鋼屋架設(shè)計(jì)計(jì)算

1、 鋼結(jié)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 班 級(jí) 土木0812 姓 名 郭若男 學(xué) 號(hào) 2008987034 成 績(jī) 指導(dǎo)老師 吳開(kāi)微 2011年 12 月 1 日鋼 屋 架 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算一、設(shè)計(jì)資料 某單跨單層廠房，跨度L=24m，長(zhǎng)度54m，柱距6m，廠房?jī)?nèi)無(wú)吊車(chē)、無(wú)振動(dòng)設(shè)備，屋架鉸接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0m太空輕質(zhì)大型屋面板。鋼材采用Q235-BF，焊條采用E43型，手工焊。柱網(wǎng)布置如圖1所示， 二、屋架布置及幾何尺寸屋架幾何尺寸圖屋架計(jì)算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mm。二、支撐布置三、荷載計(jì)算1、 荷載永久荷載大型屋面板

2、 0.534 KN/m2 屋架及支撐自重 0.15 KN/m2 防水層 0.1 KN/m2 懸掛管道 0.05kN/m2 小計(jì) 0.834 KN/m2可變荷載 活載 0.56 KN/m2以上荷載計(jì)算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對(duì)屋面為吸力，對(duì)重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計(jì)算。永久荷載設(shè)計(jì)值：1.2×0.834=1.0008kN/m2可變荷載設(shè)計(jì)值：1.4×0.56=0.784kN/m22、荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載：P=（1.0008+0.784）×1.5×6=16.0632

3、kN（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載：P1=1.0008×1.5×6=9.0072kN P2=0.784×1.5×6=7.056kN（3） 全跨屋架與支撐+半跨屋面板+半跨屋面活荷載全跨屋架和支撐自重產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)荷載：P3=1.2×0.15×1.5×6=1.62kN作用于半跨的屋面板及活載產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)荷載：取屋面可能出現(xiàn)的活載P4=（1.2×0.534+1.4×0.56）×1.5×6=12.8232kN以上1），2）為使用階段荷載組合;3）為施工階段荷載組合。四、內(nèi)力計(jì)算

4、按力學(xué)求解器計(jì)算桿件內(nèi)力，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載，屋架要上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿內(nèi)力均達(dá)到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號(hào)，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計(jì)算，而在半跨荷載作用下，僅需計(jì)算近跨中的斜腹桿內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計(jì)算見(jiàn)圖屋架各桿內(nèi)力組合見(jiàn)表。 全跨荷載布置圖全跨荷載內(nèi)力圖左半跨荷載布置圖左半跨荷載內(nèi)力圖右半跨荷載布置圖右半跨荷載內(nèi)力圖 內(nèi)力計(jì)算表 表1桿 件名 稱桿內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載P=17.53kNN=P×全跨永久荷載+半跨可變荷載

5、P1=8.96kNP2=8.57kNN左=P1×+P2×N右=P1×+P2×全跨屋架支撐+半跨屋面板+半跨可變荷載P3=1.62kNP4=14.29kNN左=P3×+P4×N右=P3×+P4×計(jì)算內(nèi)力KNP=1在左半跨在右半跨全跨上弦桿10-11000000011-13-6.25-2.48-8.73-153.04-131.82-99.46-103.51-49.53-153.0413-15-9.04-4.49-13.52-237.07-198.63-159.65-151.05-86.02-237.0715-17-9.

6、15-6.08-15.23-266.96-214.91-188.55-155.47-111.49-266.9617-18-7.36-7.36-14.72-258.14-195.06-195.06-129.07-129.07-258.14下弦桿1-23.491.254.7483.0872.3753.1957.5425.5483.082-38.003.5311.52202.04171.84133.50132.9969.05202.043-49.325.3014.62256.34210.95176.45156.9499.39256.344-58.428.7217.13300.36225.68228.

