钢结构屋架计算书21m跨

1、目录1 设计资料211结构形式212屋架形式及选材22 支撑布置 221桁架形式及几何尺寸222桁架支撑布置如图33 荷载计算 44 内力计算 55 杆件设计 651上弦杆 752下弦杆853端斜杆aB854腹杆955竖杆96 节点设计 1261下线节点1262上线节点 1363屋脊节点 1464支座节点 1565下线中央节点167 参考文献 191、 设计资料11结构形式某厂房的跨度为21m，长度60m，柱距6m。车间设有两台30/5吨中级工作制吊车。梯形屋架，屋架端高为1.7m，屋面坡度为1/9，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，柱的截面为400400mm，混凝土标号为C25；计算温度最低-20，

2、采用1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三毡四油绿豆防水层，20mm厚1:3水泥砂浆找平层，80mm厚泡沫混凝土保温层。屋面活荷载标准值0.5KN/M2，雪荷载标准值0.5KN/M2，积灰荷载标准值0.5KN/M2。由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。12屋架形式及选材屋架跨度为21m，屋架形式、几何尺寸如图附图所示。2支撑布置21桁架形式及几何尺寸布置图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸22桁架支撑布置根据厂房长度、跨度及荷载情况，设置两道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间。在所有柱间的上弦平面设置了刚性和柔性系杆，以保证安装时上

3、弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图12所示。 3荷载计算屋面荷载和雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载0.5KN/m2进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式gk=(0.12+0.011l)KN/m2计算，跨度单位为米（m）。荷 载 计 算 表荷 载 名 称标 准 值（kN/m2）设 计 值（kN/m2）预应力混凝土大型屋面板1.41.4*1.35=1.89三毡四油防水层0.40.4*1.35=0.5420mm厚找平层0

4、.02*20=0.40.4*1.35=0.5480mm厚泡沫混凝土保温层0.08*6=0.480.48*1.35=0.648屋架和支撑自重0.12+0.011*21=0.350.35*1.35=0.473管道荷载0.10.1*1.35=0.135永久荷载总和3.134.226屋面活荷载0.50.5*1.4=0.7积灰荷载0.50.5*1.4=0.7可变荷载总和1.01.4设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。1、 全垮永久荷载+全垮可变荷载全垮节点永久荷载及可变荷载：F=（4.226+1.4）1.56=50.634KN、全垮永久荷载+半跨可变荷载全垮节点永久荷载：F1=4.2261.56=38.

5、034KN半跨可变荷载：F2=1.41.56=12.6KN3、全垮屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全垮节点屋架自重：F3=0.4731.56=4.26KN半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=（1.89+0.7）1.56=23.31KN1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。4内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下所示。屋架计算简图由图解法或数解法解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全垮、左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如下表所示。屋架杆件内力组合表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第三种组合杆件计算内

6、力（kN）全跨左半跨右半跨F1+ F2F1+ F2F3+ F4F3+ F4上弦杆AB000000000BC、CD-8.421-5.984-2.789-426.389-395.683-355.426-175.361-100.885-426.389DE、EF-12.343-8.043-4.921-624.975-570.795-531.458-240.064-167.29-624.975FG、GH-13.057-7.355-6.527-661.128-589.283-578.85-227.068-207.767-661.128下弦杆ab4.683.4361.424236.9671221.29319

7、5.9415100.0353.130236.967bc 10.8097.3913.912547.3029504.2361460.4007218.3306137.235547.303cd12.9427.9265.741655.3052592.1036564.5726239.888188.956655.064de 12.4836.2417.144632.0642553.415564.793198.655219.7042632.0642斜腹杆aB-8.01-5.88-2.438-405.578-378.74-335.371-171.185-90.9524-405.578Bb5.9144.0272.1

