24m梯形钢屋架设计计算书

目录设计资料…………………………………………………………………………3结构形式与布置…………………………………………………………………3钢屋架计算简图及几何长度……………………………………………………5荷载统计计算……………………………………………………………………5钢屋架内力系数的计算…………………………………………………………5内力组合和计算…………………………………………………………………5杆件截面设计……………………………………………………………………7屋架节点设计……………………………………………………………………10参考文献…………………………………………………………………………16-2-钢屋架设计计算书1.设计资料上海某工业厂房，跨度为24m，厂房总长度75m，柱距7.5m，屋面坡度i=1:10，采用1.5×6m太空轻质大型屋面板。结构采用排架体系，即钢屋架铰支于排架上。排架为混凝土柱，柱顶截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C30。钢屋架钢材采用Q235B，E43型焊条，手工焊。基本风压为0.55kN/㎡，基本雪压为0.20kN/㎡,积灰荷载为1.0kN/㎡。2.结构形式与布置（1）结构平面布置图-3-（2）钢屋架支撑体系布置简图-4-3.钢屋架计算简图及几何长度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=24m，每端支座中线缩进0.15m。计算跨度l0=l－2×0.15m=23.7m；端部高度取H0=2.00m，中部高度H=3.20m，起拱50mm。选用屋架的杆件布置和几何尺寸如图所示。4.荷载统计计算(1)屋面永久荷载（水平投影）太空轻质大型屋面板（1.5m*6m）0.60kN/m2防水层0.10kN/m2屋面板排风设备平均重量0.065kN/m2钢屋架及支撑自重q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384kN/m2合计1.149kN/m2(2)屋面可变荷载（水平投影）屋面活荷载0.50kN/m2雪荷载0.20kN/m2取两者较大值：0.5kN/m2积灰荷载1.00kN/m2合计1.50kN/m2（3）风荷载0.55kN/m2-5-5.钢屋架内力系数的计算由于，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。杆件内力系数如图所示。6.内力组合和计算（1）荷载组合a.全跨恒载+全跨活载（使用阶段）P1=1.149×1.2×1.5×7.5=15.51kNP2=1.4×（0.5+1.0）×1.5×7.5=23.63kNP=P1+P2=39.14kNb.全跨恒载+半跨活载（使用阶段）c.全跨恒载+全跨风载（使用阶段）恒载P1=1.149×1.5×6=10.34kN风载P3=0.55×1.5×6=4.95kNP=P1+P3=15.29kN（2）屋架杆件内力计算表杆件名称内力系数第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力全跨①左半跨②右半跨③N1=39.14×①39.14×②+15.51×③39.14×③+15.51×②15.29×①上弦AB00000000BD-8.614-6.198-2.416-337.2-131.7-337.2DF-13.46-8.992-4.468-526.8-205.8-526.8FH-15.19-9.128-6.06-594.5-451.3-378.8-232.2-594.5HI-14.71-7.353-7.353-575.6-401.8-401.8-224.9-575.6-6-第一种组合第三种组合全跨①左半跨②右半跨③N1=39.14×①39.14×②+15.51×③39.14×③+15.51×②15.29×①ac4.6783.4381.240183.171.5183.1ce11.4527.9453.507448.2175.1448.2eg14.5679.2885.279570.2445.4350.7222.7570.2gi15.1018.3996.702591.1432.7392.6230.9591.1aB-8.813-6.477-2.336-344.9-134.8-344.9Bc6.8624.7562.106268.6104.9268.6cD-5.180-3.147-2.033-202.7-79.2-202.7De3.6991.9081.791144.856.6144.8eF-2.467-0.720-1.747-96.6-37.7-96.6Fg1.125-0.4351.56044.07.254.317.254.3gH0.0121.544-1.5320.536.7-36.00.236.7Hi-1.071-2.4551.384-41.9-74.616.1-16.416.1Aa-0.550-0.5500.000-21.5-8.4-21.5Cc,Ee,Gg-1.000-1.0000.000-39.1-15.3-39.1Ii2.0481.0241.02480.231.380.2斜腹杆竖杆第二种组合计算杆件内力杆件名称内力系数下弦7.杆件截面设计a.上弦杆FH（1）确定内力及已知条件整个上弦采用等截面,按FH杆件的最大设计内力设计，即N=-594.5kN，Q235B钢材f=215N/mm²；压杆[λ]=150；/3oyoxLL；（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,整体稳定系数Ф按b类由于腹杆最大内力N=-594.5kN，查表可知，中间节点板厚度选用12mm，制作节点板厚度选用14mm设60，查Q235钢稳定系数表，可得807.0则需要的截面面积：-7-需要的回转半径：，根据需要（A、xi、yi）查角钢规格表，选用L140×90×12（短肢相接），肢背间距mma8，A=4140mm2，ix=25.4mm,iy=67.4mm。（4）截面验算，由于,查表可知，则：，故所选截面合适。b.