钢屋架设计计算书.pdf

­239.58 ­237.69 103.29 240.18 132.60 285.55 188.00 266.38 223.99 ­194.62 ­93.64 143.25 79.65 ­105.09 ­71.65 61.45 58.38 ­27.65 ­51.97
­5.78 41.78 37.19 ­36.21 ­63.57 28.12 ­14.13 ­2.16 ­28.29 ­4.32 ­28.29 ­4.32 ­28.23 ­4.32 33.36 32.97
0 0 0 0 1.01
­14.649 4.696 11.442 14.535 15.052 ­8.848 6.836 ­5.424 3.678 ­2.444 1.105 0.03 ­1.089 ­0.5 ­0.009 ­1.001 ­0.999 2.036
­548.46 175.82 428.39 544.19 563.55 ­331.27 255.94 ­203.07 137.70 ­91.50 41.37
g 1 k = 0.35 kN/m2 g 2 k = 0.40 kN/m2 g 3 k =1.40 kN/m2 g 4 k =0.40 kN/m2
g 5 k = 0.1 kN/m2
2
以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平 投影面积计算。
永久荷载设计值：1.2*(0.35+0.40+1.40+0.40+0.1)=3.18 kN/m2 可变荷载设计值：1.4*0.7 =0.98 kN/m2 2、荷载组合 对于梯形屋架杆件的设计内力，考虑下列三种不利组合： （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：
­548.46 175.82 428.39
544.19
563.55
­331.27
255.94
­203.07
137.70
­91.50 ­5.78 45.48 37.19 ­36.21 ­63.57 28.12 ­18.72
­37.40
­37.48
­37.40
76.23
上表中内力系数用结构力学求解器算的。
选用 2L100*63*10（短肢相并），见图五 A=3093mm2，ix=17.5mm，iy=50.2mm 按所选角钢进行截面验算，取 An=A（若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于 100mm,则可不计截面削弱影响）
s = N = 563.55 *103 = 182.2N / mm2 < 215N / mm2
验算： s
=
N
255.94 *103 =
= 175.54N / mm2 < 215N / mm2
An
1458
lx
=
l ox ix
=
2093 = 108.45 < [l] = 350 19.3
满足要求，截面如图七所示。 5、 竖杆 Aa、Cb、Ec、Gd、Ie
ly
=
l oy iy
=
2616 Baidu Nhomakorabea9
= 90.21 < [l] = 350
­503.16
­426.36 ­164.04
FH ­9.143
­6.004
­514.12 ­284.31
­15.146 ­567.07
­567.07
­489.46 ­209.17
图3
3
HI ­7.364 ab 3.467 bc 7.968
下弦
cd 9.305
de 8.411
ab ­6.533
Bb 4.75
设λ=60，查轴心受力稳定系数表，j =0.807
需要截面积 A = N = 567.07 *103 = 3268mm2 j * f 0.807 * 215
需要回转半径 i x
=
l ox l
= 1508 60
= 25.1cm
iy
=
l oy l
= 3106 60
= 50.3cm
根据 A、 ix 、 i y 查角钢型钢表，选用 2L140*90*8，A=3608mm2， ix =25.9mm， i y =67.3mm。
三、屋盖支撑布置 根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑， 在设置横向水平职称的同一开间的屋架两端及跨中不止三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架 两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图 2）， 安装螺栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。
组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载
P=37.44kN
N=P*③
组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载
P 全=28.62 kN P 半=8.82 kN N 左= P 全*③+ P 半*① 组合三：全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载
P 全=4.32 kN P 半=23.94 kN N 左= P 全*③+ P 半*①
An
3093
lx
=
l ox ix
=
3093 17.5
= 171.43 < [l] = 350
所选截面满足要求，截面如图五所示。
ly
=
l oy iy
=
6000 50.2
= 119.52 < [l] = 350
5
3、 端斜杆 Ab 已知 N=331.27kN(压)，lox=loy=2543mm，因为 lox=loy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使 ix=iy 选用 2L100*63*10，见图六。
所选截面满足要求。
4、 斜腹杆 Bb NbB=255.94N，几何长度，为 l=2616mm，lox=0.8l=0.8*2616=2093mm，loy=2616mm。
所需截面面积： An
=
N f
=
255.94 *103 215
= 1190.42N / mm2
选用 2L63*6，则 A=1485mm2，ix=19.3mm，iy=29mm
普通刚屋架课程设计
设计资料：广州某车间，跨度 24m，长度 60m，柱距 d=6m。车间内设有二台 30/5 吨中级工作制吊车。 采用 1.5*6.0m 预应力钢筋砼大型屋面板，卷材屋面，屋面坡度 I=1/10。屋架支在钢筋砼柱上，上柱截面 400*400mm，砼强度等级为 C20。
要求完成下列内容： 1． 计算书一本：包括杆件内力分析（用结构力学求解器或其它方法求内力系数 ur，ul 和 u，并填入表 1
