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,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，屋面的恒荷载的标准值为。屋面的活荷载为，雪荷载为，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

,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

上弦节点雪荷载标准值

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

8.2 形心距离的确定

屋架各杆件的角钢背面的距离如图表-4，表中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表-4

8.3

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

设a,b取12cm,则

底板的承压面积

底板下的应力

底板的最大弯矩, 由于取,则

支座厚度取

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

焊缝受剪力,弯矩, 设焊缝,

焊缝计算长度：

由焊缝的应力公式得

=

=25.41<

C.支座底板的连接焊缝

假定焊缝传递全部支座反力设焊缝,支座底板的连接焊缝的长度为：

=

=804

由公式得,

,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.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。节点1的槽焊缝,其中

为节点板的厚度

由公式,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,计算长度

上弦杆的内力差N=-164.78KN,偏心距,则由公式得,

他

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

。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。节点1的槽焊缝,其中为节点板的厚度。

由公式

可见塞焊缝一般不控制。

B.上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝

角焊缝的焊角尺寸,计算长度

上弦杆的内力差N=-18.29KN,偏心距,则由公式得,

可见,肢尖焊缝满足要求。

对于其他2,3,4,5上弦节点,由于节点板的尺寸长均不小于"5"号节点,而其所受的节点集中力和弦杆轴向内力差都相等,故其余上弦节点只要在上弦杆的肢背和肢间处采用满焊即可。

(3)下弦节点”10”

图7 下弦节点”10”

A.下弦杆与节点板的连接焊缝

下弦与节点板连接的焊缝长度为300mm,, 内力差N=-17.37KN

受力较大的肢背处焊缝应力为

故按构造满焊即可。

由于下弦节点7,8,9的节点板尺寸长均不小于"10"号节点板,故其所受的弦杆轴向力内力差都相等, 故其余上弦节点只要在上弦杆的肢背和肢间处采用满焊即可。

(4)上弦节点”6”

图8 上弦节点”6”

A.上弦杆肢背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塞焊缝连接,假定塞焊缝只承受屋面的集中荷载。节点1的塞焊缝,其中为节点板的厚度。

由公式

,

可见塞焊缝一般不控制。

B.上弦杆肢尖与节点板的连接焊缝

肢尖角焊缝的焊角尺寸, 计算长度

上弦杆与节点板的连接焊缝计算按肢间焊缝承受上弦杆内力的15%计算。内力差

KN,偏心距, 则由公式得：

可见,肢尖焊缝满足要求。

C.上弦拼接杆的计算

上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为

取60mm.则角钢长度为。考虑到拼接节点的刚度,拼接角钢的长度取为600mm。

为了使拼接角钢的和弦杆之间能紧贴便于施焊,需将拼接角钢的棱角铲去, 把竖向肢切去，t为拼接角钢的厚度.拼接角钢的截面削弱,由节点板来补偿。

(5)下弦节点”11”

图9下弦节点”11”

A.下弦杆拼接焊缝计算

拼接角钢与下弦杆用相同的规格,选用,下弦杆与拼接角钢之间的角焊缝的焊角尺寸采用。根据公式得下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为,

取145mm,拼接角钢的长度为2mm。

为使拼接角钢与弦杆之间密合,并便于是施焊,需将拼接角钢的尖角切除,且截取垂直肢的一部分宽度.拼接角钢的这部削弱,可靠节点板来补偿。

B.下弦杆与节点板的连接焊缝

按杆件内力的15%计算,设肢背处的焊角尺寸为=5mm,则需要的焊缝长度为：

取满焊即可。

设肢尖处的焊角尺寸为=5mm,则需要的焊缝长度为：

取满焊即可。

(6)节点板在斜腹杆作用下的稳定计算

对于有竖腹杆相连的节点板,选取2-8杆作用下的8号节点板的进行计算。

图10节点稳定计算中c值

可不进行稳定计算。

其中,c为受压腹杆2-8连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离。

由于8号节点板中斜腹杆的c 值是最大的,而t值都相等,故其他节点板的稳定性不需计算。

(7)节点板的强度计算

选取5-11杆的作用下5号节点板进行计算。

图11 节点有效宽度

“5”节点5-11杆的内力P=-28.95kN,板件的有效宽度=114mm,板件的厚度t=8mm,

故节点板的强度满足要求。因为其他节点板的均小于此值,故其他节点板的强度满足要求。

(8)填板的计算

杆件中填板数量表-5