(整理)鋼屋架設計計算

精品文檔精品文檔鋼結構課程設計學院工程技術學院班級土木0812姓名郭若男學號成績指導老師吳開微2011年12月1日

鋼屋架設計計算一、設計資料某單跨單層廠房，跨度L=24m，長度54m，柱距6m,廠房內無吊車、無振動設備，屋架鉸接于混凝土柱上，屋面采用1.5X6.0m太空輕質大型屋面板。鋼材采用Q235-BF,焊條采用E43型，手工焊。柱網布置如圖1所示，二、屋架布置及幾何尺寸屋架幾何尺寸圖屋架計算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mmo二、支撐布置XXL^XXXX^XXXX^XXXXXX』TT』TT三、荷載計算1、荷載0.534KN/H20.534KN/H20.15KN/n?0.1KN/n?0.05kN/m2大型屋面板屋架及支撐自重防水層懸掛管道小計工0.834KN/m?可變荷載活載0.56KN/n?以上荷載計算中，因屋面坡度較小，風荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。永久荷載設計值：1.2X0.834=1.0008kN/m?可變荷載設計值：1.4X0.56=0.784kN/m?2、荷載組合設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P=(1.0008+0.784)X1.5X6=16.0632kN全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：P=1.0008X1.5X6=9.0072kNP=0.784X1.5X6=7.056kN12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生的節(jié)點荷載：P3=1.2X0.15X1.5X6=1.62kN作用于半跨的屋面板及活載產生的節(jié)點荷載：取屋面可能出現的活載P=(1.2X0.534+1.4X0.56)X1.5X6=12.8232kN4以上1),2)為使用階段荷載組合;3)為施工階段荷載組合。四、內力計算按力學求解器計算桿件內力，然后乘以實際的節(jié)點荷載，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力均達到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內力可能達到最大或發(fā)生變號，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內力均應計算，而在半跨荷載作用下，僅需計算近跨中的斜腹桿內力，取其中不利內力(正、負最大值)作為屋架的依據。具體計算見圖屋架各桿內力組合見表。

12245670全跨荷載內力圖右半跨荷載內力圖

內力計算表表1桿件名稱桿內力系數全跨永久荷載+全跨可變荷載P=17.53kNN=Px③全跨永久荷載+半跨可變荷載Pi=8.96kNP2=8.57kNN左=P1x③+P2x①N右=P1x③+P2x②全跨屋架支撐+半跨屋面板+半跨可變荷載P3=1.62kNP4=14.29kNN左=P3x③+P4x①N右=P3x③+P4x②計算內力KNP=1在左半跨在右半跨全跨①②③上10-11000000011-13-6.25-2.48-8.73-153.04-131.82-99.46-103.51-49.53-153.04弦桿13-15-9.04-4.49-13.52-237.07-198.63-159.65-151.05-86.02-237.0715-17-9.15-6.08-15.23-266.96-214.91-188.55-155.47-111.49-266.9617-18-7.36-7.36-14.72-258.14-195.06-195.06-129.07-129.07-258.141-23.491.254.7483.0872.3753.1957.5425.5483.08卜弦桿2-3&003.5311.52202.04171.84133.50132.9969.05202.043-49.325.3014.62256.34210.95176.45156.9499.39256.344-58.428.7217.13300.36225.68228.25148.04152.32300.36斜腹桿1-11-6.53-2.34-8.87-155.54-135.49-99.58-107.73-47.82-155.5411-24.692.116.80119.20101.1079.0478.0041.20119.202-13-3.40-2.03-5.42-95.09-77.71-66.01-57.31-37.79-95.0913-31.881.793.6764.4049.0548.2732.8531.5564.403-15-0.70-1.80-2.50-43.76-28.35-37.79-14.01-29.75-43.7615-4-0.461.561.1019.305.9623.21-4.7324.0424.044-171.55-1.520.030.4913.53-12.7922.20-21.7122.2017-5-2.471.38-1.10-19.22-31.021.98-37.1317.92-37.13豎桿1-10-0.500.00-0.50-8.77-8.77-4.48-7.96-0.81-8.772-12-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.533-14-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.534-16-1.000.00-1.00-17.53-17.53-8.96-15.91-1.62-17.535-180.980.981.9734.4726.0526.0517.2317.2334.47五、桿件截面設計1、上弦桿截面計算整個上弦桿采用同一截面，按最大內力計算N=-266.96kN（壓力），查《鋼結構設計手冊》節(jié)點板厚度選用6mm,支座節(jié)點板厚度選用8mm。