中）、内力组合、杆件截面设计和节点设计等； 2． 绘屋架施工图 1 张（A1 图纸）
教科书： [1]同济大学 沈祖炎 陈扬骥 陈以一 编制 《刚结构基本原理》中国建筑工业出版社 [2]西安建筑科技大学编 陈绍蕃 主编 《刚结构》 上、下册中国建筑工业出版社
一、钢材及焊条的选用 根据建造地区的计算温度、荷载性质和连接方法，按刚结构设计规范（GB117­88）要 求，屋架刚材采用 A3F（Q235­B.F），要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率δ和冷弯实验四项机械 性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分的合格含量（按 Q235-B.F）已保证 fy、fu、δ5、冷弯实验 和 S、P、C 含量合格）。焊条采用 E43 型，手工焊。
二、屋架形式、尺寸 屋架的计算跨度：l0=l-2c=24-2x*0.15=23.7。屋架端部高度 h0=2000mm ,屋架中部高度 h= h0+(l/2)I=2000+0.1*24000/2=3200mm。为了使屋架节点受荷,上弦节间水平尺寸为 1.5m。屋架跨中起 拱 50 mm（=l0/500），几何尺寸如图 1 所示。
1
图2 因支撑连接和连接的支撑栓孔数不同，中部屋架编号为 GWJ—1，端部四榀屋架编号为 GWJ—2。
四、屋面荷载
1、荷载计算 恒 载： ①防水层（二毡三油上铺小石子） ②找平层（20mm 水泥沙浆） ③预应力砼大型屋面板和灌缝 ④屋架和支撑自重
(g4k = 0.117+0.11l) ⑤悬挂管道 活荷载：q k = 0.70 kN/m2
1.12 ­40.77 ­18.72 ­37.48 ­37.48 ­37.40 76.23
­484.20 ­486.44 164.98 397.75 360.40 498.04 465.03 504.97 492.36 ­310.85 ­275.42 237.54 215.41 ­125.15 ­174.08 122.05 121.66 ­76.24 ­85.69 27.74 45.48 14.51 ­12.52 ­52.86 ­19.29 ­18.72 ­14.41 ­37.48 ­28.85 ­37.48 ­28.85 ­37.40 ­28.79 67.32 67.59
杆件
左半跨载 μl ①
右半跨载 μr ②
全半跨载 μ ③
组合一
组合二
组合三 设计内力
0
0
AB
0
0
0
0
0
0
0
BD ­6.224
­2.438
­8.662
­324.31
­302.80 ­271.14
­186.42 ­324.31
­95.79
上弦
DF ­9.012
­4.427
­464.11 ­273.80
­13.439 ­503.16
6
对于 Cb、Ec、Gd 杆，其内力相差不大，选用长细比较大的竖杆 Gd 进行设计，则保证其他竖杆的安 全可靠性。 NdG=­34.40kN ，lox=0.8l=0.8*2900=2320mm，loy=2900mm。内力较小，按各杆允许长细比而[λ]=150，选 择角钢，所需回转半径为：
bD ­3.411
斜 Dc 杆
cF
1.903 ­0.714
Fd ­0.441
腹
杆
dH 1.548
He ­2.459
Aa ­0.5
Cb 竖 杆 Ec
­1.0 ­1.001
Gd ­0.999
Ie 1.026
­7.285 1.229 3.474 5.23 6.64 ­2.315 2.086 ­2.014 1.775 ­1.73 1.546 ­1.518 1.371
P=(3.18+0.98)*1.5*6=37.44 kN 支座反力：
R A=37.44*(1/2*2+7)=299.52 kN =R B （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P 全=3.18*1.5*6=28.62 kN
P 半=0.98*1.5*6= 8.82 kN （3） 全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载 全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：
N 右= P 全*③+ P 半*② N 右= P 全*③+ P 半*②
4
六、杆件截面设计 1、 上弦杆 整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=567.07kN(压) 计 算 长 度 ： 屋 架 平 面 内 取 节 间 轴 线 长 度 lox=1508mm ， 屋 架 平 面 外 根 据 支 撑 和 内 力 变 化 取 loy=2*1508=3016mm。因为 2lox=loy,故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。
P 全=1.2*0.4*1.5*6=4.32kN 作用于半跨的屋面板及活荷载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载（即不利活载）
P 半=(1.2*1.4+1.4*0.7)*1.5*6=23.94 kN 以上（1），（2）为使用阶段荷载组合，（3）为施工阶段荷载组合。 3、内力计算
图3
表 1 杆见内力组合表（单位 kN） 内力系数
A=3093mm2，ix=31.5mm，iy= 27.2mm 截面验算
lx
=
l ox ix
=
2543 31.5
= 80.73 < [l] = 350
j min= j y=0.618
ly
=
l oy iy
=
2543 27.2
= 93.49 < [l] = 350
N = 331.27 *103 = 173.31N / mm2 < 215N / mm2 j y * A 0.618 * 3093
垫板没个节间设一块。 2、 弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=563.55kN(拉) 计算长度：屋架平面内取节间轴线长度 lox=3000cm，屋架平面外根据支撑布置取 loy=2*3000=6000mm
计算需要净截面面积 An
=
N f
=
563.55 *103 215
= 2621mm2
按所选角钢进行验算
lx
=
l ox ix
= 1508 25.9
= 58.22
ly
=
l oy iy
= 3016 67.3
= 44.81
满足允许长细比：λ<[λ]=150 的要求。
由于λx>λy，只需要求出j min= j x，查轴心稳定系数表，j x=0.817
N = 567.07 *103 = 192.37N / mm2 < 215N / mm2 所选截面合适，如图四所示。 jx * A 0.817 * 3608