21m跨度90m长厂房钢屋架设计计算书

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1、目录目录1 1、设计资料、设计资料 .1 1 2 2、屋架尺寸及结构形式与选型、屋架尺寸及结构形式与选型 .2 23 3、檩条设计、檩条设计 .2 23.13.1、檩条布置、檩条布置 .3 33.23.2、刚度验算、刚度验算 .4 44 4、屋架的内力计算屋架的内力计算 .5 55 5、杆件设计、杆件设计 .7 75.15.1、上弦杆、上弦杆 .7 75.25.2、下弦杆、下弦杆 .8 85.35.3、斜腹杆、斜腹杆 .1010六、节点设计六、节点设计 .11116.16.1、屋脊节点、屋脊节点 G G.11116.26.2、下弦节点、下弦节点 C C.13136.36.3、上弦节点、上弦节点

2、 B B.14146.46.4、支座节点、支座节点 A A.15156.4.26.4.2 参考资料参考资料.1717致谢致谢 .2020钢屋架设计计算书钢屋架设计计算书1 1 设计资料及屋架形式与材料设计资料及屋架形式与材料1.1 某单跨厂房，长度为 90m，跨度 21m，车间内设有一台 50KN 的中级工作制的吊车，计算温度高于-20。采用三角形钢屋架的屋面,坡度 i=1：3，采用石棉水泥波形瓦屋面（重量 200N/m2） ，规格：18207258,轻钢檩条及拉条（重量 100N/m2）.钢屋架简支于钢筋砼柱上，上柱截面为 400400，砼强度等级为 C30，基本风压W0=350N/m2，屋

3、面均布活载或雪载为 500N/m2，积灰荷载为 100500N/m2，无抗震要求。钢材标号：Q345 钢，其设计强度为 f=310KN/m2,焊条采用 E50 型，手工焊接，荷载分项系数去：G=1.2,Q=1.4.1.2 屋架形式及几何尺寸 根据所用屋面材料的排水需要几跨度参数，采用人字形六节间三角形屋架。屋架坡度为 1：3，屋面倾角。1arctan18.43, sin0.3162cos0.9487 屋架计算跨度：.m2070030021000 屋架跨中高度：milh34506/1207002/0 上弦长度：mlL10910cos2/0 节间长度：.mL18186 节间水平方向尺寸长度：.ma

4、aa1725435.18cos20700cos 根据几何关系得屋架各杆件的几何尺寸如图 1 所示。图图 1 1 杆件的几何尺寸杆件的几何尺寸2 屋盖支撑设计2.1 屋架的支撑（如图 1 所示） 根据厂房长度为 90m60m,跨度 l=21m 和有桥式吊车的情况，在厂房两端地二柱和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑及垂直支撑；并在上弦及下弦设三道系杆。上弦有檩条亦可不设系杆如图 2 所示。图图 2 2 屋架的支撑屋架的支撑（a)(b)(c)(a)上弦支撑系统 （b)下弦支撑系统 （c）竖向支撑系统3 檩条设计 3.1 檩条布置 檩条采用槽钢檩条，每节间布置两根，檩距为 1818/

5、2=909m，檩条跨中设一跟柱体。 荷载计算屋面坡度，雪荷载按不均匀分布最不利情况考虑，雪荷载与活荷载不同25435.18a时取较大值，按雪荷载计算。施工荷载 mKN /207. 09093 . 0石棉瓦重 mKN /18. 0909. 02 . 0合计 mKNgk/55. 01活荷载 mKNqk/64. 0909. 07 . 01檩条均布荷载设计值mKNqg/56. 164. 04 . 155. 02 . 1)(11mKNaqgqgxx/49. 0)435.18sin(56. 1sin)()(1111mKNaqgqgyy/48. 1)435.18cos(56. 1cos)()(1111内力计

6、算：mKNlqgMyyx/66. 6648. 181)(812211mKNlqgMxxy/55. 0349. 081)(812211强度验算试选槽钢12，自重 12.05kg/m, 215.36cm=Ammh120mmb53mmtw5 . 5mmt9 37 .57 cmwx32 .10 cmwyb32362. 1/4 .37cmwyA 05. 1yAxA4346cmIx2 . 1yB截面受力情况如图所示：验算点 A：2233/215/7 .132102305. 1550000107 .5705. 16660000mmNmmNWMWMyyyxxx验算 B 点：整体稳定性验算 因在檩条跨中设有一道

