1、.鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算書 鋼 屋 架 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算一、設(shè)計(jì)資料 屋面采用梯形鋼屋架、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板。鋼屋架兩端支撐于鋼筋混凝土柱上（砼等級(jí)C20）。鋼屋架材料為Q235鋼，焊條采用E43型，手工焊接。 該廠房橫向跨度為24m，房屋長度為240m，柱距（屋架間距）為6m，房屋檐口高為2.0m，屋面坡度為1/12。二、屋架布置及幾何尺寸屋架幾何尺寸圖屋架計(jì)算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度H0=2000mm。二、支撐布置三、荷載計(jì)算1. 永久荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）大型屋面板 0.548kN/m2防水層 0.10kN/m2屋架及支撐自重 0.15kN/m2懸掛管道 0.05kN

2、/m2 小計(jì) 0.848 KN/m2可變荷載 活載 0.64KN/m2以上荷載計(jì)算中，因屋面坡度較小，風(fēng)荷載對(duì)屋面為吸力，對(duì)重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計(jì)算。永久荷載設(shè)計(jì)值：1.2×0.848=1.018kN/m2可變荷載設(shè)計(jì)值：1.4×0.64=0.896kN/m22、荷載組合設(shè)計(jì)屋架時(shí)，應(yīng)考慮以下三種荷載組合：（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載：P=（1.018+0.896）×1.5×6=17.226kN（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載：P1=1.018×1.5×6=9.162kN

3、P2=0.896×1.5×6=8.064kN（3） 全跨屋架與支撐+半跨屋面板+半跨屋面活荷載全跨屋架和支撐自重產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)荷載：P3=1.2×0.15×1.5×6=1.08kN作用于半跨的屋面板及活載產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)荷載：取屋面可能出現(xiàn)的活載P4=（1.2×0.548+1.4×0.64）×1.5×6=13.982kN以上1），2）為使用階段荷載組合;3）為施工階段荷載組合。四、內(nèi)力計(jì)算按力學(xué)求解器計(jì)算桿件內(nèi)力，然后乘以實(shí)際的節(jié)點(diǎn)荷載，屋架要上述第一種荷載組合作用下，屋架的弦桿、豎桿和靠近兩端的斜腹桿內(nèi)力均達(dá)到最

4、大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內(nèi)力可能達(dá)到最大或發(fā)生變號(hào)，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內(nèi)力均應(yīng)計(jì)算，而在半跨荷載作用下，僅需計(jì)算近跨中的斜腹桿內(nèi)力，取其中不利內(nèi)力（正、負(fù)最大值）作為屋架的依據(jù)。具體計(jì)算見圖屋架各桿內(nèi)力組合見表。 全跨荷載布置圖全跨荷載內(nèi)力圖左半跨荷載布置圖左半跨荷載內(nèi)力圖右半跨荷載布置圖右半跨荷載內(nèi)力圖 內(nèi)力計(jì)算表 表1桿 件名 稱桿內(nèi)力系數(shù)全跨永久荷載+全跨可變荷載P=17.226kNN=P×全跨永久荷載+半跨可變荷載P1=9.162kNP2=8.064kNN左=P1×+P2×N右=P1×+P2×全跨屋

5、架支撐+半跨屋面板+半跨可變荷載P3=1.08kNP4=13.982kNN左=P3×+P4×N右=P3×+P4×計(jì)算內(nèi)力KNP=1在左半跨在右半跨全跨上弦桿10-11000000011-13-6.35-2.51-8.86-152.62-132.38-101.42-98.35-44.66-152.6213-15-9.35-4.65-14.00-241.16-203.67-165.77-145.85-80.14-241.1615-17-9.62-6.39-16.01-275.79-224.26-198.21-151.80-106.64-275.7917-18

6、-7.84-7.84-15.68-270.10-206.88-206.88-126.55-126.55-270.10下弦桿1-23.511.254.7682.0071.9253.6954.2222.6282.002-38.223.6211.84203.96174.76137.67127.7263.40203.963-49.755.5415.29263.39218.71184.76152.8493.97263.394-58.927.1216.04276.31218.89204.37142.04116.88276.31斜腹桿1-11-6.54-2.35-8.89-153.14-134.19-100

7、.40-101.04-42.46-153.1411-24.892.177.06121.62104.1282.1876.0037.97121.622-13-3.54-2.09-5.63-96.98-80.13-68.44-55.58-35.30-96.9813-32.061.893.9568.0452.8051.4333.0730.6968.043-15-0.86-1.83-2.69-46.34-31.58-39.40-14.93-28.49-46.3415-4-0.321.671.3523.269.7925.84-3.0224.8125.844-171.441.63-0.19-3.279.87

8、11.4019.9322.5922.5917-5-2.401.50-0.90-15.50-27.603.85-34.5320.00-34.53豎桿1-10-0.500-0.50-8.61-8.61-4.58-7.53-0.54-8.612-12-1.000-1.00-17.23-17.23-9.16-15.06-1.08-17.233-14-1.000-1.00-17.23-17.23-9.16-15.06-1.08-17.234-16-1.000-1.00-17.23-17.23-9.16-15.06-1.08-17.235-180.800.801.6027.5621.1121.1112.9

