m跨钢屋架结构设计计算书

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PAGE231.设计资料设计房屋跨度为24m的钢屋架，房屋平面尺寸24m×54m，钢筋混凝土排架结构，柱间距6m，屋面采用钢屋架结构体系，大型屋面板屋面，加气混凝土保温层，SBS沥青改性卷材防水层。地区基本雪压为0.70kN/m2，基本风压为0.45kN/m2，分项系数1.4，冬季室外计算温度-20℃，不计风荷载，不考虑地震设防。2.钢材和焊条选用钢材选用AY3F，焊条采用E43型，手工焊。3.屋架形式和尺寸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。屋架跨度L=24m，每端缩进0.15m,计算跨度L0=L—2×0.15m=23.7m；端部高度去H0=2m，中部高度H=3.2m；下弦起拱50mm，起拱后的上弦坡度i=1/9.6配合大型屋面板尺寸（1.5m×6m），采用屋架间距B=6m，上弦节间尺寸1.5m选用屋架杆件布置和几何尺寸如图1—1所示图1—1屋架杆件布置和几何尺寸4.荷载计算和杆件内力计算4.1屋架荷载计算屋架和支撑重按（0.12+0.011×L0）×1.2=0.384kN/m2×1.2，且因屋架下弦无其他荷载，可认为屋架和支撑重量全部作用于上弦节点；屋面活荷载取雪荷载（0.70kN/m2×1.4）。吊顶通过屋面板缝设吊杆与屋架上弦连接，故作为上弦荷载。屋面做法和屋面板荷载按屋面倾斜面积计算，但因屋面坡度较小（起拱后tani=1/9.6，seci=1.0054），故近似地将全部荷载均按水平投影面积计算，屋架全部荷载的设计值为：SBS沥青改性卷材0.35×1.2=0.42kN/m220mm厚水泥砂浆找平层0.40×1.2=0.48kN/m2150mm厚加气混凝土保温层0.40×1.2=0.48kN/m21.5m×6m大型屋面板和浅缝1.50×1.2=1.8kN/m2吊顶0.40×1.2=0.48kN/m2屋架和支撑重0.384×1.2=0.46kN/m2恒载设计值g=4.12kN/m2屋面活荷载0.70×1.4=0.98kN/m2q=0.98kN/m24.2屋架杆件内力系数屋架上弦左半跨单位节点荷载及其作用下的杆件内力（系数）KL经计算如图1—2所示。于是可得到屋架上弦右半跨单位节点荷载及全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力系数KR和K=KL+KR，并全部列入表1。4.3杆件内力组合A．组合一全跨恒载+全跨活荷载：q=5.1kN/m2由此可得到上弦节点荷载为：F=5.1×1.5×6=45.9kNB．组合二全部恒载+半跨活荷载(相应于全跨恒,活荷载减去半跨活荷载)：全跨节点永久荷载：F1=4.12×1.5×6=37.08kN半跨节点可变荷载：F2=0.98×1.5×6=8.82kNC.组合三全跨屋架和支撑重+半跨屋面板和活荷载全跨节点桁架自重：F3=0.46×1.5×6=4.14kN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=［（0.384+1.5）×1.2+（0.7×1.4）］×1.5×6=29.17kN杆件内力组合结果全部列入表1。其中,第二,第三组合只对个别KL和KR正负异号的杆件计算（共Fg，gH，Hk三根腹杆），因为这种情况下第二，第三组合的内力将大于第一组合的内力，并可能是第一组合为拉力的杆件变为受压。4.4杆件内力组合计算表杆件内力系数组合一组合二组合三内力设计值全跨恒载全跨恒载+半跨活活载全跨屋架和支撑重重+半跨屋面板和活荷荷载KKL,RF×KF1×K+F2××KLF1×KL+F22×KRF3×K+F4××KLF3×K+F4××KRN（kN）上弦杆AB000000000BD-8.68-6.22-2.46-398.41-376.72-343.55-217.37-107.69-398.41DF-13.48-9.01-4.47-618.73-579.31-539.26-318.63-186.20-618.73FH-15.21-9.14-6.07-698.14-644.62-617.52-329.58-240.03-698.14HK-14.72-7.36-7.36-675.65-610.73-610.73-275.63-275.63-675.65下弦杆ac+4.71+3.47+1.24216.19205.25185.58120.7255.67216.19ce+11.48+7.97+3.51526.93495.97456.64280.01149.91526.93eg+14.59+9.30+5.29669.68623.03587.66331.68214.71669.68gk+15.12+8.41+6.71694.01634.83619.83307.92258.33694.01斜杆aB-8.86-6.52-2.34-406.07-386.04-349.17-226.87-104.94-406.07Bc+6.87+4.76+2.11315.33296.72273.35167.3089.99315.33cD-5.43