢背，取200mmmfhNl1267.594.2/31计算长度回转半径长细比系数min(N/m)杆件杆内力kNloxloy截面形式及角钢规格截面积（m）ix(mm)iy(mm)max容许长细比上弦-955.8915083016短肢相并2L18011010567731.386.3481500.865-195下弦950.2530006000短肢相并2L16010010506328.577.8105350188Ab-555.6225352535长肢相并2L1409010446044.737.4681500.763-163Bc430.96208626082L6310233118.831.5111350185cD-340.76228728592L8010302524.238.1951500.588-192De231.77228728592L635122919.430.4118350189eF-154.09250331292L807217224.637.51021500.542-131Fg69.53249531192L565108317.227.714535064gH1.25271733962L565108317.227.71583501.2斜腹杆Hi-67.65269633702L636145819.330.61401500.345-134Aa-31.32199019902L6310233118.830.71061500.517-26Cc-62.64183222902L6310233118.830.7971500.575-47Ee-62.64207225902L6310233118.830.71101500.493-55Gg-62.64231228902L6310233118.830.71231500.421-64竖杆Ii121.5225523190十字形2L6310233123.62.361353505213肢尖，取70mmmfhNlww641607.292.5943.07.2/303（2）cD杆的内力N=-340.76KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=6mm，所需要的焊缝长度为：mlw83NflhNwf4.137602.8067.7.03肢背，取140mmmfhNl567.25834.02/3肢尖，取60mmflww3106.2.7./33（1）竖杆Cc杆的内力N=-62.64KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=6mm。所需要的焊缝长度为：mlw3NflhNf84.1032962.67.07.033因为，所以按两面侧焊缝计算。332584142.Nk肢背，取50mmmfhlww2607.7.0肢尖，取50mml126.2433（4）下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差：N522.64212.65309.99kN肢背焊缝验算，hf8mm，f13N/mm2160N/mm2焊缝强度满足要求。16087.02953根据节点放样，得节点板尺寸为310360，节点图如下图所示。14下弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)Bc6192mm取200mm664mm取70mmcD6135mm取140mm633mm取60mmDe5111mm取120mm529mm取60mmeF692mm取100mm646mm取60mmFg553mm取60mm529mm取60mmgH511mm取60mm510mm取60mmHi647mm取60mm627mm取60mm2上弦B节点：Bc杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点2中Bc杆计算相同。aB杆N-555.62kN，采用三面围焊，设肢背和肢尖hf=8mm，Nflhwf2.95160.14067.7.033因为，所以按两面侧焊缝计算。3328925.Nklw16189，取lw1190mm1067.476.03lw2665，取lw270m.2.53.3上弦节点各杆肢尖、肢背尺寸杆件hf（mm）肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)aB8189mm取190mm865mm取70mmBc6192mm取200mm664mm取70mmcD6135mm取140mm633mm取60mmDe5111mm取120mm529mm取60mmeF692mm取100mm646mm取60mmFg553mm取60mm529mm取60mmgH511mm取60mm510mm取60mmHi647mm取60mm627mm取60mm考虑搁置檩条，节点板缩进上弦肢背7mm，用槽焊缝连接，槽焊缝按两条角焊缝计算，P62.64kN。mthf2/1/节点板尺寸为285417设肢尖焊缝=5mm，假定集中荷载P与上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影fh响。肢背焊缝验算：2222221/1860.8.0/54075.).1/6.()75.(7)./()(mNfmNlhPKwf肢尖焊缝验算：15222222/1860.8.0/44075.).1/9.()3.(7)./()(mNfmNlhPKwf节点图如下图所示。3、屋脊I节点（1）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，且便于施焊，需要将拼接角钢的尖角削除，并截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf+5mm）。拼接角钢的部分削弱，可以借助节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设Ii杆与节点板的焊缝尺寸为：肢背hf=8mm，lw1=(0.7121.52103)/（20.78160）+16=63mm，取lw1=70mm，肢尖hf=8mm，lw2=（0.3121.52103）/（20.78160）+16=36mm。取lw2=70mm。设焊缝高度hf=8mm，则所需要焊缝计算长度为：lw=（921.43103）/（40.78160）+16=273mm。取lw=280mm。拼接角钢长度600mm2280=560mm。（2）上弦与节点板间的焊槽，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝hf=8mm，节点板长度为470mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=470/2-5-10=220mm，焊缝应力为：fN=（0.15921.43103）/（20.78220）=40N/mm2，fM=（0.15921.43103556）/（20.782202）=60N/mm2，=2=63.4kN/mm2160kN/mm22.1/604）（中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=121.52KN此杆内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊缝尺寸hf=8mm，焊缝长度lw50mm，节点图如下图所示。164、下弦跨中i节点设计（1）下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面216010010，焊缝高度hf=8mm，竖直肢应切去=t+hf+5=12+8+5=25mm。焊缝长度为：lw=（950.25103）/（40.78160）+16=281mm，取lw=290mm连接角钢长度lw=2290+10=590mm，取lw=590mm下弦杆与节点板，斜杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计。（2）弦杆与节点板连接焊计算：按下弦杆内力的15%计算。N=950.2515%=142.5KN设肢背、肢尖焊肢尺寸为8mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背lw=（0.75142.5103）/（20.78160）+16=76mm，取80mm，肢尖lw=（0.25142.5103）/（20.78160）+16=36mm。取70mm腹杆与节点板连接焊缝的计算方法与以上几个节点相同，节点图如下图所示。5、支座a节点(1)底板计算底板承受屋架的支座反力R=10P=626.4KN，柱采用C30混凝土的轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm2。底板需要净截面面积An为：An=R/fc=626.4103/14.3=43804mm2锚栓直径采用d=25mm,锚栓孔布置如图，栓孔面积为：A=50402+252=5963mm2底板需要总面积为：As=An+A=43804+5963=49767mm2按构造要求底板面积取为A=280280=78400mm2As满足要求。17底板承受的实际均布反力：q=8.65N/mm2fcAR596378401.2节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板，它们的a1及b1分别为：a1=，b1=0.5a1=99mmm2b1/a1=0.5,查表得=0.058，二相邻边支承板单位板宽的最大弯矩：M=qa12=0.0588.651982=19669N.mm所需的底板厚度：t=mm取t=25mm4.35966fM实际底板尺寸为：28028025。（2）加劲肋与节点板的焊缝计算焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为mm，计算长度为lw=-10-15=mm,设焊脚尺寸hf=6mm,每块加劲肋近似地按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e=（140-6-15）/2+15=74.5mm,则焊缝所承受的剪力V即弯矩M分别为：V=626.4/4=156.6KNM=Ve=156.674.5=11666.7N.mm焊缝强度计算：=227.0.167.0wfwflhMlhV232367.0.1167.0615满足要求。（3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为：mlw986)15280(2所需的焊脚尺寸：hf=lfRw4.07.47.13根据构造要求hfmin=mt5.2.15.hfmax=t8642.实取hf=10mm18为了便于施焊，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。加劲肋取4608012mm，节点取46038014mm的钢板。（1）支