9、112.9127.56五、桿件截面設(shè)計(jì)1、上弦桿截面計(jì)算整個(gè)上弦桿采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算N = -275.79kN（壓力），查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)，節(jié)點(diǎn)板厚度選用8mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm。計(jì)算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐和內(nèi)力變化取因?yàn)椋式孛嬉诉x用兩個(gè)不等肢角鋼，且短肢相并。如圖1所示。yyxx8圖1上弦截面設(shè)，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑 根據(jù)需要的A 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2，A = 34.4 c , ix = 1.9 cm , iy = 5.38cm。按所選角鋼進(jìn)行驗(yàn)算，滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的

10、穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計(jì)算整個(gè)桿件采用同一截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，N=276.31kN （拉力）計(jì)算長度 屋架平面內(nèi)取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計(jì)算需要凈截面面積選用2（短肢相并），見圖2所示，A = 34.4 c , ix = 1.9 cm , iy = 5.38cm按所選角鋼進(jìn)行截面驗(yàn)算，取。8xxyy圖2 下弦截面 所選截面滿足要求。3、斜桿截面計(jì)算 斜桿1-11N = -153.14kN (壓力)，l0x = l0y = l =251.6 cm因?yàn)閘0x = l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix = iy 選用2，見圖3所示，A = 34.4 c , i

11、x = 1.9 cm , iy = 5.38cmxxyy8圖3 斜桿1-11截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿11-2N = 121.62kN（拉力），l0x = 0.8l = 208.1cm, l0y = l =260.1 cm計(jì)算需要凈截面面積選用240×5，見圖4所示，A = 6.78 c , ix = 1.21 cm , iy = 1.98 cmxxyy8圖 4斜桿11-2截面驗(yàn)算： 所選截面滿足要求。 斜桿2-13N =-96.98kN (壓力)，l0x =2247mm l0y = l =280

12、9mm選用263×8，見圖5所示，A = 19.02c , ix = 1.90 cm , iy = 2.95cmxxyy8圖5斜桿2-13截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。斜桿13-3.N =68.04kN（拉力），l0x = 0.8l = 224.7cm, l0y = l =280.9 cm計(jì)算需要凈截面面積選用236×5，見圖6所示，A =6.76 c , ix =1.08 cm , iy =1.82 cmxxyy8圖 6 斜桿13-3截面驗(yàn)算： 所選截面滿足要求。 斜桿3-15N =-46.34

13、kN (壓力)，l0x =241.8cm l0y = l =302.3cm選用263×8，見圖7所示，A = 19.02c , ix = 1.90 cm , iy = 2.95 cmxxyy8圖7 斜桿3-15截面 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 斜桿15-4N = 25.84kN（拉力），l0x = 0.8l = 2418mm, l0y = l =3023cm計(jì)算需要凈截面面積選用236×5，見圖8所示，A =6.76 c , ix =1.08 cm , iy =1.82 cmxxyy8圖 8 斜桿1

14、5-4截面驗(yàn)算： 所選截面滿足要求。 斜桿4-17N =22.59kN （拉力）， l0x =259.5cm l0y = l =324.3cm選用230×4，見圖9所示，A =4.56 c , ix =0.9cm , iy =1.57cmxxyy8圖9 斜桿4-17截面 滿足長細(xì)比：的要求。所選截面合適。 斜桿17-5N =-34.53kN (壓力)，l0x =259.5cm l0y = l =324.3cm 選用263×10，見圖10所示，A =23.32c , ix =1.88cm , iy = 2.99cmxxyy8圖10 斜桿17-5截面驗(yàn)算 由于只需求出，查軸心受

15、壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。4、豎桿截面計(jì)算邊豎桿1-10N =-8.63kN (壓力)，,l0x = l0y =l=201.25cm 選用250×6， A =11.38c , ix = 1.52cm , iy = 2.40cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿2-12 N =-17.23kN (壓力)，,l0x =1800mm l0y =2250mm 選用250×6， A =11.38c , ix = 1.52cm , iy = 2.40cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于

16、只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿3-14N =-17.23kN (壓力)， l0x =2000mm l0y =2500mm 選用250×6， A =11.38c , ix = 1.52cm , iy = 2.40cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿4-16N =-17.23kN (壓力), l0x =2200mm l0y =2750mm 選用250×6， A =11.38c , ix = 1.52cm , iy = 2.40cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細(xì)比：的要求。

17、由于只需求出，查軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 豎桿5-18N =27.56kN (拉力)， l0x =2400mm l0y =3000mm 選用250×6， A =11.38c , ix = 1.52cm , iy = 2.40cm 滿足長細(xì)比：的要求。所選截面合適。中豎桿截面圖屋架桿件一覽表?xiàng)U件桿內(nèi)力kN計(jì)算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（m）回轉(zhuǎn)半徑長細(xì)比容許長細(xì)比系數(shù)min(N/m)loxloyix(mm) iy(mm)max上弦-275.7915053010短肢相并2L110×70×1034401934.8861500.64884下弦276.31