-3.40-2.03-249.24-231.33-219.25-121.66-81.70-249.24De+3.71+1.91+1.80170.29154.41153.4471.0767.87170.29eF-2.46-0.71-1.75-112.91-97.48-106.65-30.90-61.23-112.91Fg+1.13-0.44+1.5751.8738.0255.75-8.1650.48-8.1655.75gH+0.02+1.55-1.530.91814.41-12.7545.30-44.55-44.5545.30Hk-1.07-2.46+1.39-49.11-61.37-27.41-76.1936.12-76.1936.12竖杆Aa-0.5-0.50-22.95-22.95-18.54-16.66-2.07-22.95CcGgEe-1-10-45.9-45.9-37.08-33.31-4.14-45.9Kk+1.92+0.96+0.9688.1379.6679.6635.9535.9588.135杆件截面选择5.1弦杆截面选择（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按最大内力N=-698.14kN计算。采用短边相拼的不等边角钢T形截面，L0x=1508mm,L0Y=3016mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=150。因L0Y/L0x=2，假设=80，又因翼缘为焰切边，不论对x轴还是y轴界面类型均属于b类界面，由附表4.2查得=0.688则所需界面几何量为：A=N/（f）=698.14×103/（0.688×215）=4719.7mm2ix=L0x/=150.8/80=1.885cmiy=L0Y/=30.16/80=3.77cm由几何量和构造要求查角钢表，选用2∟125×80×12，A=2×2340=4680mm2；ix=22.4mm，iy=61.6mmx=l0x/ix=1508/22.4=67.3<[]=150,y=l0y/iy=3016/61.6=48.96<[]=150由max=67.3,查得b类=0.7672，即代入稳定条件=N/(A)=698.14103/(0.76724680)=194.44N/mm2<215N/mm2满足要求。（2）下弦杆下整个下弦采用等截面，按最大内力N=694.01kN计算，l0x=3000mm，l0y=11850mm。Q235钢f=215N/mm2，拉杆[]=350。因l0y》l0x，采用短边相拼的不等边角钢T形截面，则得到所需截面的面积为：A=N/f=694.01×103/215=3228mm2由查角钢表得，选用2∟125×80×8，A=2×1600=3200mm2；ix=22.9mm，iy=60.7mmx=l0x/ix=3000/22.9=131<[]=350y=l0y/iy=11850/60.7=195.2<[]=350则稳定满足要求。上弦杆截面下弦杆截面5.2腹杆截面选择各腹杆截面选择过程从略,其结果如下表：杆件内力设计值/kN几何长度/mm计算长度/mm截面形式及规格截面面积A/mm2回转半径/mm长细比稳定系数应力设计值/N/mm2L0xL0yixiyxy弦杆AK-698.14150815083016125×80×112468022.461.667.348.960.767194.44ak694.013000300011850125×80×8320022.960.7131195.2210斜杆aB-406.07254325432543100×63×6192417.926.314296.70.702197.9Bc315.3326162093261670×6163221.532.697.380.2211.9cD-249.2428782302287890×621722727.940.582.50.671192.5De170.2928672294286750×596115.324.5149.9117.0190eF-112.9131382510313856×6163221.532.6116.796.30.455167.4Fg-8.1655.7531272502312763×5108317.226.9145.5116.20.324-15.7+55.9gH-44.5545.3034052724340563×5122919.429.6140.4115.00.343-86.8+30.2Hk-76.1936.1233932714339363×5122919.429.6139.9114.60.345156.1竖杆Aa-22.9520152015201563×5122919.429.6103.968.10.53042.5Cc-45.923001840230050×596115.324.5120.393.90.435120.6Ee-45.926002080260050×596115.324.5136.9106.10.361145.3Gg-45.929002320290056×5108317.226.9134.9107.80.366127.2Kk88.133200斜平面288063×51229imin=24.5min=117.6684.06.