完整word版钢屋架设计计算书.docx
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完整word版钢屋架设计计算书
一：
设计资料
1、青岛地区某金属加工厂厂房总长度90m，跨度为18m。
，柱距6m，采用梯形角钢屋架，钢材Q235B，焊条E43型。
无檩无天窗屋盖体系，1.5×6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10。
屋架下弦标高为18m;厂房内设A5级150/30t桥式吊车2台.几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。
2.屋架荷载标准值（水平投影面计）
①屋架及支撑自重：
按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位,q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位;
②可变荷载：
查《建筑结构荷载规范GB50009—2012》，青岛市雪压标准值为0。
2KN/m2，因不考虑积灰荷载和屋面不上人，故屋面活荷载取0。
5KN/m2。
因为活荷载与雪荷载取较大值，故取可变荷载值为0.5KN/m2。
③屋面各构造层的荷载标准值：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0。
4KN/m2
水泥砂浆找平层0.4KN/m2
保温层：
0.4KN/m2
一毡二油隔气层0。
05KN/m2
水泥砂浆找平层0。
3KN/m2
预应力混凝土屋面板1。
45KN/m2
左侧为屋架杆件几何尺寸右侧为屋架全跨单位荷载
作用下各杆件的内力值
二：
结构布置图
屋架施工详图,支撑布置图见A3图纸.
三：
荷载于内力计算
1．荷载计算
活荷载与雪荷载不同时出现，故取两者较大值.
永久荷载标准值：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2
水泥砂浆找平层0。
4KN/m2
保温层0.4KN/m2
一毡二油隔气层0。
05KN/m2
水泥砂浆找平层0。
3KN/m2
预应力混凝土屋面板1。
45KN/m2
钢屋架和支撑自重0。
12+0.011*18=0.32KN/m2
总计:
3.32KN/m2
可变荷载标准值：
屋面活荷载0.5KN/m2
总计:
0。
5KN/m2
永久荷载设计值1。
2*3。
32=3.98KN/m2
可变荷载设计值1。
4＊0。
5=0。
70KN/m2
2.荷载组合
设计屋架时，应考虑以下三种组合：
组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载F=（3。
98+0.7）*1。
5*6=42。
12KN
组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载
屋架上弦节点F1=3。
98*1.5*6=35。
82KN
F2=0。
7＊1。
5*6=6。
3KN
组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载
屋架上弦节点F3=（0.12+0.011*18）*1.2*1。
5*6=3.46KN
F4=（1.4*1。
2+0.25*1.4）＊1。
5*6=18.27KN
四:
杆件截面设计
屋架杆件内组合表
注：
表内负值表示压力:
正值表示拉力.表1
杆件
名称
内力系数（F=1）
第一种
组合
F＊1
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力KN
全跨1
左半
全跨2
右半
全跨3
F1*1
+F2*2
F1*1
+F2＊3
F3*1
+F4＊2
F3＊1
+F4＊3
上
弦
AB
1.7
1。
7
1。
7
71。
6
71。
60
71。
60
36。
94
36.94
71.6
BCD
-4。
52
-2。
67
—0.15
-190。
38
—178。
73
—162.85
—64.42
-18.38
-190.38
DEF
-7。
29
-3。
94
-1.66
-307.05
-285.95
—271。
58
-97。
20
-55。
55
—307。
05
FG
—7。
4
—2.85
-2。
85
-311.69
—283。
02
-283.02
—77。
67
—77.67
—311.69
下
弦
ab
5。
17
4.24
2.63
217.76
211.90
201.76
95。
35
65.94
217.76
bc
9。
66
7。
03
4.34
406.88
390.31
373。
36
161。
86
112.71
406。
88
cd
10。
98
7.01
5.67
462.48
437.47
429。
02
166.06
141。
58
462.48
斜腹杆
aB
-4。
8
—3.05
—0.05
-202。
18
-191。
15
-172。
25
-72.33
-17。
52
-202.18
Bb
6.44
4。
86
3.28
271.25
261。
3
251.34
111。
07
82。
21
271。
25
bD
-1.68
—0.16
0。
18
-70.76
—61。
19
—59。
04
—8.74
-2。
52
-70。
76
Dc
3.58
2。
24
3.04
150。
79
142。
35
147。
39
53。
31
67.93
150.79
cF
-1。
01
2。
32
0.39
-42.54
-21。
56
—33。
72
38。
9
3.63
—42。
54
Fd
1.24
0.07
2。
87
52.23
44.86
62。
5
5。
57
56.73
52.23
竖杆
Aa
-1.65
—1.65
1.7
-69.5
-69.5
-48.39