18、30006000短肢相并2L110×70×1034401934.8172350198斜腹桿1-11-153.1425162516長肢相并2L110×70×1034401934.81321500.378-9111-2121.62208126012L40×567812.121.41723501792-13-96.98224728092L63×8190219311181500.447-11413-368.04224728092L36×567610.819.92083501013-15-46.34241830232L63×

19、8190219311271500.402-6115-425.84241830232L36×567610.819.9224350384-1722.59259532432L30×4456917.42883505017-5-34.53259532432L63×10233218.831.51381500.353-43豎桿1-10-8.632012.52012.5十字形2L50×6113815.224.81321500.378-202-12-17.2318002250十字形2L50×6113815.224.81181500.447-343-14-17.2

20、320002500十字形2L50×6113815.224.81321500.378-404-16-17.2322002750十字形2L50×6113815.224.81451500.0.326-465-1827.5624003000十字形2L50×6113815.224.8158350-24六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)設(shè)計(jì)“1”、“2”、“11”、“18” “5”五個(gè)典型節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)類同。1下弦2節(jié)點(diǎn)這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟是：先根據(jù)腹桿的內(nèi)力計(jì)算腹桿與節(jié)點(diǎn)連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點(diǎn)板的形狀和大小，最后驗(yàn)算下弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。選用E4

21、3焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160N/m，實(shí)際所需的焊腳尺寸可由構(gòu)造確定。 （1）11-2桿的內(nèi)力N=121.62KN，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=4mm，所需要的焊縫長度為：肢背，取80mm肢尖，取40mm（2）2-13桿的內(nèi)力N=96.98KN，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=6mm，所需要的焊縫長度為：因?yàn)椋园磧擅鎮(zhèn)群缚p計(jì)算。肢背，取70mm肢尖，取60mm（3）豎桿2-12桿的內(nèi)力N=-17.23KN，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構(gòu)造確定取hf=5mm。所需要的焊縫長度為：因?yàn)椋园磧擅鎮(zhèn)群缚p計(jì)算。肢背，取50mm肢尖，取50mm（4）下弦桿焊縫驗(yàn)算下弦桿與

22、節(jié)點(diǎn)板連接焊縫承受兩相鄰下弦內(nèi)力之差。N203.9682121.96kN肢背焊縫驗(yàn)算，hf8mm， f5N/mm2160N/mm2焊縫強(qiáng)度滿足要求。根據(jù)節(jié)點(diǎn)放樣，得節(jié)點(diǎn)板尺寸為205×255，節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。下弦節(jié)點(diǎn)各桿肢尖、肢背尺寸 桿件hf（mm） 肢背(mm)hf（mm）肢尖(mm)11-2673mm取80mm616mm取60mm 2-13662mm取70mm634mm取50 mm 13-3561mm取70mm 531mm取50mm3-15636mm取60mm622mm取60mm 15-4528mm取50mm 517mm取50mm4-17626mm取60mm615mm取60m

23、m 17-5629mm取60mm 622mm取60mm2上弦11節(jié)點(diǎn)：11-2桿節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算與下弦節(jié)點(diǎn)2中11-2桿計(jì)算相同。1-11桿N-153.14 kN，采用三面圍焊，設(shè)肢背和肢尖 hf = 8mm，因?yàn)椋园磧擅鎮(zhèn)群缚p計(jì)算。 lw11672，取lw190mm lw21646，取lw290m上弦節(jié)點(diǎn)各桿肢尖、肢背尺寸桿件hf（mm）肢背 (mm)hf（mm）肢尖 (mm)1-11872mm取90mm846mm取90mm 11-2673mm取80mm616mm取60mm 2-13662mm取70mm634mm取50 mm 13-3561mm取70mm 531mm取50mm3-15

24、636mm取60mm622mm取60mm 15-4528mm取50mm 517mm取50mm4-17626mm取60mm615mm取60mm 17-5629mm取60mm 622mm取60mm考慮擱置檁條，節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)上弦肢背7mm，用槽焊縫連接，槽焊縫按兩條角焊縫計(jì)算，P47.92kN。節(jié)點(diǎn)板尺寸為205255設(shè)肢尖焊縫=5mm，假定集中荷載P與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。肢背焊縫驗(yàn)算：肢尖焊縫驗(yàn)算：節(jié)點(diǎn)圖如下圖所示。3、屋脊18節(jié)點(diǎn)（1）弦桿一般都采用同號(hào)角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，且便于施焊，需要將拼接角鋼的尖角削除，并截去垂直肢的一部分寬度（一般為t+hf+5mm）

25、。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計(jì)算。設(shè)5-18桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸為：肢背hf=5mm，lw1=(0.65×27.56×103)/（2×0.7×5×160）+10=26mm，取lw1=40mm，肢尖hf=5mm，lw2=（0.35×27.56×103）/（2×0.7×5×160）+10=19mm。取lw2=40mm。設(shè)焊縫高度hf=5mm，則所需要焊縫計(jì)算長度為：lw=（270.1×103）/（4×0.7×5×160）+10=131mm。取lw =140mm。拼接角鋼長度600mm2×140=28