計算長度屋架平面內取節(jié)間軸線長度l二150.8cm0x屋架平面外根據支撐和內力變化取l二2x150.8二301.6cm0y因為21二l，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所示。0x0y精品文檔x精品文檔x精品文檔精品文檔xA匚y圖1xA匚y圖1上弦截面設九=90，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表?=0.621需要截面積=2000mm2A二、二266?96%103=2000mm2M0.621x215需要回轉半徑l1508i=-0^=x九90l30160y=九90=3.351cm根據需要的A、i、i，查角鋼型鋼表，選用2L90x56x8,A=22.4c,i=2.28cm,i=xyxy4.39cm。按所選角鋼進行驗算九=l.i=150.82.28=66，九=l.i=301.64.39=69x0xxy0y*y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九＞九只需求出*=*yxminy，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，*y=0.757N=266.96x103=0.757x2240y=157N/mm2<f=215N/mm2所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內力計算，N=300.36kN（拉力）計算長度屋架平面內取節(jié)間軸線長度l0x=300Cm屋架平面外根據支撐布置取10y=600Cm計算需要凈截面面積N300.36x103A==nf215=1397mm2選用2L90x56x5（短肢相并）,見圖2所示，A=14.42c,i=2.22cm,i=4.32cmxy按所選角鋼進行截面驗算，取A=A。n精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔xxy圖2下弦截面N_300.36xN_300.36x103a所選截面滿足要求。3、斜桿截面計算①斜桿1-11N=-155.5kN（壓力），l0x=l0y=l=254.3cm因為i0x=i0y,故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix=iy圖3斜桿1-11截面X=Lox==135.1<[九]=350X=-0y==138.9<[九]=350i2.22i4.32xy_208.3N/mm2<f_215N/mm2TOC\o"1-5"\h\zl254.3X_分__111-5<[X]_150屬于b類截面xi2.28xl254.3X_-0y__58<[X]_150屬于b類截面yi4.39y滿足長細比：[X]_150的要求。由于X>x只需求出9min_9由于X>x只需求出9minNb_—9ax155.5x1030.464x2240_150N/mm2<f_215N/mm2所選截面合適。②斜桿11-2N=119.20kN（拉力）,l0=0.8l=209.3cm,l0=1=261.6cm0x0y計算需要凈截面面積人N119.20x103A===554.4mm2nf215選用2L40x5，見圖4所示，A=7.58c,i=1.21cm,i=1.90cmxy7圖7圖4斜桿11-2截面驗算：■0x209.31.21二173<■0x209.31.21二173<［九］二350九y=T=需=138<氏］=350yN_119.20x103a758___157N/mm2<f_215N/mm2所選截面滿足要求。Q斜桿2-13N=-95.1kN（壓力），l0x=2302mml0y=l=2878mm計算需要凈截面面積A_A_N_95」x103nf215_442.3mm2選用2」56x8'見圖5所示，A=1674mm2，ix=1.68cm，iy=2.60cm精品文檔精品文檔x精品文檔x精品文檔圖5圖5斜桿2-13截面l230.2九二_0x二二137<［九］二150屬于b類截面xi1.68xl287.8九=嚴==111<［九］=150屬于b類截面yi2.60y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九>由于九>九y只需求出9min—9，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9—0.357xx95.1x1095.1x1030.357x1674圖6斜桿13-3截面二159N/mm2<f二215N/mm2所選截面合適。Q斜桿13-3.N=64.39kN（拉力），l0=0.8l=229.4cm,l0=l=286.7cm0x0y計算需要凈截面面積=229.5mm2N64.39x103=229.5mm2A二=—nf215選用2L25x4，見圖6所示，A=3.72c,i=0.74cm,i=1.30cmxy驗算：■0X229.40.74二310<［九］二■0X229.40.74二310<［九］二350九286.71.30=221<［九］=350N64.39x103a372=173.1N/mm2<f=215N/mm2精品文檔精品文檔精品文檔所選截面滿足要求。