7、钢拉条，故可不进行该项验算。刚度验算验算与屋面垂直平面的相对挠度，按短期荷载效应组合进行。3.2 刚度验算当檩条间设有拉条时，檩条只需计算垂直于屋面方向的最大挠度，计算挠度时，荷载应取其标准值。荷载标准值： 11()0.55.641.19/kkgqKN m则 1111()cos1.19 cos18.4351.12/k yk ykkgqgqaKN m 431154()551.12 600011/3843842.06 1034.6 10226150kkxgqlflEI l能满足刚度要求。 4 4 屋架的内力计算屋架的内力计算 4.1 荷载计算因檩条沿节间布置，先将檩条作为屋架集中荷载计算，再按经验

8、公式计算屋架和支撑自重最后折算为屋架上弦节点荷载。因为屋面坡度较小，风荷载为吸力，课不考虑风荷载和积灰荷载影响。檩条作用在屋架上弦的集中力为：112 ()/ 22 1.56 6/ 29.36QqglKN屋架和支撑自重，按轻屋盖估算：220.318 1.20.382/glKN m节点荷载设计值为：2363 9.360.382 1.725 632FQgKN 屋架杆件内力计算芬克式三角形屋架在半跨雪荷载作用下，腹杆内力不变号，故只需按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合就是那屋架杆件内力。根据力学求解器，二节间芬克式屋架先求/6nl h得杆件内力系数，再乘以节点荷载,即可得到杆件内力。最不利组合设计值。32

9、FKN见表 。表表 1 1 杆件内力系数及内力值杆件内力系数及内力值杆件内力系数内力设计值(KN)AB-20.72 -66304BC-18.97 -607.04CD-9.16 -607.04DE-22.01 -704.32EF -19.02-477.44 FG -13.87-443.84 AH +19.85+635.2HI +16.5 +528IJ+10.25+328DI-4.43-141.76全跨屋面荷载P 的内力系数BHCHEKFKHDIKKGGJ-1.75-1-7.941.822.254.174.30-56-32-254.0858.2472133.44137.60 注：负为受压，正为受拉

10、全跨荷载布置图全跨荷载内力图上弦杆局部弯矩计算。按两跨连续梁计算，如图所示0/39.36 3.449/310.76/MQlKN m端节间：100.80.8 10.768.6MMKN m中间节间及节点：200.60.6 10.766.45MMKN m 5 5 杆件截面的选择杆件截面的选择 5.1 上弦杆 按弦杆最大内力-704.32KN，选出中间节点板厚度为 10mm，支座节点板厚度为 12mm。 上弦杆内力计算：，,704.32ABNKN 607.04.32BCNKN 18.6MKN m；故按压弯杆计算。26.45MKN m 选组成的 T 形截面：，2L100 1422 26.2652.52A

11、cm23xicm25yicm，310/236.5/3.469.55xxWIycm312 33.7366.46xWcm03Zcm121.05,1.2xx强度验算：截面强度验算由负弯矩控制362231704.32 106.45 10214310/52.52 101.2 66.46 10 xnxxMNfKN mmAW弯矩作用平面内的稳定性验算：按 b 类截面查附表0/18.18/360.6150 xxxli2223223/206 1052.52 10 /(60.610 )925ExxNEAKN按有端弯矩和横向荷载同时作用是弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为，0.85mx采取正弯矩验算：232623

12、1/310)10925/1032.7048 . 01 (55.6905. 11045. 685. 01052.52575. 01032.704)/8 . 01 (mmNNNWMBNExxxxmxA补充验算：2222322/310)/25. 11 (1008.851032.704)/25. 11 (mmNNNWMBNNWMBANExxxxmxExxxxmx弯矩平面外的稳定性验算由负弯矩控制：cmNNlly51. 332.704/04.60775.108 .1812/25. 075. 0(12101501 .3510/351/0yyyil查附表得：，984. 0y1b85. 0tx36222317

13、04.32 100.85 6.45 10116.6/310/0.984 85.08 101 1.689 10txxybxMNN mmfN mmAW5.2 下弦杆下弦杆也采用等截面，按最大内力计算。屋架平面内的计算长度取最大节间长度，IJ。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离，=635.2maxNkN=3450mm =1035mmoxloyl所需截面面积为：=nANf32635.2 1029.54215cm选用 21006310，短肢相并，短肢相距 12mm。由型钢表查得=31,=17.5mm，=50.2mmA2cmxiyi= =350 xoxxli3

