2022年钢结构屋架设计计算书 .pdf

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1、1.设计资料某车间厂房总长度约为108米, 跨度为 18m 。 车间设有两台 30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房, 屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为 1：3，屋架间距为 6m,屋架下弦标高为 9 米，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为 400mm 400mm , 混泥土强度等级为C20 。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面， C型檩条，檩距为 2.1 米。结构的重要度系数为0= 1.0，屋面的恒荷载的标准值为 0.5 kN m2?。屋面的活荷载为0 .2 kN m2?，雪荷载为 0.35 kN m2?，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均

2、匀分布状况。屋架采用Q235B ，焊条采用 E43型。2.屋架形式及几何尺寸屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为 = arctan13=1826, 檩距为 1.866m。图 1 屋架形式和几何尺寸3.支撑的布置上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑， 在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图2。图 2 支撑的布置图4.檩条布置檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m ，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条

3、和撑杆。5.荷载标准值上弦节点恒荷载标准值P1= 0.5 1.8666 310= 0.5 1.776 = 5.31kN上弦节点雪荷载标准值P2= 0.35 1.8666 310= 0.35 1.776 = 3.72kN由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3图 3 上弦节点恒荷载由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4图 4 上弦节点雪荷载6.内力组合内力组合见表 1屋架杆件内力组合表表1杆件名称杆件编号恒荷载及雪荷载半跨雪荷载内力组合最不利荷载（kN）内力系数恒载内力（kN）雪载内力（kN）内力系数半跨雪载内力（kN）恒+雪（kN）恒+半跨雪（kN）123452+32+5上1-2名师资料总结 - -

4、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 弦杆2-33-44-55-6下弦杆1-77-88-9129-1010-119竖直腹杆2-700 0 00 0 0 0 3-84-9115-106-1142斜腹杆2-83-94-105-117.截面的选择屋架杆件的选择验算表表-28.节点设计杆件焊缝尺寸的计算屋架杆件的焊缝计算表-3杆件名称杆件编号截面规格（mm ）杆件内力（kN）肢背焊缝尺寸hf1(mm )肢背焊角长度lw(mm )肢尖焊角尺寸hf2

5、(mm )肢尖焊缝长度lw(mm )上弦杆1-22L90X8 6100660下弦杆1-72L80X7 6100660竖腹杆2-7L56X4 0 5404403-8L56X4 5404404-92L56X4 5404405-102L56X4 5404406-112L56X4 540440斜腹杆2-8L56X4 5404403-92L56X4 5404404-102L56X4 5404405-112L56X4 540440注：表中焊缝的计算长度lw= lw+ 2hf。 lw不小于8hf和 40mm 其中较小值。形心距离的确定屋架各杆件的角钢背面的距离Z0如图表 -4，表中Z0为杆件重心线至角钢背面

6、的距离。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 屋架各杆件的角钢背面的距离Z0表-4杆件名称杆件截面重心距离Z0(mm )轴线距离Z0(mm )备注上弦杆2L90X8 25下弦杆2L80X7 25腹杆2-7L56X4 153-8L56X4 154-92L56X4 155-102L56X4 156-112L56X4 152-8L56X4 153-92L56X4 15.3154-102L56X4 155-112L56X4 1

7、58.3 节点的设计8.3.1支座节点图 5 支座节点” 1”(1) 上弦杆的节点连接计算A.支座底板的计算支座反力R = 5P= 5 11.58KN= 57.90KN设 a,b 取 12cm,则a1= 212 = 16.9cm ,b1=a12= 8.45cm底板的承压面积A= 24 24 - 22- 2 4 5 = 523cm2底板下的应力q =RAn=57.90103523102= 1.11N mm2? cfc= 24024052300= 8N / mm2底板的最大弯矩M= qa12 , 由于b1a1?= 0.5,取 = 0.06, 则M= 0.06 1.111692= 1902.16N

8、?mm支座厚度t = 6Mf= 61902.16204.25= 7.47mm ,取 12mmB.加劲肋计算加劲肋厚度取与节点相同。加劲肋与节点板的连接焊缝的计算：假定一块加劲肋承受屋架支座反力的四分之一, 即1457.90 = 14.48kN焊缝受剪力V = 14.48kN, 弯矩M = 14.48 2404= 868.80kN?mm , 设焊缝hf= 5mm , 焊缝计算长度：lw= 216- 202- 2hf= 216 - 40- 10 = 166mm由焊缝的应力公式得名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