Q斜桿3-15N=-43.76kN（壓力），l0x=251.0cml0y=l=313.8cm選用2l_63x4，見圖7所示，A=9.96c,i=1.96cm,i=2.80cmxy圖7斜桿3-15截面TOC\o"1-5"\h\zl251.0九=分==128<［九］=150屬于b類截面xi1.96xl313.8九=_0y==112<［九］=150屬于b類截面yi2.80y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九＞九只需求出甲=申，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9=0.397xyminxx0.397^996=110.5“/呦2<f=215N/m2所選截面合適。Q斜桿15-4N=24?03kN（拉力），l0x=0?81=2502mm，l0y=1=3127cm計算需要凈截面面積人N24.03x103“c「A===203.5mm2nf215圖8圖8斜桿15-4截面選用2L30x3,驗算：精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔九-Lxxi250.2l312.7——275<［九］—350九一-°^——213<［九］—3500.91yi1.47y-24.03%103=69N/mm2<f=215N/mm2350所選截面滿足要求。Q斜桿4-1N=22.20kN（拉力），l0x=272.4cml0y=l=340.5cmN22.20%103A———nf215—103.3mm2選用2」4%5'見圖9所示，A=7.58c川,i；=1.21cm,i；MOcmxx圖9斜桿4-17截面TOC\o"1-5"\h\zl272.4九—-Ox——225<［九］—350xi1.21xl340.5九一--179<［九］-350yi1.90y滿足長細比：［九］-350的要求?！?9.3N/mm2<f—215—29.3N/mm2<f—215N/mm2（y——A758驗算受拉時截面是否滿足N=-21.71kN（壓力）由于九>九只需求出甲-Q，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9—0.150xyminxxN21.71%103y---191N/mm2<f—215N/mm29A0.150x758x所選截面合適。Q斜桿17-5N=-37.13kN（壓力），l0x=271.4cml0y=l=339.3cm選用2L63x4，見圖10所示，A=9.96c,i=1.96cm,i=2.80cmxy

圖10圖10斜桿17-5截面驗算l271.4=T=T96=138“］=150TOC\o"1-5"\h\zl339.3=-°y==121<［九］=150i2.80甲二0.353xy甲二0.353x由于九＞九只需求出9=9，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表,xyminxNO=NO=9Ax37.13X1030.353x996=105.6N/mm2<f=215N/mm2所選截面合適。4、豎桿截面計算Q邊豎桿1-10N=-8.77kN（壓力），,l0x=l0y=l=200.00cm選用2l_45x3,,A=5.32c,i=1.40cm,i=2.06cmxy九=.==143＜［九］=150屬于b類截面xi1.40xl200.00九=嚴==97＜［九］=150屬于b類截面yi2.06y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九八只需求出9=9，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9=0.3338.77x1030.3338.77x1030.333x532=50N/mm2<f=215N/mm2所選截面合適。Q豎桿2-12N=-17.53kN（壓力），,l0x=1840mml0y=2300mm選用2L45x3,A=5.32cm2,i=1.40cm,i=2.06cmxy九=仃=孚<=131<［九］=150屬于b類截面xi1.40

l230九=嚴==112<［九］=150屬于b類截面yi2.06y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九>九只需求出甲=申，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9二0.39217.53x1030.39217.53x1030.392x532二84N/mm2<f二215N/mm2所選截面合適。Q豎桿3-14N=-17.53kN（壓力），l0x=2080mml0y=2600mm選用2L45x3,A=5.32citf,i=1.40cm,i=2.06cmxyl208九二嚴二二149<［九］二150屬于b類截面xi1.40x=-0y==126<［九］=150屬于b類截面yi2.06y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九八只需求出9=9，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9二0.311xyminxxN17.53x103b=二一.二106N/mm2<f二215N/mm2所選截面合適。9A0.311x532xQ豎桿4-16N=-17.53kN（壓力）,l0x=2320mml0y=2900mm選用2l_56x3,A=6.68citf,i=1.75cm,i=2.49cmxyl232九=分==133<［九］=150屬于b類截面xi1.75x九===116<［九］=150屬于b類截面yi2.49y滿足長細比：［九］=150的要求。