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1、钢屋架设计计算书一、设计资料某车间跨度为24（27、30）m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.56 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。永久荷载：改性沥青防水层0.35kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m2100厚泡沫混凝土保温层0.6kN/m2预应力混凝土大
2、型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压：0.35kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.45kN/m2积灰荷载0.75kN/m2不上人屋面活荷载0.7kN/m2二、屋架型式、尺寸、材料选择和支撑布置 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。屋架坡度l=27m，每端支座中线缩进0.15m.计算跨度l0=l20.15m=26.7m；端部高度取H0=1.95m，中部高度H=3.29m起拱按f=l0/500，取60mm. 配合大型屋面板尺寸（1.56m），采用屋架间距B=6
3、m，上弦节间尺寸1.5m。选用屋架的杆件布置和几何尺寸如图-1。 图-1 屋架尺寸三、荷载和杆件内力计算（1）屋架荷载 屋面活动荷载按雪荷载（0.40kN/m21.4）和活荷载（0.50kN/m21.4）的较大值，取0.50kN/m21.4。屋架和支撑重按（0.12+0.011L）1.2=0.384kN/m21.2；因屋架下弦无其他荷载，为方便认为屋架和支撑重全部作用于上弦节点。屋面做法和屋面板荷载按屋面倾斜面积计算，但因屋面坡度娇小（起拱后tg=1/9.6，sec=1.0054），故近似取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：改性沥青防水层 1.0050.35=0.352kN
4、/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.0050.4=0.402kN/m2100厚泡沫混凝土保温层 1.0050.6=0.603kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.0051.4=1.407kN/m2屋架和支撑自重: （0.120+0.011L）=0.417kN/m2 =3.181kN/m2可变荷载基本风压： 0.35kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.45kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2不上人屋面活荷载 0.7kN/m2 图二 屋架支撑布置 由于k=kR+kL，所以可仅建立半跨的计算模型，先计算半跨内力系数，然后利用半跨与全跨的关系求出全跨内力系数，屋架上弦左
5、半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨赶件的内力系数kL、kR、k= kL + kR按图，并已归入表中。（3）杆件内力组合 组合1全部恒、活荷载：全部恒、活荷载：F=3.1811.351.56+1.4（0.35+0.75+0.7）=61.33kN， 组合2全跨恒荷载、半跨活荷载恒荷载：F=3.1811.351.56=38.65 kN（永久荷载控制） F=3.1811.21.56=34.35 kN（可变荷载控制）活荷载：F=1.4（0.7+0.75+0.35）1.56=22.68 kN 组合3全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载：屋架和支撑重：F=1.20.4
6、171.56=4.5kN屋面板重和活荷载：F=1.21.407+1.4（0.7+0.35）1.56=28.43kN内力计算详见表-1四、杆件截面选择1、上弦杆（1）确定内力及已知条件整个上弦采用等截面，按29杆件的最大设计内力设计，即，Q235钢f=215N/mm；压杆=150；（2）上弦杆计算长度：屋架平面内（取节间轴线长度）：屋架平面外（取支撑节点间距离）：（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）,整体稳定系数按b类由于腹杆最大内力，查表，中间节点板厚度选用12mm，制作节点板厚度选用14mm设，查Q235钢稳定系数表，可得则需要的截面面积：需要的回转半径：，根据需要（A、）
7、查角钢规格表，选用20012512，肢背间距，,，（4）截面验算，因为，所以，均满足：长细比，仅求查表，则：故所选截面合适2、下弦杆（1）确定内力及已知条件整个下弦采用等截面，按最大设计内力杆件的内力值设计，即，Q235钢；（2）上弦杆计算长度：屋架平面内（取节间轴线长度）：屋架平面外（取支撑节点间距离）：（3）截面选择所需截面面积：根据需要（A、）查角钢规格表，选用 18011212，肢背间距，（，,，）（4）截面验算，求：故不考虑截面削弱,所选截面合适3、端斜杆3（1）杆件轴力：（2）上弦杆计算长度：（3）截面选择，选用两个不等肢角钢，长肢相并（如图所示）,使。选用1409010，肢背间距
