钢结构屋架设计计算书

1. 设计资料

某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m;车间设有两台30吨中级工作制吊车;车间无腐蚀性的介质;该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架;屋面坡度为1：3,屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米,其两端铰支于钢筋混凝土柱上,上柱截面尺寸为400mm ×400mm ,混泥土强度等级为C20;屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面,C 型檩条,檩距为1.5～2.1米;结构的重要度系数为γ0=1.0,屋面的恒荷载的标准值为0.5 kN m 2⁄;屋面的活荷载为0.2 kN m 2⁄,雪荷载为0.35 kN m 2⁄,不考虑积灰荷载、风荷载,不考虑全跨荷载积雪不均匀分布状况;屋架采用Q235B,焊条采用E43型;

2. 屋架形式及几何尺寸

屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点;屋架坡角为α=arctan 1

3=18°26′,檩距为1.866m;

图1 屋架形式和几何尺寸

3. 支撑的布置

上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间,并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑,在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆,下弦跨中设置一道通长的柔性细杆;在下弦两端设纵向水平支撑;支撑的布置见图2; 图2 支撑的布置图 4. 檩条布置

檩条设置在屋架上弦的每个节点上,间距1.866m;因屋架间距为6m,所以在檩条跨中设一道直拉条;在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆; 5. 荷载标准值

上弦节点恒荷载标准值P 1=0.5×1.866×6×

√10=0.5×1.77×6=5.31kN 上弦节点雪荷载标准值P 2=0.35×1.866×6×

√10

=0.35×1.77×6=3.72kN

由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3

图3 上弦节点恒荷载

由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4

图4 上弦节点雪荷载

6.

内力组合

内力组合见表—1

屋架杆件的选择验算表表-2 8.节点设计

8.1杆件焊缝尺寸的计算

注：表中焊缝的计算长度l w′=l w+2h f ;l w′不小于8h f和40mm其中较小值;

8.2 形心距离的确定

屋架各杆件的角钢背面的距离Z0’如图表-4,表中Z0’为杆件重心线至角钢背面的距离;

屋架各杆件的角钢背面的距离Z0’表-4

8.3.1支座节点

图5 支座节点”1”

(1) 上弦杆的节点连接计算

A.支座底板的计算

支座反力R=5P=5×11.58KN=57.90KN

设a,b取12cm,则a1=√2×12=16.9cm,b1=a1

2

=8.45cm 底板的承压面积A=24×24−π22−2×4×5×=523cm2

底板下的应力q=R

A n =57.90×103

523×102

=1.11N mm2

⁄<βc f c=√240×240

52300

=8N/mm2

底板的最大弯矩M=βqa12 , 由于b1a1

⁄=0.5,取β=0.06,则

M=0.06×1.11×1692=1902.16Nmm

支座厚度t=√6M

f =√6×1902.16

204.25

=7.47mm,取12mm

B.加劲肋计算

加劲肋厚度取与节点相同;加劲肋与节点板的连接焊缝的计算：

假定一块加劲肋承受屋架支座反力的四分之一,即

1

4

×57.90=14.48kN

焊缝受剪力V=14.48kN,弯矩M=14.48×240

4

=868.80kNmm, 设焊缝h f=5mm, 焊缝计算长度：l w=216−20×2−2h f=216−40−10=166mm

由焊缝的应力公式得

√(

V 2×0.7×h f ×l w )2

+(

6M

2×0.7×βf h f ×l w

2)2

=√(14.48×103

2×0.7×5×166)2

+(

6×868.80×103

2×0.7×1.22×5×1662

)2

=25.41N mm 2⁄

⁄ C. 支座底板的连接焊缝

假定焊缝传递全部支座反力R =57.90kN ,设焊缝h f =5mm ,支座底板的连接焊缝的长度为：

∑L w =2×(240−2h f )+4×(120−5−10−2h f ) =2×(240−2×8)+4×(120−5−10−2×8) =804 mm 由公式得,

τf =R

0.7β

f h f ∑L w

=57.90×103

0.7×1.22×8×804=10.54mm

⁄,满足

要求;

D. 上弦杆与节点板的连接焊缝

上弦杆与节点板的连接焊缝: 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的集中荷载 P =11.58kN .节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦的内力差N ;节点1的槽焊缝h f1=0.5t 1=5mm ,其中t 1 为节点板的厚度

L w =650−2h f =650−2×5=640mm

由公式 σf =

P 2×0.7h f1l w

=

11.58×10

3

2×0.7×5×640

=2.58N mm 2⁄

=0.95×160=152N mm 2⁄,可见塞焊缝一般不控制,仅需验算肢尖焊缝;

角钢肢尖角焊缝的焊角尺寸h f2=5mm ,计算长度 L w =650−2h f =640mm

上弦杆的内力差N=-164.78KN,偏心距M =Ne , e =65mm ,则由公式得, σf =

6M 2×0.7×h f2×l w

2=

6×164.78×103×652×0.7×5×6402

=22.41N mm 2⁄

τf =N

2×0.7×h f2×l w

=164.78×103

2×0.7×5×640=36.48N mm 2⁄他

√(σf βf

)2

+

τf

2=√(22.411.22)2

+36.48=41.12N mm 2⁄

152N mm 2⁄ 可见,肢尖焊缝满足要求;

(2)上弦弦间节点板的计算

为便于上弦节点搁置屋面板,节点板的上边缘缩进肢背10mm,采用塞焊缝,按 2条角焊缝计算;计算时可略去屋架上弦坡度的影响,而假定集中荷载与上弦垂直;

对于上弦节点”5”

图6 上弦节点”5” A. 上弦杆肢背与节点板的连接焊缝

节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接,假定塞焊缝只承受屋面的集中荷载 P =11.58kN ;节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦的内力差N ;节点1的槽焊缝h f1=0.5t 1=4mm ,其中t 1为节点板的厚度;