节点设计6.1杆件与节点板的焊缝计算腹杆焊缝计算表杆件内力设计值kN需要焊缝（mm22）采用焊缝/mm计算时lw按值--12双角钢角焊缝计算算公式（fwf=160N/mmm2）hf1lw1=()hf2lw2=()hf1-lw1hf2-lw2角钢背：hf1lw1==角钢尖：hf2lw2==k11k2hf1lw1hf2lw2等边角钢0.770.33不等边角钢0.6650.335长边连接不等边角钢0..7500.25短边连接（“─”表示hfllw<350mm2用角焊缝6-80mmm)斜杆Ba-406.07（1178）（634）8-1506-110Bc315.339854228-1306-80Dc-249.247793346-1306-100De170.295322286-90─Fe-112.91353151──其他<112.911────竖杆<112.911────下弦杆焊缝计算表节点N1/KNN2/KN△N/KN需要焊缝≥mm采用焊缝≥mm((lw-12)组合说明hf1lw1=hf2lw2=hf1-lw1hf2-lw2125808“─”表示hf1lw1〈500（mm2）用角焊缝6─100a─+216.19216.19724─6-1406-一组合c+216.19+526.93310.741040─6-1806-一组合e+526.93+669.68142.75────一组合g+214.71+331.68116.97────三组合k+694.01+694.01104.10──6-6-每侧焊缝按0.115NMAXX上弦杆角钢肢尖焊缝计算表节点N1/KNN2/KNΔN/KN焊缝长度/mm需要hf2/mm采用hf2/mmΔN组合llw-12B0-398.41398.414103988.2110一组合D-398.41-618.73220.323303187.328一组合F-618.73-698.1479.412402286.698一组合H-329.91-275.6354.282201081.886三组合K─-675.65101.351901789.1210每侧焊缝按0.115NMAXX说明：A、C、E、G、I的ΔN=0hf2=6mm注：1．按下式计算：=其中，e为偏心距（角钢形心轴线至角钢肢尖的距离）；为弦杆内力差，取=160N/mm2，=1.5;2．上弦杆125×80×12，b=80mm，z0=20.0mm，e=b-z0=60mm，用60mm；3．焊缝长度按画节点图时为满足腹杆焊缝长度所确定的节点板实际宽度（中节点K的略经放大时求得的较为合理）。6.2弦杆与节点的连接焊接钢桁架一般在节点处设置节点板，把汇交于节点的各杆件都与节点板相连接，形成桁架的节点，各杆件把力传给节点板并互相平衡。一般杆件把全部内力N传给节点板，而在节点处连续的杆件则把两侧的内力差传给节点板；当节点上作用有荷载时，则传给节点的力为N或与P。有局部弯矩的杆件则还要传递弯矩和剪力。1)节点A（如图1）因为AB杆内力为0，所以按构造要求设计焊缝。按画图时为满足腹杆焊缝长度所确定的节点板实际宽度设计焊缝长度l=150mm,焊脚尺寸hf=6mm.图12)节点B（如图2）弦杆肢背为塞焊缝，节点板厚度为10mm塞焊缝强度验算：设焊脚尺寸弦杆肢尖角焊缝强度验算：设焊脚尺寸且N=398.41kN图23)节点C（如图3）因为节点C两侧为0，所以按构造要求设计焊缝。按画图时为满足腹杆焊缝长度所确定的节点板实际宽度设计焊缝长度l=170mm,焊脚hf=6mm.图34）节点K(屋脊节点)（如图4）图4竖杆Kk杆端焊缝按构造取为6mm和80mm。上弦与节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅受屋面板传来的集中荷载，一般可不作计算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力的15%进行计算，即N=。产生的偏心弯矩：M=Ne=101.3510360=6081000Nmm设肢尖焊脚尺寸hf2=10mm,则焊缝计算长度lw2=200-210-5=175mm。验算肢尖焊缝强度：==131N/mm2<=160N/mm2(满足)拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=10-2=8mm。则接头一侧需要的焊缝计算长度为：==188.5mm拼接角钢的总长度为mm取。拼接角钢竖肢需切去的高度为取，即竖肢余留高度为75。5）节点a(支座节点)（如图5）根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用─。为便于施焊，取底板上表面至下表面的距离为160。且在支座中心线处设加劲肋─，高度与节点板相同，亦为440。⑴底板计算支座反力，根据构造需要，取底板尺寸为。柱采用混凝土N/mm2。作用于底板的应力为N/mm2<N/mm2底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支撑板，计算底板单位宽度上的最大弯矩需要底板厚度：，取20⑵加劲肋计算设，取角焊缝最大计算长度（实际焊缝长度）