14、450204.917.5 = =206.18=350yoyyli10355.02 =315nNA3635.2 10204.9310002N mmf2N mm故所选截面合适。JGJG 杆杆 中间竖腹杆 JG，N=0，L=345cm=-103.6,=1870mmCGNkNoyloxl 选用 2564，长肢相并，长肢相距 12mm 由型钢表查得 A=812mm ，=21.8mm，=11.1mm2xiyi=142=150 xoxxli310.52.18 所选截面合适。 IK,GKIK,GK 杆杆杆 IK,GKIK,GK 杆端部相连故采用通杆=133.44maxNkN=3450mm =6900mmoxl

15、oyl选用 2455，短肢相并，短肢相距 12mm。由型钢表查得=620.65,=13.7mm，=22.4mmA2mmxiyi= =251.8=350 xoxxli3451.37 = =308=350yoyyli6902.24 =155=310nNA3133.44 108602N mmf2N mm故所选截面合适。DIDI 杆杆FC、CK 杆因内力较小故按=350 选择需要的回转半径 =-141.76maxNkN=195.2cmoxl=244cmoyl选用 2608，长肢相并，长肢相距 12mm由型钢表查得A=18.04cm ，=18.1mm，=53mm2xiyi= =350 xoxxli195

16、.2107.841.81 =155.7=310nNA32141.76 100.508 18.04 102N mmf2N mm故所选择的截面合适。5.3 腹杆 HD DK 杆=72maxNkN=243.9cmoxl选用 2608，长肢相并，长肢相距 12mm由型钢表查得A=18.04cm ，=18.1mm，=53mm2xiyi= =350 xoxxli195.2107.841.81 =39.9=310nNA3272 1018.04 102N mmf2N mm故所选择的截面合适。屋架各杆件截面选择情况见表。屋架杆件界面选择杆件计算长度回转半径长细比稳定系数名称编号截面规格截面面积mmoxlmmoy

17、lmmximmyimmxy容许长细比 xyz上弦杆ABBCCDDE210014525218182383305060.635.11500.575下弦杆AHHI256431003450885017.550.2197.1206.23501DI260818041952244018.153107.81041500.508BH260818041952244018.153107.81041500.508CH260818041952244018.153107.81041500.508EK260818041952244018.153107.81041500.508FK260818041952244018.153

18、107.81041500.508腹杆DKHD260818041952244018.153107.81041500.508竖杆EH263499535403540=24.6i143.92000.5086 6 节点设计节点设计本例只选择几个有代表性的、重要的节点进行计算，其余节点的计算过程从略，可参见屋架施工图。6.1 屋脊节点腹杆 EG 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和=5mm，则杆1fh2fh端所需的焊缝长度分别为=200（以下同）wff2N mm肢背：= 10=112mm1lfwffhfhNk27 . 02120067 . 02105 .22475. 03故取=12

19、0mm。1l 屋脊节点（单位：mm）故肢尖：= 10=50.1mm2lfwffhfhNk27 . 02220057 . 02105 .22425. 03取=55mm。2l拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去 V=t+5=18mm，取fhV=20mm，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为 =142mmwlwfffhN7 . 0420067 . 04105 .2243拼接角钢的总长度为 =2（+12）+d=2（142+12）50=358mmlwl取 =450mml上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载 F2，验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦

20、杆内力的 15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心EGN距 e=84mm） 。设肢尖焊缝焊脚尺寸=5mm，节点板总长度为 700mm，则节点一侧弦杆fh焊缝的计算长度为 =（7002）-20-10（700/2）/0.92852010=347mmwlcos焊缝应力为 =29.5f0.152 0.7f wNh l34757 . 02103 .47715. 032N mm=42.8f20.1562 0.7f wNeh l2334757 . 02103 .4778515. 02N mm=42.8=20022()()fff225 .29)22. 18 .42(2N mmwff2N mm由以上计算结

21、果可知，因弦杆与节点板的连接焊缝受力不大，且连接长度较大，故可按照构造进行满焊，不必计算。6.2 下弦节点 G 下弦节点（单位：mm）EG 杆焊缝长度与屋背节点相同腹杆 CG 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和=5mm，则杆1fh2fh端所需的焊缝长度分别为肢背：= 12=52.1mm1lfwffhfhNk27 . 02120067 . 02106 .10365. 03故取 60mm。1l肢尖：= 10=35.9mm2lfwffhfhNk27 . 02220067 . 02106 .10335. 03故取 40mm。2l根据上述求得焊缝长度，确定节点板尺寸为 360m