9、整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - (V20.7 hflw)2+ (6M2 0.7 fhflw2)2 =(14.4810320.7 5166)2+ (6868.8010320.7 1.2251662)2 =N mm2?ffw= 160N mm2?C.支座底板的连接焊缝假定焊缝传递全部支座反力R= 57.90kN,设焊缝hf= 5mm , 支座底板的连接焊缝的长度为：Lw= 2 (240- 2hf) + 4 (120 - 5 - 10 - 2hf) =2 (240- 2 8)+ 4(120- 5 - 10 - 2 8) =804mm由公式

10、得 ,f=R0.7fhf Lw=57.901030.7 1.228804= 10.54mm ffw= 0.95160 = 152N mm2?, 满足要求。D.上弦杆与节点板的连接焊缝上弦杆与节点板的连接焊缝: 节点板与上弦角钢肢背采用槽焊缝连接, 假定槽焊缝只承受屋面的集中荷载P= 11.58kN. 节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接, 承担上弦的内力差 ?N 。节点 1 的槽焊缝hf1= 0.5t1= 5mm , 其中t1为节点板的厚度Lw= 650 - 2hf= 650 - 2 5 = 640mm由公式f=P2 0.7hf1lw=11.5810320.7 5 640= 2.58N mm

11、2? ffw= 0.95160 = 152N mm2?, 可见塞焊缝一般不控制 , 仅需验算肢尖焊缝。角钢肢尖角焊缝的焊角尺寸hf2= 5mm , 计算长度Lw= 650 - 2hf= 640mm上弦杆的内力差 N=,偏心距M= Ne, e = 65mm , 则由公式得 ,f=6M20.7hf2lw2=6 164.781036520.756402= 22.41N mm2?f=N20.7hf2lw=164.781032 0.7 5 640= 36.48N mm2?他(ff)2+ f2=(22.411.22)2+ 36.48 = 41.12N mm2? ffw= 0.95160 =152N mm2

12、?可见, 肢尖焊缝满足要求。(2) 上弦弦间节点板的计算为便于上弦节点搁置屋面板, 节点板的上边缘缩进肢背10mm ，采用塞焊缝，按 2 条角焊缝计算。计算时可略去屋架上弦坡度的影响, 而假定集中荷载与上弦垂直。对于上弦节点” 5”图 6 上弦节点” 5”A.上弦杆肢背与节点板的连接焊缝节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接, 假定塞焊缝只承受屋面的集中荷载P=11.58kN 。节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接, 承担上弦的内力差 ?N 。节点 1的槽焊缝 hf1= 0.5t1= 4mm , 其中t1为节点板的厚度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

13、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - Lw= 225 - 2hf= 225 - 2 4 = 217mm由公式f=P2 0.7hf1lw=11.5810320.7 4217= 9.1N mm2? ffw= 0.95160= 152N mm2?可见塞焊缝一般不控制。B.上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝角焊缝的焊角尺寸 hf2= 5mm , 计算长度Lw= 225 - 2hf= 217mm上弦杆的内力差 N=,偏心距M= Ne, e = 65mm , 则由公式得 ,f=6M20.7hf2lw2=6 18

14、.291036520.752172= 21.64N mm2?f=N20.7hf2lw=18.291032 0.7 5 217= 12.04N mm2?(ff)2+ f2=(21.641.22)2+ 12.042= 21.44N mm2? ffw= 0.95 160 =152N mm2?可见, 肢尖焊缝满足要求。对于其他 2,3,4,5上弦节点 , 由于节点板的尺寸长均不小于5 号节点 , 而其所受的节点集中力和弦杆轴向内力差都相等, 故其余上弦节点只要在上弦杆的肢背和肢间处采用满焊即可。(3) 下弦节点” 10”图 7 下弦节点” 10”A.下弦杆与节点板的连接焊缝下弦与节点板连接的焊缝长度为

15、300mm,hf= 5mm , 内力差 N=受力较大的肢背处焊缝应力为f=0.717.37 10320.7 5(300- 10)= 5.98N mm2? ffw= 160N mm2?故按构造满焊即可。由于下弦节点 7,8,9 的节点板尺寸长均不小于 10 号节点板 , 故其所受的弦杆轴向力内力差都相等 , 故其余上弦节点只要在上弦杆的肢背和肢间处采用满焊即可。(4) 上弦节点” 6”图 8 上弦节点” 6”A.上弦杆肢背与节点板的连接焊缝上弦杆与节点板的连接焊缝: 节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接, 假定塞焊缝只承受屋面的集中荷载P= 11.58kN 。节点 1 的塞焊缝 hf1= 0.5t

