某单跨单层厂房钢屋盖设计计算书

1、结构设计姓名：李均入学时间：学号：18专业：土木工程目录 TOC o 1-5 h z 题目 .3设计资料 3屋架形式及几何尺寸 .3支撑布置 3楝条设计 .4屋架设计 .6杆件截面设计.15节点连接设计 .21（一）题目某单跨单层厂房钢屋盖设计。（二）设计资料1、钢材为Q235-B,焊条E43型。2、屋架支承于钢筋混凝土柱子上，屋架节点采用焊接方式连接。3、钢筋混凝土柱高为8m。5、厂房内有中级工作制桥式吊车，起重量为Q。6、屋面均布活荷载（不和雪何在同时考虑）为:：轻型屋面取0.30kN/ m2；但计算负荷面积不超过 60 ttf时，取0.5kN/ m2o7、屋架形式：三角形钢屋架。7-1长

2、尺压型钢板屋面，屋面坡度为i=1/3,梢钢楝条（坡向间距750850mm）。7-2屋架间距：6m。7-3屋架跨度：15m。7-4基本风压为0.35 kN/ m2。7-5基本雪压为0.33 kN/ m2。（三）屋架形式及几何尺寸采用三角形屋架（芬克式），坡度为i=1/3,计算跨度为 21m-0.3m=20.7m。跨中起拱为 L/500=21000/500=42mm , H=L/6=3450mm ,屋面材料采用压型钢板。屋架形式及几何尺寸如图所示。屋架形式及几何尺寸0 : 100。）（四）支撑布置1、根据车间长度为72m,而支撑间距不宜大于 60m,因此宜在 沿长度方向第二柱间起布置上弦横向支撑，

3、这样就避免了支撑间距大 于60m的问题，一共两道上下弦横向支撑。具体布置如图示。2、跨度为21m18m,应设置2道垂直支撑，但是为了和上下弦 的横向支撑布置在同一柱间，因此只在第二柱间起开始布置垂直支 撑，为使支撑交叉杆满足45度的角度要求，在一个柱间布置两个交 叉杆作为一道垂直支撑。具体布置如图示。3、屋架上弦不再设置刚性系杆，由楝条兼作刚性系杆，屋架下弦沿跨中和约1/3处设置2道柔性系杆。:X/zXGXGXG_XXXGXGXXXGXGXXXG6000 .SU0D*8= 48000,6000 *bl 上弦横向支撑屋架上弦平面垂直支撑系杆 楝条垂直支撑系杆 楝条XGXXGXXGXGXXGXXG

4、XGXXGXxg1X600D /5000,J0*B=.4at6CD3 .6D0C屋架下弦平面（五）楝条设计1、荷载汇总屋架自重（包括支撑）估算公式Pw = P XL=0.01X 21=0.21 kN/ m2,可变荷载：楝条坡向间距取 728mm可计算得水平间距为700mm 因此可得受荷面积 8=0.728X6=4.428 m260 nf ,取可变荷载为0.5 kN/ nf,暂不考虑风荷载。假设楝条自重为0.13 kN/ m2,即0.176kN/m。2、内力计算2-1楝条线荷载r=0.728X 0.176+ 0.21 +0.5 X0.728=0.71 kN/m,P=1.2(0.728X0.176

5、 +0.21) + 1.4X0.5 X0.728=0.925 kN/m,Px = P x sin18.43 - =0.292 kN/m,Py = PXcos18.43 =0.0.878 kN/m。2-2弯矩设计值Mx= Py X i2/8=0.878 乂 62/8=3.951 kN/m,Mx= Px x i2/8=0.878 x 32/8=0.329 kN/m。2-3截面初选及强度验算Mx 二 My 3.951 5 0.3293Wnx =24.79cmxf1.05 215选用【10,自重为0.098 kN/m,小于假设值，加上拉条重量认为和假设值相等，查表得W4=39.7cm3, Wymax=

