钢结构课程设计豪式屋架.docx

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钢结构课程设计豪式屋架

《钢结构》屋架设计计算书

一、设计资料及说明

某车间厂房总长度为45m车间设有两台30吨中级工作制吊车。

车间无腐蚀性介质。

该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用三角形桁架式钢屋架（见图1），无吊顶，屋架下弦标高为10m

其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400mmX400伽，混凝土强度等级为C2（。

1、单跨屋架，平面尺寸为45论21ms=7.5m即单跨屋架结构总长度为45m跨度为21m柱距为7.5m。

2、屋面采用彩色压型钢板加保温层屋面，C型檩条。

3、屋面坡度i=1:

2.5。

恒载（包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等）为0.50kN/叭雪荷载为0.7kN/m2，活荷载标准值为0.20kN/m20

4、屋架钢材采用Q235B钢，焊条采用E43型，结构重要性系数为丫0=1.0o

5、内力组合为“恒+全”和“恒+半”两种组合值。

（“全”一一全跨雪荷载；“半”一一半跨雪荷载）

二、屋架杆件几何尺寸的计算

采用豪（单向斜杆式）式三角形屋架如图示。

屋面坡度为i=1:

2.5，屋面倾角a=arctg（1/2.5）

=21.8°sina=0734，cosa=9285。

屋架计算跨度l0l3002100030020700mm（当屋架简支于钢筋混凝土柱且柱网采

用封闭结合时，考虑屋架支座处的构造尺寸，一般可取I。

丨-（300~400mm）。

当柱网架用非封闭

结构时，计算跨度等于标志跨度，即I。

丨）

屋架跨中高度：

hl0i/2207004140mm上弦长度：

Lcos11147mm

/（22・5）2

节间长度：

a-11147/42786.75mm

4

根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图示:

三、屋架支撑布置

1、屋架支撑

上弦横向水平支撑设置在屋架的纵向的两端第一柱间。

因为设有两台30T中级工作制吊车，为了防止屋架水平方向振动，必须设置下弦横向水平支撑,且与上弦横向水平支撑设在同一柱间，即在屋架纵向两端第一柱间设置下弦横向水平支撑，以形成空间稳定体。

还需在屋架下弦端节间设置纵向水平支撑。

纵向水平支撑与横向水平支撑形成闭合框，加强了屋架结构的整体性并能提高房屋纵、横向的刚度。

因为是三角形屋架，且跨度L=21m<24m故仅需在跨度中央设置一道垂直支撑。

因为屋架是有檩体系，为了与其他支撑相协调，在屋架下弦跨中设置一根通长水平柔性系杆，

上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连，檩条可代替上弦系杆。

同时在屋脊节点和上弦两端设置刚性系杆。

2、屋面檩条及其支撑

屋面采用彩色压型钢板加保温层屋面，C型檩条，檩条间距为2.787m。

因为檩条跨度为7.5m>6m应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条，防止檩条侧向变形和扭转，并且提供X轴方向的中间支点。

又因为用卷边槽钢（C型钢）时，横向力指向下方，需要在屋脊处设置斜拉条和刚性撑杆。

在上弦节点处设置檩条，檩条及拉条的布置如下图:

四、荷载计算

1、永久荷载（恒荷载）（对水平投影面）

Gk0.5kN/m2（包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等）

2、可变荷载（活荷载）（对水平投影面）

荷载规范规定屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，而采用其中较大者。

本设计中活荷载均小于雪荷载，故只需考虑恒载和雪荷载的组合。

雪荷载基本雪压：

So0.3kN/m2

五、荷载组合

1、恒荷载+全跨雪荷载

2、恒荷载+半跨雪荷载

上弦的集中恒荷载及节点恒荷载

由檩条传给屋架上弦节点恒荷载分别如下图：

507^0

由檩条传给屋架上弦节点活荷载分别如下图:

具体计算过程如下：

1）全跨屋面恒荷载作用下

上弦节点恒荷载标准值：

R=0.52.7877.5/cos0.52.7877.5/0.928511.256kN

2）全跨雪荷载作用下

上弦节点雪荷载：

F2=0.72.7877.5/cos0.72.7877.5/0.928515.758kN

假定基本组合由可变荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值

1.211.2561.415.75835.569kN;若基本组合由永久荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为

