鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、1. 設(shè)計(jì)資料某車間廠房總長度約為108米,跨度為18m。車間設(shè)有兩臺(tái)30噸中級工作制吊車。車間無腐蝕性的介質(zhì)。該車間為單跨雙坡封閉式廠房,屋架采用三角形豪式鋼屋架。屋面坡度為1：3，屋架間距為6m,屋架下弦標(biāo)高為9米，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為400mm×400mm,混泥土強(qiáng)度等級為C20。屋面采用彩色壓型鋼屋板加保溫層屋面，C型檁條，檁距為1.52.1米。結(jié)構(gòu)的重要度系數(shù)為0=1.0，屋面的恒荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為0.5 kNm2。屋面的活荷載為0.2 kNm2，雪荷載為0.35 kNm2，不考慮積灰荷載、風(fēng)荷載，不考慮全跨荷載積雪不均勻分布狀況。屋架采用Q235B，焊條

2、采用E43型。2. 屋架形式及幾何尺寸屋架形式及幾何尺寸如圖檁條支承于屋架上弦節(jié)點(diǎn)。屋架坡角為=arctan13=18°26',檁距為1.866m。圖1 屋架形式和幾何尺寸3. 支撐的布置上、下弦橫向水平支撐設(shè)置在廠房兩端和中部的同一柱間，并在相應(yīng)開間的屋架跨中設(shè)置垂直支撐，在其余開間的屋架上弦跨中設(shè)置一道通長的剛性細(xì)桿，下弦跨中設(shè)置一道通長的柔性細(xì)桿。在下弦兩端設(shè)縱向水平支撐。支撐的布置見圖2。 圖2 支撐的布置圖4. 檁條布置檁條設(shè)置在屋架上弦的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，間距1.866m。因屋架間距為6m，所以在檁條跨中設(shè)一道直拉條。在屋脊和屋檐分別設(shè)置斜拉條和撐桿。5. 荷載標(biāo)準(zhǔn)值上

3、弦節(jié)點(diǎn)恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值P1=0.5×1.866×6×310=0.5×1.77×6=5.31kN上弦節(jié)點(diǎn)雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值P2=0.35×1.866×6×310=0.35×1.77×6=3.72kN由檁條傳給屋架上弦節(jié)點(diǎn)的恒荷載如圖3圖3 上弦節(jié)點(diǎn)恒荷載由檁條傳給屋架上弦節(jié)點(diǎn)的雪荷載如圖4圖4 上弦節(jié)點(diǎn)雪荷載6. 內(nèi)力組合內(nèi)力組合見表1屋架桿件內(nèi)力組合表 表1桿件名稱桿件編號(hào)恒荷載及雪荷載半跨雪荷載內(nèi)力組合最不利荷載（kN）內(nèi)力系數(shù)恒載 內(nèi)力（kN）雪載 內(nèi)力 （kN）內(nèi)力系數(shù)半跨雪載內(nèi)力（kN）1.2恒+

4、1.4雪（kN）1.2恒+1.4半跨雪（kN）123452+32+5上弦桿1-2-14.23-75.56-52.94-10.28-38.24-164.78-144.21-164.782-3-12.65-67.17-47.06-8.7-32.36-146.49-125.92-146.493-4-11.07-58.78-41.18-7.11-26.45-128.19-107.57-128.194-5-9.49-50.39-35.30-5.53-20.57-109.89-89.27-109.895-6-7.91-42.00-29.43-3.95-14.69-91.60-70.97-91.60下弦桿1

5、-713.571.6950.229.7536.27156.33136.8156.337-813.571.6950.229.7536.27156.33136.8156.338-91263.7244.648.2530.69138.96119.43138.969-1010.555.7639.066.7525.11121.59102.06121.5910-11947.7933.485.2519.53104.2284.69104.22豎直腹桿2-7000000003-80.52.661.860.51.865.795.795.794-915.313.7213.7211.5811.5811.585-101.