6、16.8cm3, Wymin =7.8cm3 , Ix=198cm4, ix=3.95cm,iy =1.41cm,由于计算截面有孔眼削弱，考虑 0.9的折减系数，则可得净截面模量为Wnx =35.73cm3 , Wnymax =15.12cm3 , Wnymin =7.02cm3 ,屋面能阻止楝条失稳和扭转，塑性截面发展系数 =1.05, Vy=1.20.329 1061.2 7.02 103=144.37 Mpa0.329 1060.329 1061.2 7.02 103=144.37 Mpa0.329 1061.2 15.12 103=123.45Mpaj +=讣106xWnxyWnymi

7、n1.05 35.73 103f=215MpaMx, My3.951 106 TOC o 1-5 h z xy=xWnxyWnymax _ 1.05 35.73 103=40mm385EIx 385 2.06 10 198 101502-5构造要求%=6000/39.5=151.960itf,取为0.3 kN/itf,和雪荷载相同，因此取屋面活载为0.3 kN/ m2ob.风荷载：基本风压为0.35 kN/ m21-3荷载组合a.恒载+活载b.恒载+半跨活载c.恒载十风载1-4上弦节点荷载上弦节点恒载标准值为 P1=0.54X 6 x 0.728=2.39kN下弦节点恒载标准值为 P2=0.3

8、X 6X 0.728=1.33kN假定基本组合由可变荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值1.2X2.39 +1.4 x 1.33=4.73kN假定基本组合由恒载荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为1.35 X 2.39 + 1.4 X 0.7 x 1.33=3.55kN综上所述，本工程的屋面荷载组合由可变荷载组合控制上弦节点恒荷载集中荷载（P表示恒荷载）二枝节TE芍蓑计算笥至,，： 1531尸 C73。上弦节点恒荷载集中荷载（P表示恒荷载）二枝节TE芍蓑计算笥至,，： 1531尸 C73。上弦节点活荷载集中荷载（P表示活荷载）上报节点治荷我计箕笥务上弦集中荷载及节点荷载汇总表载形式何载分类集中荷

9、载(设计值)P (kN)节点荷载(设计值)3P (kN)备注怛何载2.7228.166P=1.2 X 0.54 X 0.7 X6=2.722kN活荷载1.7645.292P=1.4 x 0.3 x 0.7 x6=1.764kN怛何载+活何 载4.48613.458P=2.722+1.764=4.486kN1-5风荷载设计值因为钢筋混凝土柱高为8m,故取风压高度变化系数为 L=1上弦节点风荷载计算简图风载体形系数背风面 也=-0.5 迎风面 收=0.328 坡度i=1/3 即 =18.43,计算主要承重结构叫=匕7w迎风面 W1=1.4 X0.328 X 1 X0.35= 0.161 kN/ m

10、2 方向垂直屋面，为风吸力;迎风面 W2= 1.4 X0.5 X 1 X0.35=0.245 kN/ m2 方向垂直屋 面，为风吸力。W1和W2垂直于水平面，分力均小于永久荷载(荷载分项系数取 1.2)所以永久荷载和风荷载联合作用不致使杆件内力变号，因此， 风荷载影响可不考虑。1-6屋架上弦在楝条处集中荷载设计值为Q= (1.2 X 0.54 +1.4 X 0.35 ) 乂 0.700 乂 6=4.486kN2、内力计算和内力组合上弦杆因有节间荷载故为压弯杆件，将轴力和弯矩的计算分开进 行，计算杆件轴力时，取屋架上弦节点处集中荷载为3Q将3Q乘以内力图中的内力系数即得各杆件的轴力。跨度中央每侧

11、各两根腹杆按照压杆控制其长细比，因此可不考虑 半跨荷载作用的情况，只计算全跨满载时的杆件内力。2-1轴力计算P/2N1 jF|-， , L 2N1sin 日+151.5=0= N1 =-42.70(压)N1c o+N2= g N2 = 4 0拉5 1 (Ni 十42.73sin 日=0= N=41.75（压）Nz+3cose=03 N2=2.85（压）人 J， _I1 71.57 J .一十V- 0 .51 N 2阳J i y | 7? -W-1 J: : !N1sinB 2.85sin 尸=0= N =4.51（拉）N1cos8 +N2 +2.85cos40.51 =0= N2 =36.00