8、59299.450275.6733252.1365119.06375.51993299.450bD-4.322-2.811-2.022-218.84-199.802-189.86-83.9361-65.5445-218.84Dc2.5881.071.737131.0408111.914120.31835.9665851.51435131.041cF-1.3230.134-1.668-66.989-48.6306-71.336-2.51244-44.5171-66.989Fd0.069-1.2081.4623.493746-12.596521.0456-27.86534.37334.373dH1

9、.0662.305-1.41853.97669.58722.6774458.271-28.512469.587竖杆Aa-0.5-0.50-25.317-25.317-19.017-13.785-2.13-25.317Cb、Ec-1-10-50.634-50.634-38.034-27.57-4.26-50.634Gd-1-10-50.634-50.634-38.034-27.57-4.26-50.634He0000000005杆件设计51上弦杆整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计，即N=-661.128KN上弦杆计算长度：在屋架平面内为节间轴线长度，即l0x=l0=1.509

10、m在屋架平面外，本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内里变化情况，取l0y为节点间的距离，即 l0y=3m。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如右图所示。 上弦截面腹杆最大内力N=-405.578KN，查表可知，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设=60，查Q235钢的稳定系数表，可得 （由双角钢组成的T形和十字形截面均属于b类），则需要的截面积为需要的回转半径： 根据需要A、查角钢规格表，选用2L1409012，肢背间距a=10mm，则A=52.80cm2，按所选角钢进行验算：满足长细比150的要求。

11、由于，只需要。查表，则，故 所选截面合适。52下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算N=655.064KN所需截面积为选用2L1258012，因， 下弦截面故用不等肢角钢，短肢相并，如右图所示。53端斜杆aB杆件轴力： 计算长度： 因为 ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 。选用2L140*90*8，则因 ，只需求 ，则所选截面合适。 端斜杆截面图54腹杆以bD杆为例。杆件轴力：（受压）计算长度： 设 查附表得 选用2L906，因，只需求，查表可得，则 腹杆截面图 故所选截面符合要求。 55竖杆各竖杆采用同类截面，按Gd杆件的最大设计内力设计。由于杆件内力较小，按选择，需要的回转半

12、径为查型钢表，选截面的和较上述计算的和略大些。选用2L805，其几何特性 竖杆截面图由于，则按，得，则。其他杆件的截面选择过程不一一列举，其结果见杆件截面选择表。6节点计算6.1下弦节点各杆件的内力由表2查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。 下弦节点b用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设“”杆的肢背和肢尖焊缝和，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：，取。肢尖：，取。设“”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为肢背：，取。肢尖：，取。“”杆的内

13、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，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。该节点如图9所示。2、上弦节点B“”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“”相同。“”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算得设“”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：，取。肢尖：，取。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。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条

14、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P与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得上弦与节点板间焊缝长度为，则上弦肢尖角焊缝的切应力为3、屋脊节点H弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。 屋脊节点图H设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则所需焊缝长度为（一条焊缝）拼接角钢的长度弦杆杆端空隙，拼接角钢长度取600mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验

15、算与节点“B”处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝，取节点板长度为450mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为因屋架的跨度很大，需将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。腹杆与节点板连接焊缝计算方法与以上几个节点相同。6.4、跨中下弦节点eHe杆的内力为0，焊缝尺寸可按构造要求取，肢背和肢尖的。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而

16、确定节点板的尺寸为。弦杆一般采用同种角钢进行拼接，为使拼接角钢和弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝长度（一条焊缝）：拼接角钢的长度取。下弦杆与节点板之间的角焊缝，假定承受节点荷载，下弦肢尖与节点板连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，设肢尖焊缝，节点板长度，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：焊缝应为：肢背验算：满足要求。5、支座节点a为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的地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12mm。支座底板的计算。支座反力为支座节点a设支座底板的平面尺寸采用，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为。验算柱顶混凝土的抗压强度：式中混凝土强度设计值，对C25混凝土，。支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为式中底板下的平均应力，即；两边支承之间的对角线长度，即；系数，由查表确定。为两边支承的相交点到对角线的垂直距离。由此得，查表得，则单位宽度的最大弯矩为底板厚度为，取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相似。偏于安全的