8、，,，（4）截面验算，因为，所以，仅求查表，则：故所选截面合适4、腹杆26、28（1）杆件轴力：杆件26 ： 最大拉力：最大压力： 杆件28： 最大拉力：最大压力：（2）计算长度屋架平面内：屋架平面外：（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）,整体稳定系数按b类选用2705，（，,，）（4）截面验算，仅求查表，则： 拉应力：故所选截面合适5、竖杆23（1）杆件内力：，Q235钢f=215N/mm；压杆=150；（2）上弦杆计算长度：屋架平面内：屋架平面外：（3）截面选择选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）,整体稳定系数按b类因杆件内力较小，取，根据需要（A、）查角钢规格表，选
9、用2635，,，（4）截面验算，仅求查表，则：故所选截面合适其余各杆件的截面选择过程不再一 一列出详见表1-2五、焊缝计算节点处杆件焊缝计算见后附腹杆焊缝计算表。焊缝最小构造尺寸用580mm。下弦杆焊缝计算表为下弦杆焊缝计算表。由腹杆焊缝要求确定的节点板宽度较大，故下弦杆hf均用构造最小值5mm（一般节点）或6mm（端节点和中央拼接接点），表列lw为满足计算的最低要求。上弦杆角钢尖焊缝计算表为上弦杆焊缝计算表。先画节点图，按腹杆焊缝要求确定节点板宽度l填入表中，再按此求出相应需要的hf2；但中央拼接接点的l比构造要求略予放大，使求得的hf2太大。上弦节点A、C、E、G的N=0，表中不列，焊缝按
10、构造确定（hf2=5mm满焊）。上弦杆角钢背槽焊缝按两条hf2=t/2=5mm角焊缝承受上弦节点荷载考虑，强度十分富裕，故计算书不再列出。六、节点设计节点设计的任务是根据杆件间隙的要求和焊缝要求，画1/21/5比例尺节点图，以确定杆端切断点位置和节点板尺寸，并将结果抄入屋架施工图中。由于所有焊缝尺寸已在附表中确定，一般节点可直接按此画图；只有下弦、上弦中央拼接节点和支座节点需作补充计算，如下：（1） 下弦拼接节点i下弦杆为18011012，拼接角钢用相同规格。角钢t=10mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，用hf=t-2=8mm。焊缝按等强度设计：N=6742.4215=1449.6103 lw=N
11、/(40.7hfffw)= 1449.6103/(40.78160)=404mm采用拼接角钢半长420mm，扣除半焊缝4mm和正反面焊口各8mm，焊缝计算长度为纵向404mm，考虑斜向后约406mm 404mm，略有富裕。拼接角钢水平肢宽180mm，故采用斜切，尺寸见图。安装螺栓位置考虑连横向水平支撑时可应用，其与斜切边的边距经检查足够。拼接角钢竖肢原宽110mm，为焊缝需切肢：=t+hf+5=12+8+5=25mm实用=30mm，切肢后剩余高度h-=80mm，端部采用直切。因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。（2）上弦拼接节点I：上弦杆起拼后坡度为1/9.6，截面为 20012512，端部取
12、直切；拼接角钢采用相同规格，热弯型。角钢t=10mm，角焊缝用hf=t-2=8mm，按轴心受压等强度设计： N=Af=0.7877582.4215=1282.9103N lw=N/(40.7hfftw)= 1282.9103 / (40.710160)=276.0mm采用拼接角钢半长300mm，扣除上口半缝隙13mm（下口半缝隙5mm，上口5+125/9.618mm）和焊口10mm后，焊缝计算长度为277mm276mm，略有富裕。拼接角钢水平肢宽200mm，但考虑在较长范围内开设横向水平支撑连接螺栓孔的需要，只能采用直切。拼接角钢竖肢原宽125mm，为焊缝需切肢： =t+hf+5=12+8+5
13、=25mm实用=25mm，切肢后剩余高度h-=100mm，端部采用直切。因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。（3）支座节点1为便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取。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。1、支座底板的计算支座反力：设支座底板平面尺寸采用，如仅考虑有加劲肋的底板部分承受支座反力，则承压面积为。验算柱顶混凝土的抗压强度：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板分为四块，每块尺寸为：，均为两相邻边支承而另两相邻边自由，每块板的单位宽度的最大弯矩：其中：，由，查表得则单位宽度的最大弯矩：底板厚度：，取2、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计算相似。偏于安全，取加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即： 则焊缝内力为：，设焊缝，焊缝计算长度：则焊缝应力：3、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝的计算设焊缝传递全部支座反力，其中每块加劲肋各传递，节点板传递节点板、加劲肋与底板的连接焊缝长度：所需焊脚尺寸：，取每块加劲肋与底板的连接焊缝长度：改取（4）、下衔节点4各杆的内力由计算表查得用E43焊条时。角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值。设5杆的肢背和肢尖焊缝分别为8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：肢背：，加2后取23cm肢尖：，加