12、（拉）JL-L. I3cos : N2 cos - 4.51sin : =0= N2 =-4.51（压）N1 N2sin ? -3sin - -4.51cos ； 41.75=0= N1 - -34.20（压）N2 3cosr - 0= N2N1-2.85（压）2.85cos 二-N2 cos : =0 =N2 =4.5（拉）2 2 =4.98（压）N2 sin : 4.5sin 3cos - -0= NNi +4.5cos8 +34.23sin 9 McosP =0= Ni = -40.08（压）Ni 40.08 -3sinu=0= Ni = 39.13（压）N1sin a -4.98cos

13、 P 4.51cos 了 = 0= N1 =13（拉）Nicos： N2 4.51sin -4.98sin-36=0= N2= 23.26（拉）-1/N1 6.74 -2.85sin-4.5sin =0= N1 =17.5（拉）17.5 N1 17.5金书占b总N1 +3+（17.5cos）M2-（39.13cos P/2 = 03 N1 =0.75（拉）电 0将以上结果和结构力学求解器的结果进行对照，误差较小，故可视 为计算正确。标题：三角形钢屋架内力计算内力计算杆端内力值（乘子=1）杆端1杆端2单元码 轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-44.0164487-43.6162992-43.090597

14、2-42.9415526-44.0164487-43.6162992-43.0905972-42.9415526-43.0160749-42.61005652 -43.6162992 0.01491336 569.483545 0.01491336 580.3303863 -43.0905972 -0.79789818 580.330386-0.79789818 0.000000004 -42.9415526 1.04114021 0.000000001.04114021 757.2461165 -43.0160749 -0.09077537 757.246116-0.09077537 691

15、.2230236 -42.6100565 -0.95036484 691.223023 -0.95036484 0.000000007 -35.4191026 0.98220771 -0.00000000-35.41910260.98220771 714.3831048-35.2131590-0.03268682714.383104-35.2131590-0.03268682 690.6092029-34.6135064-0.94952089690.609202-34.6135064-0.94952089 0.00000000-41.21483020.95821255-0.00000000-4

16、1.21483020.95821255 696.930850-40.8152524-0.01235528696.930850-40.8152524-0.01235528 687.944559-40.4412679-0.94585727687.944559-40.4412679-0.94585727 0.00000000-39.78871360.970135450.00000000-39.78871360.97013545 705.602665-39.6148038 -0.02245903 705.602665-39.6148038-0.02245903 689.267675-39.336918

17、4 -0.94767642 689.267675-39.3369184-0.94767642 0.00000000-39.06793240.845305580.00000000-39.06793240.84530558 614.810921-39.21465430.09797009614.810921-39.21465430.09797009 686.066904-39.8989111-0.94327567686.066904-39.8989111-0.94327567 0.00000000-40.13099560.81208461-0.00000000-40.13099560.8120846

18、1 590.648515-40.61517770.05369551590.648515-40.61517770.05369551 629.702540-41.0983329-0.86578012629.702540-41.0983329-0.86578012 -0.00000000-34.52992900.90510132-0.00000000-34.52992900.90510132 658.301789-35.41323370.04022665658.301789-35.41323370.04022665 687.559592-35.2244599-0.94532797687.559592

19、-35.2244599-0.94532797 0.00000000-42.40454970.98220771-0.00000000-42.40454970.98220771 714.383104-42.6159254-0.03268682714.383104-42.6159254-0.03268682 690.609202-43.1441176-0.94952089690.609202-43.1441176-0.94952089 -0.00000000-43.08810690.845305580.00000000-43.08810690.84530558 614.810921-44.01644

20、87 0.09797009 614.810921 0.09797009 686.066904-44.4165983 -0.94327567 686.066904 -0.94327567 -0.000000009.75418833 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 -0.000000005.27047313 -0.00000000 -0.00000000 -0.00000000 0.00000000-8.67679565 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000-8.67679565 -0.00000000 -0.