1.3511.2561.40.715.75830.638kN。

综上可知，本工程屋面荷载组合由可变荷载效应控制。

六、内力计算

内力组合见下表：

规定杆件受拉符号为正，受压符号为负。

七、截面选择

1、上弦杆截面选择（ABBCCDDE

上弦杆采用相同截面，以节间AB的最大轴力Nab来选择：

Nab335.05kN

上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度

的一半。

故上弦杆在平面内计算长度为l°x=278.7cm,平面外计算长度l°y=278.7cm；山/山=1，若

获得等稳定条件xyz，则应有iy=ix，选用两等肢角钢相并比较合适。

屋架杆件内力组合表

杆件名称

杆件编号

全跨何载

半跨何载

内力组合

最不利

内力

内力系数

恒荷载标准值

P仁11.256

全跨活荷载标准值

P2=15.758

内力系数

半跨活荷载标准值

P2=15.758

1.2恒

何载

+1.4活

何载

1.2恒

何载

+1.4半跨活荷

载

上弦

AB

-9.42

-106.03

-148.44

-6.73

-106.05

-335.05-

275.71-3

35.05

BC

-8.08

-90.95

-127.32

-5.39

-84.94

-287.39-

228.05-2

87.39

CD

-6.73

-75.75

-106.05

-4.04

-63.66

-239.38-

180.03-2

39.38

DE

-5.39

-60.67

-84.94

-2.70

-42.55

-191.71-

132.37-1

91.71

下弦

AI

8.75

98.49

137.88

6.25

98.49

311.22

256.07

311.22

IH

8.75

98.49

137.88

6.25

98.49

311.22

256.07

311.22

HG

7.50

84.42

118.19

5.00

78.79

266.76

211.61

266.76

GF

6.25

70.35

98.49

3.75

59.09

222.30

167.15

222.30

腹杆

BI

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

BH

-1.35

-15.20

-21.27

-1.35

-21.27

-48.02

-48.02

-48.02

CH

0.50

5.63

7.88

0.50

7.88

17.78

17.78

17.78

CG

-1.60

-18.01

-25.21

-1.60

-25.21

-56.91

-56.91

-56.91

DG

1.00

11.26

15.76

1.00

15.76

35.57

35.57

35.57

DF

-1.95

-21.95

-30.73

-1.95

-30.73

-69.36

-69.36

-69.36

EF

3.00

33.77

47.27

1.50

23.64

106.71

73.61

106.61

双角钢截面属于轴心压杆的b类，假定入=100,由上册书附表17查得0.555。

强度设计值

f215N/mm2，根据所设入，截面应该有

329

ANab/

335.0510/0.55521510=28.08cm2;ixI*/=278.7/100=2.787cm

由于Nab335.05kN，故由下册书P76页表2-8查得支座处节点板厚度为12mm中间节点处节点板比支座处节点板厚度减少2mm为10mm

根据假设的A，ix及iy并注意到节点板厚=12mm

选择截面2L9010

截面面积：

A=217.2=34.4cm2，

回转半径：

ix=2.74cm,iy=4.20cm,用实际截面验算。

yloy/iy278.7/4.20=66.4

对两等肢角钢相并截面，b/t=90/10=9<0.58l°y/b=0.58278.7/9=17.96，可取

yz

0475b4

y

（1）=69.06，由max（x,yz）=x=101.7，查表得0.544

loyt

NAB

A

3

355.05102=179.6

0.69434.410

2、下弦杆截面选择（AI、IH、HGGF）

下弦杆也采用相同截面，以节间AH的最大轴力来选择：

NAH=311.22kN

lox=258.75cm，l°y=1035cm

选用截面2L1006

截面面积:

A=211.9=23.8cm2

回转半径：

ix=3.10cm,iy=4.44cm

长细比：

xlox/ix258.75/3.10=83.2

Nah

A

311.2210322

2130.76N/mm

23.8102

下弦杆强度及长细比满足要求，所选下弦杆截面适用

3、腹杆BHCGDF截面选择

NbhNdfNcg-69.36kN

选用截面L805

loylox0.9l0.940403636cm（单系腹杆在斜平面的计算长度为：

支座处斜杆和支座竖杆为I，

其他腹杆处为0.9l）

截面积：

A=15.82cm2

回转半径：

iy=3.56cm,ix=2.48cm

通过用yz和x中大的一个查表得，yz0.320

N

yzA

69360

0.32015.82102

2

=137.0N/mm2

0.95215204.3N/mm2，满足要求。

4、腹杆CHBI、DG截面选择

两者均为拉杆，NohNbiNdg35.57kN，

仍选用截面2L564

截面面积：

A=8.78cm2

回转半径：

ix=1.73cm,iy=2.59cm

验算如下：

N35.5710322

亍40.5N/mm

A8.7810

yloy/iy3105/2.59=119.8

5、杆件EF截面选择

Nef106.61o

采用2L503组成十字形截面，味=iox=1.96cm

截面积：

A=23.9=7.8cm2单角钢L504，imin=0.99cmlo=0.9l=4140.9=372.6cm

o=l。

/imin=310.5/1.96=190.1<200

3

136.67N/mm2

Nef106.6110

A7.8102

满足截面要求。

将以上计算结果汇总列表如下:

八、屋架节点设计

1、一般杆件连接焊缝

设焊脚尺寸hf=4mm由以下公式求得焊缝计算长度lw

桁架杆件截面选用表

杆件名称

杆件编号

最大内力

（K

N）

截面规

格（mm

截面

面积

2

cm

计算

长度

lox

（cm）

计算

长度

loy

（cm）

回转

半径

ix

（cm）

回转半径

iy

（cm）

长

细

比

x

长

细

比

y

长细

比

yz

稳定系数

min

强度

N/

A

稳定性

N/（mm*mm）

容许长细比

［入］

强度设

计

值

N/（mm*

mm

上弦杆

AB

-335

2L90*10

34.4

278.7

278.7

2.74

4.2

101

.7

66.

4

69

0.554

179.6

150

204

下弦杆

AI

311.

2

2L100*6

23.8

258.7

1035

3.10

4.44

83.

2

233

.1

131

250

204

腹杆

BH

CG

DF

311.

2

2L50*5

15.8

3636

2.48

3.56

146

.6

102

.1

108

0.32

1

3

7

150

204

BI

DG

CH

-69.

4

2L56*4

8.78

3105

3105

1.73

2.59

179

.4

119

.8

40.

5

250

204

EF

106.