下弦杆gi（1）确定内力及已知条件整个下弦采用同一截面，按最大设计内力杆件的内力值设计，即N=591.1kN，Q235钢2/215mmNf；；（2）截面选择所需截面面积：根据需截面面积查角钢规格表，选用L140×90×10（短肢相接），肢背间距mma8，A=4460mm2，ix=25.6mm,iy=66.9mm。（3）截面验算，，满足要求。,不考虑截面削弱,故所选截面合适。-8-c.斜腹杆aB（1）杆件轴力：N=-344.9kN（2）计算长度：,,（3）截面选择：由于，因此选用两个等肢角钢，选用L90×8，肢背间距mma8，A=2780mm2，ix=27.6mm,iy=40.2mm。（4）截面验算，由于,查表可知，则：，故所选截面合适。d.竖腹杆（1）支座竖腹杆Aa杆件轴力N=-21.5kN，,,。由于，因此选用两个等肢角钢，选用L56×4，肢背间距mma8，A=878mm2，ix=17.3mm,iy=25.9mm。，由于,查表可知，则：，故所选截面合适。(2)竖腹杆Gg压力最大为N=-39.1kN，,,。选用两个等肢角钢，选用L70×4，肢背间距mma8，A=1114mm2，ix=21.8mm,iy=31.4mm。-9-，由于,查表可知，则：，故所选截面合适。（3）腹杆IiN=+80.2kN，l=3200mm,l0=0.9×3200=2880mm。选用L56×5，A=1084mm,ix0=21.7。,满足。，满足。杆件的截面表容许长细比稳定系数应力名称编号loxloyixiyλxλy[λ]φminσ上弦AI-594.5╥140×90×1241401508452425.467.459.467.11500.760188.9下弦ai591.1╨140×90×10446030001185025.666.9117.2177.1350132.5aB-344.9╨90×827802543254327.640.292.163.31500.610203.4Aa21.5╨56×48782000200017.325.9115.677.21500.45653.7Gg-39.1╨70×411142320290021.831.4106.492.41500.39049.5Ii80.2┚┍56×5108435074.0长细比截面规格截面面积lo=2880ixo=21.7λx=132杆件腹杆计算内力计算长度回转半径8.屋架节点设计（1）下线拼接节点5下弦杆为L140×90×12，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］=Af=4460×215=958.9×103kNlw=［N］/(4×0.7hfffw)=958.9×103/(4×0.7×6×160)=356.7mm采用拼接角钢半长400mm，扣除半焊缝4mm和正反面焊口各8mm，焊缝计算长度为纵向388mm，考虑斜向后约390mm＞356.7mm，略有富裕。拼接角钢水平肢宽140mm，故采用斜切，尺寸见图。安装螺栓位置考虑连横向水平支撑-10-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90mm，为焊缝需切肢：Δ=t+hf+5=10+8+5=23mm实用Δ=25mm，切肢后剩余高度h-Δ=65mm，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4上弦杆起拼后坡度为1/10，截面为L140×90×10，端部取直切；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］=φAf=0.813×4452×215=778.2kNlw=［N］/(4×0.7hfftw)=778.2×103/(4×0.7×10×160)=173.7mm采用拼接角钢半长250mm，扣除上口半缝隙14mm（下口半缝隙5mm，上口5+90/10≈14mm）和焊口10mm后，焊缝计算长度为226mm＞173.7mm，略有富裕。拼接角钢水平肢宽140mm，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90mm，为焊缝需切肢：Δ=t+hf+5=10+8+5=23mm实用Δ=25mm，切肢后剩余高度h-Δ=65mm，端部采用直切。因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。-11-（3）下弦节点3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ftw=160N/mm2。De杆的肢背和肢尖焊缝分别为6-110和5-80，eF杆的肢背和肢尖的焊缝分别为6-80和5-80。Ee杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定取5-80，下弦与节点板连接的焊缝为6-110和6-100。根据以上焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作，装配等误差，按比例制作出节点详图，从而确定节点板尺寸为500300mm。-12-（4）上弦节点2Bc杆与节点板的焊缝尺寸为7-160和6-90，aB杆与节点板的焊缝尺寸为8-170和7-110为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm，上弦角钢与节点板间用焊缝连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P与上弦垂直,P=39.1kN,hf=6mm。根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度510mm,焊缝计算长度500mm，则肢背焊缝应力为：τf=P/2helw=39.1103/20.76500=9.31N/mm2满足要求。肢尖焊缝承受弦杆内力差ΔN=337.2kN,偏心距e=90-20=70mm偏心力矩M=ΔN×e=337.210370=23.6kN·m，采用hf=7mmτf=ΔN/2helw=337.2103/20.78500=60.1N/mm2σf=M/2helw2=623.6106/20.78500500=50.6N/mm2均满足要求。（5）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1