21、00000000 -0.00000000 0.000000005.04637892 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 -0.000000009.47771619 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 0.00000000-2.84670191 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.000000004.45043734 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 -0.00000000-5.11956521 -0.00000000 0.00000000 -0.000000

22、00 -0.000000004.66952028 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 -0.0000000018.6060582 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.0000000013.9560485 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000-5.10771002 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 -0.000000000.00375040 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000-4.9292

23、7927 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 -0.00000000-5.18012139 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.000000004.44389620 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 -0.00000000-2.79503655 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.0000000013.5997942 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000-44.0164487-44.4165983-44

24、.0164487-44.41659839.754188335.27047313-8.67679565-8.676795655.046378929.47771619-2.846701914.45043734-5.119565214.6695202818.606058213.9560485-5.107710020.00375040-4.92927927-5.180121394.44389620-2.7950365513.599794217.944436751 4.26336045 -0.00000000-0.00000000 -0.0000000052 -2.76766730 0.00000000

25、0.00000000 0.0000000053 51 4.26336045 -0.00000000-0.00000000 -0.0000000052 -2.76766730 0.000000000.00000000 0.0000000053 -2.87677472 -0.00000000-0.00000000 -0.000000000.000000004.26336045-0.00000000-2.767667300.00000000-2.876774722-2弯矩计算M1/3PLM1/3PL=1/3 4.486 2.073 =3.10kN M端部第一节间跨度1/3处正弯矩为0.8m0=0.8

26、X 3.10=2.48 kN，M其他节间跨中1/3处正弯矩以及节点处的负弯矩为0.6m o=0.6X3.10=1.86 kN M（七）杆件截面设计选择原则，一般情况下杆件截面的最小厚度为5mm,角钢杆件或者T型钢的悬伸肢宽不得小于45mm,由表查得桁架节点板的厚度 取 8mm。1、上弦杆计算长度lox =2182mm10y =2182mm上弦杆不改变截面，按照最大内力设计Nmax = 191.55kNMi=2.48kN m M2=1.86kN m选用截面2/90父6,其截面几何特征为截面面积A=21.274cm2(A=A)截面抵抗矩Wix = 6 7 . 8clmW2x = 25.22cm3回

27、转半径ix=2.7(9miy= 3.98cm长细比属于b类截面b/t=90/6=150.581oy/b =14.08y = -yz =3.9b(1 0) =66.744， =150 x ;工=78.32 ：二-= 150t 18.6bix2_2_5_2二 EA 3.14 2.06 10 21.274 10= 704.42kN2 ,x278.322取 %x =葭=78.32 查表即得 2_2_5_2二 EA 3.14 2.06 10 21.274 10= 704.42kN2 ,x278.322x1 =1 .0 5 x1 =1 .0 5 x2 =1 .2a.平面内稳定性计算此端节点弦杆相当于两端支

28、撑杆件，其上作用有段弯矩和横向荷载并为异号曲率的情况，故取等效弯矩系数 Pmx = 0.85。用跨中最大正弯矩Mx =2.48kN m验算N .：mxMx1ANxA刈%(1-0.8)Nex191.55 103191.55 103_ 50.77 21.274 1020.85 2.48 1063191.551.05 67.84 103(1 -0.8)704.42= 154.755Mpa 二 f = 215Mpa对于这种组合T形截面杆件，在弯矩效应较大时，可能在较小的翼缘一侧因受拉塑性区的发展而导致杆件失稳，因此，还应验算截面的另一侧Mx1x2.25 N)Nex191.55 10321.274 10

29、20.85 2.48 10191.55 10321.274 1020.85 2.48 1061.2 25.22 103(1-1.25191.55704.42)-15.48Mpa 二 f =215Mpa显然另一侧不控制平面内失稳，故平面内稳定得以保证 b.平面外稳定性验算关于梁的整体稳定性系数，由于 % =66.74 120,因Q =1 -0.0017 J，y5 =0.887所考虑构件内有端弯矩和横向荷载同时作用，且使构件产生反向曲率，因此取 e=0.85用跨中最大正弯矩Mx1=2.48kN m；+!=163.84Mpa f =215Mpa根据支撑布置情况，可知上弦yAbW1x节点处均有侧向支撑