6

2L50*3

十字

7.40

3726

3726

1.96

1.96

190190

.1.1

136.6

7

150

204

焊缝实际长度lwlw2hf

（本设计中角钢均为等肢角钢，故分配系数肢背k仁0.7，肢尖k2=0.3）

同时按规定，角焊缝强度设计值应予以折减，再考虑轻型钢结构乘以折减系数0.95

具体计算汇总如下表：

屋架杆件连接焊缝表

杆件名称

杆件编号

截面规格

（mm）

杆件内力

（kN）

肢背焊脚尺寸

hf1（mm）

肢背焊缝长度

1

lw（mm）

肢尖焊脚尺寸

hf2（mm）

肢尖焊缝长度

1

lw（mm）

下弦杆

AI

2L1006

311.22

4

265

4

120

BH

-48.02

50

4

45

CG

2L805

56.91

4

55

4

45

斜腹杆

DF

-69.36

70

4

45

BI

0

45

4

45

CH

2L564

17.78

4

45

4

45

DG

35.57

45

4

45

竖腹杆

EF

2L503

106.61

4

100

4

50

注：

表中焊缝长度由公式计算不足45mm勺按45mn设计。

2、支座节点A（见附图）

为了便于施焊，下弦杆肢背与支座底板顶面的距离取125mm锚栓用2M20螺栓位置尺寸下图。

在

节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相等。

（1）支座底板计算

支座反力：

R6P（1.20.51.40.75）0.747.5222.5715kN

设a=b=120mma142120169.7mmb1=84.8mm

1

支座底板承压面积为A240240220224050=52300mm2

2

板下压应力：

q—222.5715=4.26N/mm2<10N/mm2

A52300

底板弯矩（按两相邻边支承板计算），按如下公式计算：

由色8480.5，查钢结构设计手册得=0.06。

q169.7

Mqa；0.064.26169.727360.79Nmm

支座底板厚度J67360.7914.7mm取16mm

vfY0.95215

（2）加劲肋与连接板的连接焊缝

假定一块加劲肋承受屋架支座反力的四分之一，即：

-222.5755.6425kN

44

焊缝受剪力V=55.6kN,偏心距e为加劲肋宽度的一半

12020弯矩MVe55.62782.125kNmm,

2

设焊缝hf=6mm焊缝计算长度lw1602022hf=160-40-12=108mm

f—正面角焊缝强度设计值增大系数，对承受静力荷载和间接动力荷载的屋架

承受动力荷载的屋架f=1.0.

f=1.22，对直接

R

0.7fhflw

焊缝应力由公式得

可见，肢尖焊缝安全。

3、上弦节点B（见下图）

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集中荷载P。

节点板与上弦角钢肢

尖采用双面贴角焊缝连接，承担上弦内力差N。

节点B的塞焊缝不控制，仅需验算肢尖焊缝。

上弦采用等边角钢，肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=5mm则角钢肢尖角焊缝的计算长度

心弯矩MNe47.6610365=N-mm

则由公式得:

可见，肢尖焊缝安全。

4、上弦节点D（见附图）

因上弦杆间内力差小，节点板尺寸大，故不需要再验算

5、屋脊节点E（见附图）

上弦杆件节点荷载P假定由角钢肢背的塞焊缝承受，同上按构造要求即可满足，无需验算

（1）上弦杆件与拼接角钢之间，在接头一侧的焊缝实际长度为：

采用拼接角钢长l2250（10~20mm）213010270mm，实际拼接角钢总长可取为300mm

（2）上弦杆角钢与节点板的连接焊缝，以上述轴心力的15%按如下公式计算：

hf=4mme=55mm

316

则角钢肢尖角焊缝的计算长度lw240〒2410235mm，N=15%191.71=28.7565kN，

偏心弯矩MNe28756.565=1869172.5N-mm

由公式得：

可见，肢尖焊缝满足要求。

&下弦拼接节点F（见附图）

（1）拼接角钢与下弦杆，用相同规格，选用2L1006,下弦杆与拼接板角钢之间的角焊缝的焊脚

尺寸采用hf=4mm由如下公式求得下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为:

当采用等强拼接时，NAf

1W--2hfAf-2hf23.8100.9521524293.5mm取300mm拼接角

40.7hfff-40.7hfff-40.740.95160

钢的长度丨21-10=2300+10=610mm接头位置视材料长度而定，最好设在跨中节点处，当接头不在节点时，应增设垫板。

（2）下弦杆与节点板，连接焊缝按杆件内力的15%+算。

肢背焊缝的焊脚尺寸hf=4mm由公式得焊缝长度为：

肢尖焊缝的焊脚尺寸hf=4mm由公式得焊缝长度为:

100mm

由以上计算可知，下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是按构造要求确定的，取

九、设计图

1、屋架、支撑平面布置图（见附图）

2、安装节点图（见附图）

3、屋架详图（见详图）

62782103

20.71.2261082

=139.64N/mm2

0.95160152N/mm2

（3）支座底板的连接焊缝

假定焊缝传递全部支座反力R=222.575kN,设焊缝hf=8mm支座底板的连接焊缝长度为

lw2（2402hf）4（1204102hf）2（24028）4（12041028）808mm

由公式得

=40.319N/mm2

0.71.228808

（4）上弦杆与节点板的连接焊缝

N=-335.05kN，节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接，承担上弦内力。

节点板与上弦角钢肢背采用槽焊缝连接，hf10.5t10.5105mm，其中右为节点板厚度。

因塞焊缝一般不需控制,因此只验算肢尖焊缝。

肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=5mm则角钢肢尖角焊缝的计算长度lw16036025510mm，上弦杆内力差N=-335.05kN，偏心弯矩MNe335.05103（9025）=Nmm