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P1=0.5×1.866×6×

√10

=0.5×1.77×6=5.31kN

上弦节点雪荷载标准值P2=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.力组合

力组合见表—1

7.截面的选择

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Z 0’

如图表-4，表中Z 0’

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Z 0’

表-4

8.3 节点的设计 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 a 1=√2×12=16.9cm,b 1=

a 12

=8.45cm

底板的承压面积 A =24×24−π22−2×4×5×=523cm 2 底板下的应力 q =R

A n

=

57.90×103523×102

=1.11N mm 2⁄<βc f c =√

240×24052300

= 8N/mm 2

底板的最大弯矩 M =βqa 12 , 由于b 1a 1⁄=0.5,取β=0.06,则 M =0.06×1.11×1692=1902.16N ∙mm 支座厚度 t =√

6M f

=√6×1902.16204.25

=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×

2404

=868.80kN ∙mm , 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 0.7βf h f ∑L w

=57.90×103

0.7×1.22×8×804=10.54mm

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=

6×164.78×103×652×0.7×5×640=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