30、得以保证其不发生平面外失稳，课不必验算节点处的平面外稳定，只需要验算其强度。c.强度验算上弦杆节点“ 2”处的弯矩较大，且W2X又比较小，因此按照截面上无翼缘一边的强度凡一旦JM 0.58ly =9.383 t 4b因此bloyt45因此bloyt45yz =3.9b(1 y) =3.9 -5(1 yz t 18.6b472824218.6 454)=48.75取 %ax= %z= 48.75,查表可得 中x =0.862当计算截面连接的是单角钢杆件时，钢材的强度设计值应进行折减，其中，按照轴心受力构件计算强度时，强度折减系数为0.85。3 .强度验算：=x=. =4 6 Ml3a ： 0f

31、8=51M2).i7 5xA 0.862 3 48.6b.杆件4-9, 3-7:截面选择N。=N3 =20.23kNlox =0.8max =0.8 2300= 1840mm10y = lmax = 2300mm两根杆的内力相同，计算长度基本相同，选取同一种截面2L45X 4,其截面几何特性为截面面积：A = 6 . 9 7c2m 0年A )回转半径：ix =1 .3 8miy= 2.16cm长细比：x =1840 =133.33 ： =250 y =32300 106.48 250ix 13.8y iy 21.6属于b类截面8+11/0.58,26.944因止匕.yz = y(1 0. 2

32、5b ) =111.88 l oyt取 Lax =注=133.33,查表可得 邛x =0.3713强度验算:N 20.23 10r强度验算:仃=78M2paf= 2M 5)axA 0.371 697.2c.杆件4-8,3-8:c.杆件4-8,3-8:截面选择取最大内力N= Nmax = -22.34kN10y =lmax = 2120mml10y =lmax = 2120mm两根杆的内力基本相同，计算长度基本相同，选取同一种截面2L45X4,其截面几何特性为截面面积:A=截面面积:A=6 . 9 7c2mn* A )回转半径:ix回转半径:ix = 1 .38miy -2.16cmox 169

33、6ix=122.90 ox 1696ix=122.90 ：二- =15013.8oy 2120iy 21.6= 98.15 ” =150属于b属于b类截面b二竺 t 4_ l oy = 11.25 二 0.58,=27.32 b因此，:.(1 因此，:.(1 .必yz y( 12t24-)=100.81取垢取垢ax = %z =122.90,查表可得x =0.421_ _3 强度验算:22.3 4 31 0强度验算:= =7 6Mpaf= 2IMI5)a0.421 697.2d.杆件6-9:截面选择内力为N=78.51kN10y =lmax = 2300mmlox =0.8max =10y =

34、lmax = 2300mm选取截面2L50X6,其截面几何特性为截面面积：A=1 1 .3m伐 A )回转半径：ix=1.5 2m iy =2.4cm长细比x =q=!840 =121.05：二-=250 y =也=2300 =95.83：二=250ix15.2y iy 24属于b类截面bJM。.58卜25.76因此yz40.475b)=97.32取 心x= %z =121.05,查表可得 =0.432强度验算:N 78.51 310强度验算:1 5 9M7P5a 二 f = 2Mll5 axA 0.4 32 1 1 37 7.6e.杆件8-9:截面选择内力为N=53.32kNloy =lma

35、x =3450mmlox loy =lmax =3450mm选取截面2L50X6,其截面几何特性为截面面积：A=11.3E6h nA( A )回转半径：ix = 1 . 5 2 miy = 2.4cm长细比：x =q =空=181.58 ：1 =250 第=3450 =143.75：二=250ix 15.2y iy 24属于 b 类截面 b =50 =8.336,hf Wt -(1|_ 2mm),因此取 hf=6mm。杆件1-2所需焊缝长度：3肢背：lwi =-. 2 6=111.77mm,取 l.=115mm2 0.7 6 160 0.3 191.55 10肢失：lw2 = 2 6 =54.