7、25148.04152.32300.36斜腹桿1-11-6.53-2.34-8.87-155.54-135.49-99.58-107.73-47.82-155.5411-24.692.116.80119.20101.1079.0478.0041.20119.202-13-3.40-2.03-5.42-95.09-77.71-66.01-57.31-37.79-95.0913-31.881.793.6764.4049.0548.2732.8531.5564.403-15-0.70-1.80-2.50-43.76-28.35-37.79-14.01-29.75-43.7615-4-0.461.56

8、1.1019.305.9623.21-4.7324.0424.044-171.55-1.520.030.4913.53-12.7922.20-21.7122.2017-5-2.471.38-1.10-19.22-31.021.98-37.1317.92-37.13豎桿1-10-0.500.00-0.50-8.77-8.77-4.48-7.96-0.81-8.772-12-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.533-14-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.534-16-1.000.00-

9、1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.535-180.980.981.9734.4726.0526.0517.2317.2334.47五、桿件截面設(shè)計(jì)1、上弦桿截面計(jì)算整個(gè)上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算N = -266.96kN（壓力），查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)，節(jié)點(diǎn)板厚度選用6mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm。計(jì)算長(zhǎng)度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取因?yàn)?，故截面宜選用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所示。yyxx12圖1上弦截面設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2，A

10、 = 22.4c , ix = 2.28 cm , iy = 4.39cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算，滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計(jì)算整個(gè)桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=300.36kN （拉力）計(jì)算長(zhǎng)度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長(zhǎng)度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計(jì)算需要凈截面面積選用290×56×5（短肢相并），見(jiàn)圖2所示，A =14.42 c , ix = 2.22 cm , iy =4.32cm 按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取。6xxyy圖2 下弦截面 所選截面滿足要求。3、斜桿截面計(jì)算 斜桿1-11N = -155.5

11、kN (壓力)，l0x = l0y = l =254.3cm因?yàn)閘0x = l0y，故采用不等肢角鋼，長(zhǎng)肢相并，使ix = iy 選用290×56×8，見(jiàn)圖3所示，A = 22.4 c , ix = 2.28 cm , iy = 4.39cmxxyy6圖3 斜桿1-11截面 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿11-2N = 119.20kN（拉力），l0x = 0.8l = 209.3cm, l0y = l =261.6 cm計(jì)算需要凈截面面積選用240×5，見(jiàn)圖4所示，A = 7.58c

12、, ix = 1.21cm , iy = 1.90cmxxyy6圖 4斜桿11-2截面驗(yàn)算： 所選截面滿足要求。 斜桿2-13N =-95.1kN (壓力)，l0x =2302mm l0y = l =2878mm計(jì)算需要凈截面面積選用256×8，見(jiàn)圖5所示，A =1674mm2 , ix =1.68cm , iy =2.60cmxxyy6圖5斜桿2-13截面 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。斜桿13-3.N =64.39kN（拉力），l0x = 0.8l = 229.4cm, l0y = l =286.7 cm計(jì)算

13、需要凈截面面積選用225×4，見(jiàn)圖6所示，A =3.72 c , ix =0.74 cm , iy =1.30 cmxxyy6圖 6 斜桿13-3截面驗(yàn)算： 所選截面滿足要求。 斜桿3-15N =-43.76kN (壓力)，l0x =251.0cm l0y = l =313.8cm選用263×4，見(jiàn)圖7所示，A =9.96c , ix = 1.96cm , iy = 2.80cmxxyy6圖7 斜桿3-15截面 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿15-4N = 24.03kN（拉力），l0x = 0.

14、8l = 2502mm, l0y = l =3127cm計(jì)算需要凈截面面積選用230×3，見(jiàn)圖8所示，A = 3.50c , ix =0.91 cm , iy = 1.47 cmxxyy6圖 8 斜桿15-4截面驗(yàn)算： 所選截面滿足要求。 斜桿4-17N =22.20kN （拉力）， l0x =272.4cm l0y = l =340.5cm選用240×5，見(jiàn)圖9所示，A =7.58 c , ix =1.21cm , iy =1.90cmxxyy6圖9 斜桿4-17截面 滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。驗(yàn)算受拉時(shí)截面是否滿足N =-21.71kN (壓力)由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的