—35。
85
25.35
—69。
5
Cb
-0.7
0.7
0。
7
—29。
48
—20.66
-20。
66
10。
37
10.37
—29.48
Ec
0。
7
0.7
0。
7
29.48
29。
48
29.48
15。
21
15。
21
29。
48
Gd
2。
51
2.16
2.11
105。
72
103.52
103.20
48。
15
47。
23
105。
72
1.上弦杆
整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=311.69KN（压）
上弦杆计算长度：
在桁架平面内：
为节间轴线长度：
l0x=150。
8cm
在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况,取loy=2*150。
8=301.6cm
因为loy=2l0x。
故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并
腹杆最大内力N=271。
25KN，故选中间节点板厚度8cm，端部节点板厚度10cm。
设λ=70，查表得=0.751
需要截面A=N/f=311。
69＊103/215*0.751=1930.39mm2
需回转半径ix=l0x/λ=2。
15cm，iy=loy/λ=4。
3cm
根据需要A、ix,iy查角钢表，选2L100*80＊6，A=2120mm2，ix=2。
4,iy=4。
61cm
验算所选角钢
λx=l0x/ix=62.8，λy=loy/iy=65。
42均小于[λ］=150
由于截面在x轴与y轴方向均属于b类截面，查表得=0。
777，λx〈λy，故仅验算y方向即可
F=N/A=189.2N/mm2〈215N/mm2,故所选截面合适
2.下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=462。
48KN
下弦杆计算长度：
在桁架平面内:
为节间轴线长度：
l0x=3000mm
在桁架平面外,根据支撑布置和内力变化情况，取loy=2*3000=6000mm
计算所需净截面面积A=N/f=2151mm2
选用2L100*80*7，短肢相并，A=2460mm2,ix=2。
39cm，iy=4.46
验算所选截面
f=N/A=188N/mm2〈215N/mm2
故所选截面合适
3.端斜杆
杆件轴力N=202。
18KN（压）
因为l0x=l0y=253cm,故选用不等肢角钢,长肢相并，ix=iy，选用2L100*80＊6，
A=2120mm2，ix=3。
17，iy=3。
37cm
截面刚度和稳定性验算
λx=l0x/ix=79.8〈150,λy=loy/iy=75.1<150
因为λx〉λy，故只需验算x轴方向
查表得=0。
688
F=N/A=202。
18*103/0.688＊2120=138。
6N/mm2〈215N/mm2
故所选截面合适
4.斜腹杆
所有斜腹杆均采用同一截面，按最大内力计算N=271。
25
在桁架平面内：
为节间轴线长度：
l0x=0.8l=2090.4mm
在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况,取loy=2613mm
计算所需净截面面积A=N/f=1261。
6mm2
选用2L70*45*6，长肢相并，A=1330mm2，ix=2.21cm,iy=1。
95cm
验算所选截面
f=N/A=203。
9N/mm2〈215N/mm2
故所选截面合适
5.竖杆
所有竖杆均采用同一截面,按最大内力计算N=105。
72
在桁架平面内：
为节间轴线长度：
l0x=0.8l=2312mm
在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取loy=2890mm
计算所需净截面面积A=N/f=492mm2
选用2L75＊50＊5，长肢相并，A=1224mm2，ix=2。
39cm，iy=2。
13cm
验算所选截面
f=N/A=86N/mm2〈215N/mm2
故所选截面合适
五:
节点设计
本设计采用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值Fw=160N/mm2。
各杆件内力由表1查得，最小焊缝长度应小于8hf或40mm。
1、下弦节点b点（详见图7）：
（1）、斜杆Bb不与节点的连接焊缝计算:
N=271。
25KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸都取5mm.所需焊缝实际长度为:
肢背:
l1=0。
7N/2heffw+1=17.95cm取l1=180mm
肢尖：
l2=0。
3N/2heffw+1=8。
26cm取l2=85mm
（2）、斜杆Db与节点的连接焊缝计算:
N=70。
76KN（压）
设肢背与肢尖的焊角尺寸都取5mm。
所需焊缝实际长度为:
肢背：
l1=0.7N/2heffw+1=5。
42cm取l1=60mm
肢尖：
l2=0.3N/2heffw<40mm,取l2=40mm，实际长度为l2=40+10=50mm
（3）、竖杆Cb与节点板连接焊缝计算：
N=29.48KN（压）
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定,取焊脚尺寸
=5mm，焊缝l>=50mm
（4）、下弦杆与节点板连接焊缝计算：
焊缝受力为左右下弦杆的内力差△N=406.88-217.76=189。
12KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：
肢背:
l1=0.75N/2heffw+1.2=12。
8cm取l1=128mm
肢尖：
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸
=5mm，焊缝l〉=50mm
2、下弦节点c点（详见图7-1）：
（1）、斜杆Dc与节点的连接焊缝计算:
N=150。
79KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸都取5mm。
所需焊缝实际长度为:
肢背:
l1=0.7N/2heffw+1=10。
4cm取l1=110mm
肢尖：
l2=0.3N/2heffw+1=5cm取l2=50mm
（2）、斜杆cF与节点的连接焊缝计算:
N=42。
54KN（压）
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定,取焊脚尺寸
=5mm，焊缝l〉=50mm
（3）、竖杆Ec与节点板连接焊缝计算：
N=29.48KN
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸
=5mm，焊缝l〉=50mm
（4）、下弦杆与节点板连接焊缝计算：
焊缝受力为左右下弦杆的内力差△N=462.48—406。
88=55.6KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸
=5mm，焊缝l>=60mm
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸
=5mm,焊缝l>=60mm
3、上弦节点B点如（详见图8）:
（1）、斜杆Bb与节点板连接焊缝计算,与下弦节点c中的bB杆计算相同。
（2）、斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=202.28KN（压）
设肢背与肢尖的焊角尺寸都取5mm.所需焊缝实际长度为:
肢背：
l1=0。
7N/2heffw+1=13。
6cm取l1=140mm
肢尖:
l2=0.3N/2heffw+1=6.4cm取l2=65mm
（3）、上弦杆与节点板连接焊缝计算:
为了便于在上弦上搁置大型屋面板,上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背5mm，用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。
槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响,而假定集中荷载F与上弦垂直。
上弦肢背槽焊缝内的应力为:
hf1=1/2*8（节点板厚度）=4mm,槽焊缝lw满焊.
节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝肯定是安全的,可不必须验算。
肢尖焊缝验算为：
上弦杆与节点板连接肢尖焊缝计算：
焊缝受力为左右上弦杆的内力差△N=190.38+71。
6=261。
98N,设肢尖的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：
肢尖:
lw=N/2heffw=23.4cm取lw=260mm
△M=△N＊e=15。
8KN。
m
σf=6△M/2*0。
7＊hf＊lw2=166.95N/mm2
τf=△N/2*0。
7＊hf*lw=120N/mm2
[（σf/βf）2+τf2］1/2=182N/mm2<160N/mm2
满足要求。
4、屋脊节点“G”（详见图9）:
（1）、弦杆一般都采用同号角钢进行拼接,为使拼接角钢与弦杆之间能够密合,并便于施工焊接，需将拼接角钢的尖角削除，且截支垂直肢的一部分宽度（一般为t+
+5mm）。
拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。
接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算.N=311.69KN，设焊肢尖、肢背焊脚尺寸为6mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：
l1=N/4*heffw+1.2=12.6cm取l1=130mm
拼接角钢的长度取：
2×130mm+50=310mm
（2）、弦杆与节点板的连接焊缝计算：
上弦肢背与节点板用槽焊缝，满焊。
上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，N=311。
69KN×15%=46.75KN。
设焊肢尖、肢背焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：
肢尖：
lw=N/2heffw=34.8mm取lw=40mm
M=N*e=2。
82KN。
m
σf=6M/2*0。
7＊hf*lw2=78.7N/mm2
τf=N/2＊0。
7*hf*lw=34.8N/mm2
[（σf/βf）2+τf2]1/2=73.3N/mm2<160N/mm2
满足要求。
（3）、中竖杆与节点板的连接焊缝计算:
N=105.72KN，设肢背与肢尖的焊角尺寸都取5mm。
所需焊缝实际长度为：
肢背:
l1=0。
7N/2heffw+1=7。
6cm取l1=80mm
肢尖:
l2=0。
3N/2heffw+1=3.8cm取l2=40mm
5、下弦跨中节点“g"（详见图10）:
（1）、弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：
拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=462。
48KN。
设肢尖、肢背焊脚尺寸为6mm，则需焊缝长度为：
l1=N/4＊heffw+1.2=18。
4cm取l1=190mm，
拼接角钢长度不小于2×190mm+10=390mm。
肢尖节切去△=t+
+5=6+6+5=17mm，截面削弱△A=17×6=102mm2。
△A/A=9.6%<15%（切去部分满足要求）.