36、67mm,取 lw1=55mm2 0.7 6 160杆件2-3所需焊缝长度:肢背：lw10.7 187.29 肢背：lw10.7 187.29 1032 0.7 6 1602 6 =109.55mm,取 lw1=110mm肢尖：lw2，3 187.29 102 6 =53.81mm,取 J =55mm2 0.7 6 160杆件3-4所需焊缝长度：肢背：lw1 =I，142- 2 6 = 91.91mm, 取 lw1=95mm2 0.7 6 1603肢尖：lw2 =-. 2 6 = 46.24mm,取 lw1 = 50mm2 0.7 6 160杆件4-5所需焊缝长度：肢背：l30.7 179.8

37、 10w1 =2 6 = 105.65mm,2 0.7 6 160取 lw1 = 110mm0.3 179.8 10肢大：lw22 6 = 52.13mm,取 lw1=55mm2 0.7 6 160杆件5-6所需焊缝长度：3肢背：lw1 =-. 2 6 =103.43mm,取 lw1=105mm2 0.7 6 1603肢尖：lw2 =一. 2 6 =51.18mm, 取 lw1 =55mm2 0.7 6 160杆件6-10所需焊缝长度：杆件内力N =3.3645kN电0kN ,因此焊缝长度只需要符合构造要求, 取 lw1 =lw1 =40mm。杆件1-7所需焊缝长度：肢背：lw1 = 0.75

38、 181.73 102 6 =113.41mm,取 3= 115mm2 0.7 6 1600.25 181.73 103肢大：lw2 = 2 6 = 45.8mm, 取 lw1 = 50mm2 0.7 6 160杆件7-8所需焊缝长度：肢背：lw1 = 0.75 161.5 102 6=102.12mm,取 lw1 -105mm2 0.7 6 160一，一 3时小.0.25 161.5 10股大.lw2 = 2 6 = 42.04mm, 取 lw1 = 45mm2 0.7 6 160杆件8-10所需焊缝长度：3肢背：lw1 =-. 2 6 = 70.23mm,取 l. =75mm2 0.7 6

39、 16030 25 104 34 103-肢尖：lw2 =-: 2 6= 31.41mm, 取 lw1=40mm2 0.7 6 160杆件8-9所需焊缝长度：30.7 58.32 10肢 目：lw1 = 2 6 = 42.375 mm, 取 lw1 = 45mm2 0.7 6 160-C / -3肢尖：lw2 = 0.3 58.32 102 6 = 22.13mm,取 lw1=40mm2 0.7 6 160双角钢杆件的填板设置：由双角钢组成的T字形或十字形截面杆 件是按照实腹式杆件进行计算的。 为了保证两个角钢共同工作，必须 每隔一定距离在两个角钢之间加设填板，使它们之间有足够可靠的连 接，取

40、填板宽度为60mm,填板厚度取和桁架节点板相同。2、上弦节点连接计算2-1节点编号如图所示2-2-节点连接计算2-2-1 节点 “ 1”a-1支座底板厚度支座底板尺寸。如图所示:支座反力：R=6P+ (1.2X0.54+1.4 X0.3) X 0.74+ 6=85.49kN设 a=b=12cm则 a1=16.9cm, b1=a1/2=8.45cm底板承压面积 An = 24 24 -二 22-2 4 3 = 523cm23R 85.49 102板 卜压应力 q = =1.63N / mmAn52300底板弯矩(按照两相邻支撑板计算)，查钢结构设计规范得=0.5，取 P =0.058 定0.6 a1可得 M = -qa.2 =0.06 1.63 1692 =2793.27N mm支座底板厚度&二属=户恒五=9.1取6=12mm厚。0.95f 0.95 215a-2支座节点板和底板的连接焊缝设 hf =10mm , lw =(240 -10)父 2+ (120 -4-10 -10)父 4 =844mmR- f =0