由于九>九只需求出9=9，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數表，9=0.374xyminxxTlT-1rUC1Z~\b=——=.X3=70.2N/mm2<f=215N/mm2所選截面合適。9A0.374x668xQ豎桿5-18N=34.47kN（拉力），l0x=2560mml0y=3200mm=160mm2A=N=34?47x103nf215=160mm2選用2l_45x3,A=5.32citf,i=1.40cm,i=2.06cmxy九=^0x==183<［九］=350xi1.40xl320九=-0y==155<［九］=350yi2.06y滿足長細比：［九］=350的要求。Nb=二A34.47x10353265N/mm2<f=215N/mm2所選截面合適。屋架桿件一覽表LU--徑半轉回no容許長細比數血系％om11入6962-S6-301并8目X短L1222Q-96501±一-刃1±0600并5相X短L122222931±503-820斜腹桿455-45252并8目X附56長0XL1222822921±501±6440501±-9920162J81±21±O1±1±503-刃1±9O9-03282J41±81±O2371±501±刃30951±-3-394226782J37O3503-1111花4-152831±3J69961±O&2821±501±973051±0523230J5031±71±527503-69340LXJ81±21±O1±522503-1191±33-to3933LXJ69961±O&283501±35301±-豎桿77-O2200形心字十235620.1±501±333050-35-O841±032形心字十235620.501±293088-35-O602形心字十235620.1±501±1±-35-**形心"L56一2866■331±501±2-6052O203形心字十235620.381±503-56-六、節(jié)點設計重點設計“1”、“2”、“11”、“18”“5”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設計類同。1．下弦2節(jié)點這類節(jié)點的設計步驟是：先根據腹桿的內力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw。然后根據lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用E43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值fw=160N/m川，實際所需的焊腳尺寸可由t構造確定。(1)11-2桿的內力N=157KN，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=5mm,所需要的焊縫長度為：l=40mmw3N=0.7h工l0fw=0.7x5x40x2x1.22x160=54656N3fw3ff肢背lw10.7N-N/23—2x0.7hfw0.7x157x103-54656/22x0.7x5x160+12=85.7mm，取150mm肢尖lw取80mmXN-N3/2=0.3x157x103-54656/2*12=29.7mm,2x0.7hfw2x0.7x5x160肢尖lw取80mm（2）2-13桿的內力N=159KN，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=8mm,所需要的焊縫長度為:/=56mmw3N=0.7h工/0fw=0.7x8x56x2x1.22x160=122430N3fw3ff因為2k2N二2x0.3x159x103二95400N<N3，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。肢背lw0.7N2x0.7hfw0.7x159x103+16=79mm，2x0.7x8x160取150mm肢尖lw0.3x159x1032x0.7x8x160*16=43mm取80mm（4）豎桿2-12桿的內力N=-84KN，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構造確定取hf=3mm。所需要的焊縫長度為：l=45mmw3N=0.7h工l0fw=0.7x3x45x2x1.22x160=36892N3fw3ff肢背lw肢尖lw取150mm取80mm0.7N-N/20.7x84x103肢背lw肢尖lw取150mm取80mm3=+12=72mm2x0.7hfw2x0.7x3x160ff0.3N-N/20.3x84x103-36892/23=+12=22mm，2x0.7hfw2x0.7x3x160（4）下弦桿焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內力之差。AN=256-83=173kN肢背焊縫驗算，hf=8mm,0.75x173x103tf==8N/mm2V160N/mm2焊縫強度滿足要求。f2x0.7x8x10x160根據節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為310x360，節(jié)點圖如下圖所示。