22、m250mm下弦与节点板连接焊缝长度为 600mm，=5mmfhKNN7 .2501 .1678 .417其肢背应力较大KNKNf2005 .665236057 . 02107 .25065. 03故满足要求6.3 上弦节点 C 上弦节点 C（单位：mm）CG 杆与下弦节点相同腹杆 FC 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和1fh=5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为2fh肢背：= 12=38.9mm1lfwffhfhNk27 . 02120067 . 02106 .6965. 03故取 45mm。1l肢尖：= 10=27.4mm2lfwffhfhNk27 . 02220

23、067 . 02106 .6935. 03故取 40mm。2l腹杆 KC 与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm 和1fh=5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为2fh肢背：= 12=45mm1lfwffhfhNk27 . 02120067 . 02108 .8565. 03故取 50mm。1l肢尖：= 10=31.45mm2lfwffhfhNk27 . 02220067 . 02108 .8535. 03故取 40mm。2l上弦肢槽焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）F，取节点板缩进肢背 8mm，=t2=6mm，则fh=13.50.8=160f2 0.7ff wFh l 40

24、067 . 0222. 11070.5532N mmfh2N mm肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差为=-=504.1-498.5=-5.6NCDBCNNkN偏心距 e=85mm，因内力很小且节点板长度较大，故可不作计算，按构造要求布置焊缝进行满焊即可满足条件。6.4 支座节点支座节点 A 支座节点（单位：mm） 屋架支撑与钢筋混凝土柱上，混凝土强度为 C30，=14.3为便于施焊，cf2N mm取下弦轴线至支座底板上表面的距离为 160mm，并设置加劲肋。6.4.1 支座节点焊缝计算下弦杆端与节点板的焊缝取肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为=8mm 和=5mm，则所1fh2fh需焊缝长度为肢背：=

25、16=179.2mm1lfwffhfhNk27 . 02120087 . 02104 .48775. 03故取 180mm。1l肢尖：= 10=97mm2lfwffhfhNk27 . 02220057 . 02104 .48725. 03故取 100mm。2l上弦杆端与节点板的焊缝，由于焊缝长度较大，可不必计算，按构造要求即可。6.4.2 支座底板计算支座反力为 R=4F=455.7=222.8 =14.3kNcf2N mm底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算。支座节点板和加劲肋将支座底板分成四块，每块板均为两相邻边固定支撑而另两相邻边自由的板。=155.8cm3 .14108 .2223nA

26、2锚栓直径取 d=25mm，锚栓孔径 50mm，并开 U 型孔。2204 .2154514. 355 . 528 .155cmAAAn底板采用 25cm25cm=625cm 215.4cm22实际底板面积：224 .5504514. 355 . 52625cmAn底板实际应力：223/4104 .550108 .222mmNq两支撑边之间的对角线长度：mma9 .166214125214125221=2=83.5mm1b1a =85170=0.5，查表得=0.056，则1b1aM=0.0564166.9 =6239.721qa2N mm底板所需厚度（按厚度 t 在 1635 范围取值）：f=2

27、95ft=11.3mm6Mf2957 .62396故取 t=20mm6.4.3 加劲肋与节点板的连接焊缝 加劲肋的计算简图（单位：mm）加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。假定一块加劲肋的受力为屋架支座反力的 14，即=55.74RV 48 .222kN=MVemmKN.3 .32867 .5527125加劲肋厚度采用 14mm，焊脚尺寸取 6mm，焊缝计算长度为fh=180-152-26=138mmwl则焊缝应力为：=f2226()()2 0.72 0.7ff wf wMVh lh l =2322313867 . 02107 .5513867 . 0222. 1103 .32866=

28、111.9=2002N mmwff2N mm6.4.4 加劲肋、节点板与支座底板的连接焊缝切口宽度为 15mm，两条节点板和四条加劲肋焊缝的总长度为=2（250-26）+2（250-14-215-46）=840mmwl=f0.7ffwRhl223/200/8 .5184067 . 022. 1108 .222mmNfmmNwf故满足要求。其余各节点的计算过程从略。 致谢致谢在这次设计中，吴老师在此次设计中给予了很多帮助和指点，还有同学也提供了部分帮助，故在此向他们表示由衷的感谢。另外设计过程中还参考了一些规范、标准，在此特向有关作者致谢。 参考资料1 夏志斌钢结构原理与设计M北京：中国建筑工业出版社，2008.7.2 刘声扬钢结构原理与设计M北京：中国建筑工业出版社，2008.7.3 夏志斌，姚谏.钢结构设计M北京：中国建筑工业出版社.2005.9.4 GB50017-2002 钢结构设计规范S北京：中国计划出版社.2002.5GB50009-2001 建筑结构荷载规范 S北京:中国建筑工业出版社.2002.