6、57.975.581.55.5817.3717.3717.376-11421.2414.8827.4446.3235.9046.32斜腹桿2-8-1.58-8.39-5.88-1.58-5.88-18.30-18.30-18.303-9-1.8-9.56-6.70-1.8-6.70-20.84-20.84-20.844-10-2.12-11.26-7.89-2.12-7.89-24.55-24.55-24.555-11-2.5-13.28-9.3-2.5-9.3-28.95-28.95-28.957. 截面的選擇屋架桿件的選擇驗(yàn)算表 表-28. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)8.1桿件焊縫尺寸的計(jì)算 屋架桿件的焊縫

7、計(jì)算 表-3桿件名稱桿件編號(hào)截面規(guī)格（mm）桿件內(nèi)力（kN）肢背焊縫尺寸hf1(mm)肢背焊角長度lw'(mm)肢尖焊角尺寸hf2(mm)肢尖焊縫長度lw'(mm)上弦桿1-22L90X8-164.786100660下弦桿1-72L80X7156.336100660豎腹桿2-7L56X405404403-8L56X45.795404404-92L56X411.585404405-102L56X417.375404406-112L56X446.32540440斜腹桿2-8L56X4-18.305404403-92L56X4-20.845404404-102L56X4-24.555

8、404405-112L56X4-28.95540440注：表中焊縫的計(jì)算長度lw'=lw+2hf 。 lw'不小于8hf和40mm其中較小值。8.2 形心距離的確定屋架各桿件的角鋼背面的距離Z0如圖表-4，表中Z0為桿件重心線至角鋼背面的距離。 屋架各桿件的角鋼背面的距離Z0 表-4桿件名稱桿件截面重心距離Z0(mm)軸線距離Z0(mm)備注上弦桿2L90X825.225下弦桿2L80X722.325腹桿2-7L56X415.3153-8L56X415.3154-92L56X415.3155-102L56X415.3156-112L56X415.3152-8L56X415.31

9、53-92L56X415.3154-102L56X415.3155-112L56X415.3158.3 節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 8.3.1 支座節(jié)點(diǎn) 圖5 支座節(jié)點(diǎn)”1”(1) 上弦桿的節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算A. 支座底板的計(jì)算支座反力R=5P=5×11.58KN=57.90KN 設(shè)a,b取12cm,則 a1=2×12=16.9cm,b1=a12=8.45cm 底板的承壓面積 A=24×24-22-2×4×5×=523cm2 底板下的應(yīng)力 q=RAn=57.90×103523×102=1.11Nmm2<cfc=240×2

10、4052300= 8N/mm2底板的最大彎矩 M=qa12 , 由于b1a1=0.5,取=0.06,則 M=0.06×1.11×1692=1902.16Nmm支座厚度 t=6Mf=6×1902.16204.25=7.47mm,取12mmB. 加勁肋計(jì)算加勁肋厚度取與節(jié)點(diǎn)相同。加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫的計(jì)算：假定一塊加勁肋承受屋架支座反力的四分之一,即 14×57.90=14.48kN 焊縫受剪力V=14.48kN,彎矩M=14.48×2404=868.80kNmm, 設(shè)焊縫hf=5mm, 焊縫計(jì)算長度： lw=216-20×2-2hf

11、=216-40-10=166mm 由焊縫的應(yīng)力公式得 V2×0.7×hf×lw2+6M2×0.7×fhf×lw22 =14.48×1032×0.7×5×1662+6×868.80×1032×0.7×1.22×5×16622 =25.41Nmm2<ffw=160Nmm2C. 支座底板的連接焊縫假定焊縫傳遞全部支座反力R=57.90kN,設(shè)焊縫hf=5mm,支座底板的連接焊縫的長度為： Lw=2×240-2hf+4×

12、;120-5-10-2hf =2×240-2×8+4×120-5-10-2×8 =804 mm由公式得,f=R0.7fhfLw=57.90×1030.7×1.22×8×804=10.54mm<ffw=0.95×160=152Nmm2,滿足要求。D. 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫: 節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢背采用槽焊縫連接,假定槽焊縫只承受屋面的集中荷載 P=11.58kN.節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢尖采用雙面角焊縫連接,承擔(dān)上弦的內(nèi)力差N。節(jié)點(diǎn)1的槽焊縫hf1=0.5t1=5mm,其中t1為

13、節(jié)點(diǎn)板的厚度 Lw=650-2hf=650-2×5=640mm 由公式 f=P2×0.7hf1lw=11.58×1032×0.7×5×640=2.58Nmm2<ffw=0.95×160=152Nmm2,可見塞焊縫一般不控制,僅需驗(yàn)算肢尖焊縫。 角鋼肢尖角焊縫的焊角尺寸hf2=5mm,計(jì)算長度 Lw=650-2hf=640mm上弦桿的內(nèi)力差N=-164.78KN,偏心距M=Ne, e=65mm,則由公式得, f=6M2×0.7×hf2×lw2=6×164.78×103&#

14、215;652×0.7×5×6402=22.41Nmm2 f=N2×0.7×hf2×lw=164.78×1032×0.7×5×640=36.48Nmm2他 ff2+f2=22.411.222+36.48=41.12Nmm2<ffw=0.95×160= 152Nmm2 可見,肢尖焊縫滿足要求。(2) 上弦弦間節(jié)點(diǎn)板的計(jì)算為便于上弦節(jié)點(diǎn)擱置屋面板,節(jié)點(diǎn)板的上邊緣縮進(jìn)肢背10mm，采用塞焊縫，按 2條角焊縫計(jì)算。計(jì)算時(shí)可略去屋架上弦坡度的影響,而假定集中荷載與上弦垂直。對于上弦節(jié)點(diǎn)”5

15、” 圖6 上弦節(jié)點(diǎn)”5”A. 上弦桿肢背與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢背采用塞焊縫連接,假定塞焊縫只承受屋面的集中荷載 P=11.58kN。節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢尖采用雙面角焊縫連接,承擔(dān)上弦的內(nèi)力差N。節(jié)點(diǎn)1的槽焊縫hf1=0.5t1=4mm,其中t1為節(jié)點(diǎn)板的厚度。 Lw=225-2hf=225-2×4=217mm 由公式 f=P2×0.7hf1lw=11.58×1032×0.7×4×217=9.1Nmm2<ffw=0.95×160= 152Nmm2可見塞焊縫一般不控制。B. 上弦桿肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫角焊縫的

16、焊角尺寸hf2=5mm,計(jì)算長度 Lw=225-2hf=217mm上弦桿的內(nèi)力差N=-18.29KN,偏心距M=Ne, e=65mm,則由公式得, f=6M2×0.7×hf2×lw2=6×18.29×103×652×0.7×5×2172=21.64Nmm2 f=N2×0.7×hf2×lw=18.29×1032×0.7×5×217=12.04Nmm2 ff2+f2=21.641.222+12.042=21.44Nmm2<ffw=0.

17、95×160= 152Nmm2 可見,肢尖焊縫滿足要求。對于其他2,3,4,5上弦節(jié)點(diǎn),由于節(jié)點(diǎn)板的尺寸長均不小于"5"號(hào)節(jié)點(diǎn),而其所受的節(jié)點(diǎn)集中力和弦桿軸向內(nèi)力差都相等,故其余上弦節(jié)點(diǎn)只要在上弦桿的肢背和肢間處采用滿焊即可。(3) 下弦節(jié)點(diǎn)”10” 圖7 下弦節(jié)點(diǎn)”10”A. 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為300mm, hf=5mm, 內(nèi)力差N=-17.37KN受力較大的肢背處焊縫應(yīng)力為f=0.7×17.37×1032×0.7×5×(300-10)=5.98Nmm2<ffw=160Nm

18、m2故按構(gòu)造滿焊即可。由于下弦節(jié)點(diǎn)7,8,9的節(jié)點(diǎn)板尺寸長均不小于"10"號(hào)節(jié)點(diǎn)板,故其所受的弦桿軸向力內(nèi)力差都相等, 故其余上弦節(jié)點(diǎn)只要在上弦桿的肢背和肢間處采用滿焊即可。(4) 上弦節(jié)點(diǎn)”6” 圖8 上弦節(jié)點(diǎn)”6”A. 上弦桿肢背與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫: 節(jié)點(diǎn)板與上弦角鋼肢背采用塞焊縫連接,假定塞焊縫只承受屋面的集中荷載 P=11.58kN。節(jié)點(diǎn)1的塞焊縫hf1=0.5t1=4mm,其中t1為節(jié)點(diǎn)板的厚度。 Lw=148-2hf=148-2×4=140mm 由公式 f=P2×0.7hf1lw=11.58×1032

19、15;0.7×4×140=14.77Nmm2<ffw=0.95×160= 152Nmm2,可見塞焊縫一般不控制。B. 上弦桿肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫肢尖角焊縫的焊角尺寸hf2=5mm, 計(jì)算長度Lw=148-2hf=140mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算按肢間焊縫承受上弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算。內(nèi)力差N=91.60×15%=13.74KN,偏心距M=Ne, e=65mm, 則由公式得： f=6M2×0.7×hf2×lw2=6×13.74×103×652×0.7×5×

20、1402=51.99Nmm2 f=N2×0.7×hf2×lw=13.74×1032×0.7×5×140=18.66Nmm2 ff2+f2=51.991.222+18.662=46.52Nmm2<ffw=0.95×160=152Nmm2 可見,肢尖焊縫滿足要求。C. 上弦拼接桿的計(jì)算上弦桿件與拼接角鋼之間在接頭一側(cè)的焊縫長度為 lw'=N4×0.7×hf×ffw+2hf=91.60×1034×0.7×5×160×0.95+2

21、×5=53.04mm取60mm.則角鋼長度為L=60×2+10+10=140mm?？紤]到拼接節(jié)點(diǎn)的剛度,拼接角鋼的長度取為600mm。為了使拼接角鋼的和弦桿之間能緊貼便于施焊,需將拼接角鋼的棱角鏟去, 把豎向肢切去=t+hf+5=8+5+5=18mm，t為拼接角鋼的厚度.拼接角鋼的截面削弱,由節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。(5) 下弦節(jié)點(diǎn)”11” 圖9下弦節(jié)點(diǎn)”11”A. 下弦桿拼接焊縫計(jì)算拼接角鋼與下弦桿用相同的規(guī)格,選用L80×7,下弦桿與拼接角鋼之間的角焊縫的焊角尺寸采用hf=5mm。根據(jù)公式得下弦桿件與拼接角鋼之間在接頭一側(cè)的焊縫長度為, lw'=N4×

22、0.7×hf×ffw+2hf=Af4×0.7×hf×ffw+2hf=104.22×1034×0.7×5×160×0.95+2×5=58.97mm取145mm,拼接角鋼的長度為2lw'+10=300mm。為使拼接角鋼與弦桿之間密合,并便于是施焊,需將拼接角鋼的尖角切除,且截取垂直肢的一部分寬度=t+hf+5=8+5+5=18mm.拼接角鋼的這部削弱,可靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。B. 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按桿件內(nèi)力的15%計(jì)算,設(shè)肢背處的焊角尺寸為hf=5mm,則需要的焊縫長度為： lw

23、'=0.7N4×0.7×hf×ffw+2hf=0.7×104.22×0.15×1034×0.7×5×0.95×160+2×5=15.14mm,取滿焊即可。設(shè)肢尖處的焊角尺寸為hf=5mm,則需要的焊縫長度為： lw'=0.3N4×0.7×hf×ffw+2hf=0.3×104.22×0.15×1034×0.7×5×0.95×160+2×5=12.20mm,取滿焊即可。(6) 節(jié)點(diǎn)板在斜腹桿作用下的穩(wěn)定計(jì)算對于有豎腹桿相連的節(jié)點(diǎn)板,選取2-8桿作用下的8號(hào)節(jié)點(diǎn)板的進(jìn)行計(jì)