精品文檔精品文檔桿件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)11-2562mm取100mm520mm取60mm2-13854mm取100mm832mm取60mm13-3448mm取100mm419mm取60mm3-15451mm取100mm431mm取60mm15-4341mm取100mm327mm取60mm4-17530mm取60mm522mm取60mm17-5445mm取60mm429mm取60mm2.上弦11節(jié)點：11-2桿節(jié)點板連接的焊縫計算與下弦節(jié)點2中11-2桿計算相同。1-11桿N=-155.55kN,采用三面圍焊，設肢背和肢尖hf=8mm,下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸下弦節(jié)點各桿肢尖、肢背尺寸N=0.7h工l0fw=0.7x8x56x2x1.22x160=122430N3fw3ff因為2k2N=2x0?35x156x103二108878N<N3,所以按兩面?zhèn)群缚p計算。0.65x0.65x156x103lw1=2x0.7x8x160+16=73'取lw1=15°mm0.35x0.35x156x103lw2=2x0.7x8x160+16=47，取12=80mw2上弦節(jié)點各桿肢尖、肢'背尺寸桿件hf(mm)肢背(mm)hf(mm)肢尖(mm)1-11873mm取150mm847mm取80mm11-2586mm取150mm554mm取80mm2-13851mm取100mm835mm取60mm13-3463mm取100mm442mm取60mm3-15448mm取100mm434mm取60mm15-4340mm取100mm329mm取60mm4-17529mm取60mm523mm取60mm17-5443mm取100mm431mm取60mm考慮擱置檁條，節(jié)點板縮進上弦肢背7mm,用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計算精品文檔h二t/2二8/2二4mm,P=17.6kN。節(jié)點板尺寸為285x417設肢尖焊縫hf=4mm,假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。肢背焊縫驗算：<(KAN)2+(P/2x1.22)2'(0.75x173)2+(17.6/2x1.22)2T=丄=/2x0.7hl2x0.7x4x407fw=57N/mm2<0.8fw=0.8x160=128N/mm2肢尖焊縫驗算：j'(KAN)2+(P/2x1.22)2.'(0.25x173)2+(17.6/2x1.22)2T=2="f2x0.7hl2x0.7x4x407fw=19N/mm2<0.8fw=0.8x160=128N/mm2節(jié)點圖如下圖所示。3、屋脊18節(jié)點弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，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)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內力計算。設5-18桿與節(jié)點板的焊縫尺寸為：肢背hf=6mm,Iw1=(0.65x17.6x103)/(2x0.7x6x160)+16=25mm,取l.=40mm，w1肢尖hf=6mm,lw2=(0.35x17.6x103)/(2x0.7x6x160)+16=21mm。取lw2=40mm。設焊縫高度hf=6mm,則所需要焊縫計算長度為：l=(258x103)/(4x0.7x6x160)+16=112mm。取l=210mm。拼接角鋼長度600mm>2x210=420mm。w上弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷載，驗算略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內力的15%計算，設肢尖焊縫hf=6mm,節(jié)點板長度為470mm,節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為lw=470/2-5-10=220mm,焊縫應力為：TfN=(0.15x258x103)/(2x0.7x6x220)=21N/mm2,OfM=(0.15x258x103x55x6)/(2x0.7x6x2202)=32N/mm2,心卡=(212+(32/1.22)2=34kN/mm2li—+T2V160kN/mm2中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=17.6KN此桿內力較小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊縫尺寸精品文檔hf=6mm,焊縫長度1>50mm,節(jié)點圖如下圖所示。fW#七二/工已丿4、下弦跨中5節(jié)點設計下弦接頭設于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2^160x100x10,焊縫高度hf=8mm,焊縫長度為：1=(300x103)/(4x0.7x8x160)+16=100m,取1=210mmWW連接角鋼長度1=2x210+10=430mm,取1=430mmww下弦桿與節(jié)點板，斜桿與節(jié)點板之間的連接焊縫按構造設計。弦桿與節(jié)點板連接焊計算：按下弦桿內力的15%計算。N=300x15%=45KN設肢背、肢尖焊肢尺寸為8mm,弦桿一側需焊縫長度為肢背1w=(0.75x45x103)/(2x0.7x8x160)+16=35mm,取80mm,