15、穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿17-5N =-37.13kN (壓力)，l0x =271.4cm l0y = l =339.3cm 選用263×4，見(jiàn)圖10所示，A =9.96c , ix = 1.96cm , iy = 2.80cmxxyy6圖10 斜桿17-5截面驗(yàn)算 由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。4、豎桿截面計(jì)算邊豎桿1-10N =-8.77kN (壓力)，,l0x = l0y =l=200.00cm 選用245×3，A =5.32c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于

16、只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿2-12 N =-17.53kN (壓力)，,l0x =1840mm l0y =2300mm 選用245×3， A =5.32 c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿3-14N =-17.53kN (壓力)， l0x =2080mm l0y =2600mm 選用245×3， A =5.32 c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求

17、。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿4-16N =-17.53kN (壓力), l0x =2320mm l0y =2900mm 選用256×3， A =6.68 c , ix = 1.75cm , iy = 2.49cm 屬于b類(lèi)截面 屬于b類(lèi)截面滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 豎桿5-18N =34.47kN (拉力)， l0x =2560mm l0y =3200mm 選用245×3， A =5.32 c , ix = 1.40cm , iy = 2.06cm 滿足長(zhǎng)細(xì)比：的要求。所選截面合適。96中

18、豎桿截面圖屋架桿件一覽表?xiàng)U件桿內(nèi)力kN計(jì)算長(zhǎng)度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m）回轉(zhuǎn)半徑長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比系數(shù)min(N/m)loxloyix(mm) iy(mm)max上弦-266.9615083016短肢相并2L90×56×8224022.843.9691500.757157下弦300.3630006000短肢相并2L90×56×5144222.243.2139350208斜腹桿1-11-155.54 25432543長(zhǎng)肢相并2L90×56×8224022.843.91121500.464-15011-2119.20 209326162

19、L40×575812.119.01733501572-13-95.09 230228782L56×8167416.826.01371500.357-15913-364.40 229428672L25×43727.413.0310350173.13-15-43.76 251031382L63×499619.628.01281500.397-110.515-424.04 250230232L30×33509.114.7275350694-1722.20 272434052L40×575812.119.022535019117-5-37.1

20、3 271433932L63×499619.628.01381500.353-106豎桿1-10-8.77 20002000十字形2L45×353214.020.61431500.333-502-12-17.53 18402300十字形2L45×353214.020.61311500.392-843-14-17.53 20802600十字形2L45×353214.020.61491500.311-1064-16-17.53 23202900十字形2L56×366817.524.91331500.374-70.25-1834.47 2560320

21、0十字形2L45×353214.020.6183350-65六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)“1”、“2”、“11”、“18” “5”五個(gè)典型節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)類(lèi)同。1下弦2節(jié)點(diǎn)這類(lèi)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160N/m，實(shí)際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。 （1）11-2桿的內(nèi)力N=157KN，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=5mm，所需要的焊縫長(zhǎng)度為：肢背，取150mm肢尖，取80mm（2）2-13桿的內(nèi)力N=1

22、59KN，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=8mm，所需要的焊縫長(zhǎng)度為：因?yàn)椋园磧擅鎮(zhèn)群缚p計(jì)算。肢背，取150mm肢尖，取80mm（4） 豎桿2-12桿的內(nèi)力N=-84KN，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定取hf=3mm。所需要的焊縫長(zhǎng)度為：肢背，取150mm肢尖，取80mm（4）下弦桿焊縫驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。N25683173kN肢背焊縫驗(yàn)算，hf8mm， f8N/mm2160N/mm2焊縫強(qiáng)度滿足要求。根據(jù)節(jié)點(diǎn)放樣，得節(jié)點(diǎn)板尺寸為310×360，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。下弦節(jié)點(diǎn)各桿肢尖、肢背尺寸 桿件hf（mm） 肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm

23、)11-2562mm取100mm520mm取60 mm 2-13854mm取100mm832mm取60 mm 13-3448mm取100mm 419mm取60mm3-15451mm取100mm431mm取60mm 15-4341mm取100mm 327mm取60mm4-17530mm取60mm522mm取60mm 17-5445mm取60mm429mm取60mm2上弦11節(jié)點(diǎn)：11-2桿節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算與下弦節(jié)點(diǎn)2中11-2桿計(jì)算相同。1-11桿N-155.55 kN，采用三面圍焊，設(shè)肢背和肢尖 hf = 8mm，因?yàn)?，所以按兩面?zhèn)群缚p計(jì)算。 lw11673，取lw1150mm lw216

24、47，取lw280m上弦節(jié)點(diǎn)各桿肢尖、肢背尺寸桿件hf（mm）肢背 (mm)hf（mm）肢尖 (mm)1-11873mm取150mm847mm取80mm 11-2586mm取150mm554mm取80 mm 2-13851mm取100mm835mm取60 mm 13-3463mm取100mm 442mm取60mm3-15448mm取100mm434mm取60mm 15-4340mm取100mm 329mm取60mm4-17529mm取60mm523mm取60mm 17-5443mm取100mm431mm取60mm考慮擱置檁條，節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)上弦肢背7mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計(jì)算，P1

25、7.6kN。節(jié)點(diǎn)板尺寸為285417設(shè)肢尖焊縫=4mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。肢背焊縫驗(yàn)算：肢尖焊縫驗(yàn)算：節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。3、屋脊18節(jié)點(diǎn)（1）弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點(diǎn)板來(lái)補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長(zhǎng)度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)5-18桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸為：肢背hf=6mm，lw1=(0.65×17.6×103)/（2×0.7×6×160）+16=25mm，取lw1=4

26、0mm，肢尖hf=6mm，lw2=（0.35×17.6×103）/（2×0.7×6×160）+16=21mm。取lw2=40mm。設(shè)焊縫高度hf=6mm，則所需要焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為：lw=（258×103）/（4×0.7×6×160）+16=112mm。取lw =210mm。拼接角鋼長(zhǎng)度600mm2×210=420mm。（2）上弦與節(jié)點(diǎn)板間的焊槽，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載，驗(yàn)算略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)按上弦內(nèi)力的15%計(jì)算，設(shè)肢尖焊縫hf=6mm，節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度為470mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度

27、為lw=470/2-5-10=220mm，焊縫應(yīng)力為：fN=（0.15×258×103）/（2×0.7×6×220）=21N/mm2，fM=（0.15×258×103×55×6）/（2×0.7×6×2202）=32N/mm2， =34kN/mm2160kN/mm2中豎桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：N=17.6KN此桿內(nèi)力較小，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定，取焊縫尺寸hf=6 mm，焊縫長(zhǎng)度lw>50 mm，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。4、下弦跨中5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（1）下弦接頭設(shè)于跨中節(jié)點(diǎn)處，連接角

28、鋼取與下弦桿相同截面2160×100×10，焊縫高度hf=8mm，焊縫長(zhǎng)度為：lw=（300×103）/（4×0.7×8×160）+16=100m，取lw=210mm連接角鋼長(zhǎng)度lw=2×210+10=430mm，取lw=430mm下弦桿與節(jié)點(diǎn)板，斜桿與節(jié)點(diǎn)板之間的連接焊縫按構(gòu)造設(shè)計(jì)。（2）弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊計(jì)算：按下弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。N=300×15%=45KN設(shè)肢背、肢尖焊肢尺寸為8 mm，弦桿一側(cè)需焊縫長(zhǎng)度為肢背lw=（0.75×45×103）/（2×0.7×8&#

29、215;160）+16=35mm，取80mm，肢尖lw=（0.25×45×103）/（2×0.7×8×160）+16=23mm。取40mm腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫的計(jì)算方法與以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)相同，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。5、 支座1節(jié)點(diǎn)為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋。加勁肋取460×80×12mm，節(jié)點(diǎn)取460×380×14mm的鋼板。（1）支座底板的計(jì)算支座反力RA=RB=140.8KN 按構(gòu)造要求采用底板面積為a×b=280×360mm2如僅考慮加勁肋部分底板承受支座反力R，則承壓面積為280×（2×80+12）=48160mm2驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度：=R