（2）、弦杆与节点板连接焊缝计算：
按下弦杆内力的15％计算，N=462。
48KN×15%=69.37KN.
设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm,弦杆一侧需焊缝长度为:
由于内力太小,故按构造取值，肢背、肢尖都取l>=60mm。
（3）、腹杆与节点板连接焊接缝计算：
斜杆Fd与节点板连接焊缝计算，N=52.23KN（压）
设肢背与肢尖的焊角尺寸都取5mm,由于内力太小，故按构造取值，肢背、肢尖都取l>=50mm。
因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。
（6）端部支座节点
为了便于施焊,下弦杆角钢水平肢的底面与支座板的净距离取160mm。
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，厚度同端部节点板为10mm.
（1）、支座底板计算：
支座反力R=42。
12KN×5+2×0.5×42.12KN=252.72KN
积An=R/fc=22447。
6mm2,A0=50*30＊2+π＊262/4=3530。
66mm2
A=25978.26mm2
选择底板为280*300=84000>25978。
26mm2,满足
An=A-A0=80469。
34mm2
抗压强度:
σ=R/A=3。
14N/mm2<14。
3N/mm2（满足）。
式中：
为混凝土强度设计值,对C30混凝土，
。
底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加筋肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相仿边自由的板，第块板的单位宽度的最大弯矩为：
式中，
为底板下的平均应力为:
=3。
14N/mm2.
为两支承边之间的对角线长度：
=（1402+1202）1/2=184。
4mm
为系数，由
查表8。
4。
1而定,b1为两支承边的相交点到对角线
的垂直距离（如图11所示）。
由相似三角形的关系,得：
b1=76。
8，
，查表得
。
=0.0452*3.14*184.42=4826N.mm
底板厚度，t=（6M/f）=1。
3cm取t=14mm.
（2）、加筋肋与节点板的连接焊缝计算:
焊缝受力：
V=252.72/4=63。
18KN
M=Ve=63.18＊47。
5=3001。
05KN.mm
设焊脚尺寸为6mm,焊缝长度210mm,
[（σf/βf）2+τf2]1/2=66。
5N/mm2<160N/mm2
满足。
（3）、节点板加筋肋与底板的连接焊缝计算：
设底板连接焊缝传递全部支座反力R=252.72KN,其中每块加劲肋各传1/4R=63。
18KN，节点板传递R/2=126。
36KN。
节点板与底板的连接焊缝长度:
所需焊脚尺寸：
hf=R/2＊540*ffw*1.22*0。
7=1.7mm,取
=5mm
加劲肋宽度取16mm，每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：
所需焊脚尺寸：
=2＊（120—10—5）=210mm
hf=R/4＊210＊ffw＊1。
22＊0.7=2。
2mm，取
=5mm
节点板、加筋肋与底板的连接焊缝总长度:
=540+210＊2=960mm
验算焊缝应力:
σf=R/5＊1500＊1。
22＊0.7=61.72N/mm2<160N/mm2,满足要求。
（4）、竖杆Aa与节点板连接焊缝计算：
N=69.5KN（压）
肢背:
l1=0.75N/2heffw+1=5。
6m取l1=60mm
肢尖焊缝尺寸可按构造确定，焊缝l>=50mm
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