16、1= 4mm , 其中t1为节点板的厚度。Lw= 148 - 2hf= 148 - 2 4 = 140mm由公式f=P2 0.7hf1lw=11.5810320.7 4140= 14.77N mm2? ffw= 0.95160=152N mm2?,可见塞焊缝一般不控制。B.上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝肢尖角焊缝的焊角尺寸hf2= 5mm, 计算长度Lw= 148- 2hf= 140mm上弦杆与节点板的连接焊缝计算按肢间焊缝承受上弦杆内力的15% 计算。内力差N =名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -

17、- - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 91.60 15%= 13.74KN,偏心距M= Ne , e = 65mm , 则由公式得：f=6M20.7hf2lw2=6 13.741036520.751402= 51.99N mm2?f=N20.7hf2lw=13.741032 0.7 5 140= 18.66N mm2?(ff)2+ f2=(51.991.22)2+ 18.662= 46.52N mm2? ffw= 0.95 160 =152N mm2?可见, 肢尖焊缝满足要求。C.上弦拼接杆的计算上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为lw=N

18、40.7hf ffw+ 2hf=91.601034 0.7 5 1600.95+ 2 5 = 53.04mm取 60mm. 则角钢长度为L = 60 2 + 10 + 10 = 140mm 。考虑到拼接节点的刚度, 拼接角钢的长度取为600mm 。为了使拼接角钢的和弦杆之间能紧贴便于施焊, 需将拼接角钢的棱角铲去 , 把竖向肢切去 ?= t + hf+ 5 = 8 + 5+ 5 = 18mm ， t 为拼接角钢的厚度 . 拼接角钢的截面削弱 , 由节点板来补偿。(5) 下弦节点” 11”图 9 下弦节点” 11”A.下弦杆拼接焊缝计算拼接角钢与下弦杆用相同的规格, 选用L80 7, 下弦杆与拼

19、接角钢之间的角焊缝的焊角尺寸采用 hf= 5mm 。根据公式得下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为,lw=N4 0.7hfffw+ 2hf=Af4 0.7 hfffw+ 2hf=104.221034 0.7 5 1600.95+ 2 5 = 58.97mm取 145mm, 拼接角钢的长度为2lw+ 10 = 300mm 。为使拼接角钢与弦杆之间密合, 并便于是施焊 , 需将拼接角钢的尖角切除 , 且截取垂直肢的一部分宽度 ?= t + hf+ 5 = 8 + 5 + 5 = 18mm . 拼接角钢的这部削弱 , 可靠节点板来补偿。B.下弦杆与节点板的连接焊缝按杆件内力的 15% 计算,

20、 设肢背处的焊角尺寸为 hf=5mm, 则需要的焊缝长度为：lw=0.7N40.7hf ffw+ 2hf=0.7104.220.15 10340.750.95160+ 2 5 = 15.14mm ,取满焊即可。设肢尖处的焊角尺寸为hf=5mm, 则需要的焊缝长度为：lw=0.3N40.7hf ffw+ 2hf=0.3104.220.15 10340.750.95160+ 2 5 = 12.20mm ,取满焊即可。(6) 节点板在斜腹杆作用下的稳定计算对于有竖腹杆相连的节点板, 选取 2-8 杆作用下的 8 号节点板的进行计算。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

21、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 图 10 节点稳定计算中c 值ct=1058= 13.12 15235/ fy= 15可不进行稳定计算。其中,c 为受压腹杆 2-8 连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离。由于 8 号节点板中斜腹杆的c 值是最大的 , 而 t 值都相等 , 故其他节点板的稳定性不需计算。(7) 节点板的强度计算选取 5-11 杆的作用下 5 号节点板进行计算。图 11 节点有效宽度“5”节点 5-11 杆的内力 P=,板件的有效宽度be=114mm, 板件的

22、厚度 t=8mm, =Nbet=28.951031148= 31.74N mm2? ? = 235N mm2?故节点板的强度满足要求。因为其他节点板的均小于此值, 故其他节点板的强度满足要求。(8) 填板的计算杆件中填板数量表-5杆件名称杆件编号杆件长度（mm ）i( 回转半径 ) （cm）填板最大间距节点间填板个数填板间距（mm ）拉杆压杆80 i（ cm）40 i (cm)上弦杆1-2186626002-3186626003-4186626004-5186626005-618662600下弦杆1-7177026007-8177026008-9177026009-1017702.46260010-1117702600竖腹杆2-73-84-9177026005-10236028006-1129503700斜腹杆2-83-9212727004-10250336005-1129504600注：每节间不应少于两个填板。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -