24米鋼屋架計算書絕對實用

1、鋼屋架設計計算書一、設計資料廠房總長度120m,檐口高度15m。廠房為單跨結構,內設兩臺中級工作制橋式吊車。擬設計鋼屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土等級為c30。柱頂截面尺寸為400mm x 400mm。鋼屋架設計不考慮抗震設防。二、選題廠房柱距選擇：6m屋架形式：d，如圖2.1，跨度=24m。圖2.1荷載取值：永久荷載預應力鋼筋混凝土屋面板 1.4 kn/m2 鋼屋架及支撐重 （0.12+0.011×24）=0.384 kn/m2 防水層（三氈四油上小石子） 0.35 kn/m2 找平層（2cm厚水泥砂漿） 0.4 kn/m2 保溫層 （8cm厚泡沫混凝土） 0.5 kn/m2 小

2、計 3.034 kn/m2可變荷載雪荷載（第三組） 0.60 kn/m2屋面活荷載 0.45 kn/m2積灰荷載 0.50 kn/m2三、鋼材選擇及焊接方法和焊條型號鋼材選擇：q235b焊條選擇：e43型，手工焊四、屋蓋支撐系統(tǒng)布置圖本屋蓋為無檁蓋房，i=10，為平坡梯形屋架。屋架計算長度為l。=l-300mm=23700mm，端部高度，中部高度和屋蓋桿件幾何尺寸見施工圖（跨中起拱按l/500考慮）。上、下弦橫向水平支撐、垂直支撐和系桿布置見圖4.1。因連接孔和連接零件上有區(qū)別，圖中分別給出了w1，w2和w3三種編號。五、荷載計算在荷載計算中，因屋面坡度較小，風荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考

3、慮。各荷載均按水平投影面積計算。永久荷載設計值：3.304x1.35=4.059 kn/m2可變荷載設計值,取活載和雪荷載中的較大值：（0.6+0.5）x1.4=1.54kn/m2荷載組合考慮以下三種荷載組合：（1） 組合一：全跨永久荷載+全跨可變荷載屋架上弦節(jié)點荷載：f=（4.059+1.54）×1.5×6=50.72kn（2） 組合二：全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨永久荷載：f1=4.059×1.5×6=36.86kn 半跨可變活荷載：f2=1.54×1.5×6=13.86kn（3） 組合三：全跨屋架與支撐+半跨屋面板+半跨屋面活

4、荷載全跨屋架和支撐自重產生的節(jié)點荷載：f3=0.5184×1.5×6=4.67kn半跨屋面板及活載產生的節(jié)點荷載：f4=（1.89+0.84）×1.5×6=24.57kn以上1），2）為使用階段荷載組合;3）為施工階段荷載組合。六、內力計算按力學求解器計算桿件內力，然后乘以實際的節(jié)點荷載，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力均達到最大值，在第二和第三種荷載作用下，靠跨中的斜腹桿的內力可能達到最大或發(fā)生變號，因此，在全跨荷載作用下所有桿件的內力均應計算，而在半跨荷載作用下，僅需計算近跨中的斜腹桿內力，取其中不利內力（正、負

5、最大值）作為屋架斜腹桿設計的依據(jù)。具體數(shù)值見表1內力計算表。 圖6.1全跨荷載布置圖圖6.2左半跨荷載布置圖圖6.3右半跨荷載布置圖 內力計算表 表1桿 件名 稱桿內力系數(shù)組合一f=50.72knn=f×組合二f1=36.86knf2=13.86nn左=f1×+f2×n右=f1×+f2×組合三f3=4.67knf4=24.57knn左=f3×+f4×n右=f3×+f4×計算內力knp=1全跨在左半跨在右半跨上弦桿10、250.000.000000.000.000.000.000.000.0011、12-8

6、.68-6.53-2.77-440.25-410.45-358.34-200.98-108.59-440.2513、14-13.48-9.57-5.04-683.71-629.51-566.73-298.09-186.78-683.7115、16-15.20-9.01-6.83-770.94-685.15-654.94-292.36-238.80-770.9417-14.72-8.29-8.29-746.60-657.48-657.48-272.43-272.43-746.60下弦桿14.713.621.40238.89223.78193.01110.9456.39238.89211.488.

7、413.96582.27539.72478.04260.25150.91582.27314.599975.95740.00675.97620.25313.10214.33740.00415.129.267.56766.89685.67662.10298.13256.36766.89斜腹桿276.875.032.38348.45322.94286.22155.6790.56348.4528-8.56-6.82-2.63-434.16-410.05-351.97-207.54-104.59-434.1630-5.44-3.66-2.29-275.92-251.25-232.26-115.33-81

8、.67-275.92323.702.132.02187.66165.90164.3869.6166.91187.6633-2.46-0.93-1.97-124.77-103.57-117.98-34.34-59.89-124.77341.12-0.241.7656.8137.9665.68-0.6748.4756.81/-0.67360.011.35-1.730.5119.08-23.6133.22-42.460.51/-42.4637-1.08-2.291.5654.78-71.55-18.19-61.3133.2954.78/-71.55豎桿9-0.50-0.500.00-25.36-25

9、.36-18.43-14.62-2.34-25.3629-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.7231-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.7235-1.00-1.000.00-50.72-50.72-36.86-29.24-4.67-50.72381.930650.6597.8980.1580.1524.9824.9897.89七、桿件截面設計1、上弦桿截面計算整個上弦桿采用同一截面，按最大內力計算n = -770.94kn（壓力），查鋼結構設計手冊，節(jié)點板厚度選用14mm，支座節(jié)

10、點板厚度選用16mm。計算長度 屋架平面內取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐和內力變化取因為，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，且短肢相并。如圖7.1所示。 設，查表 需要截面積 圖7.1上弦截面 需要回轉半徑 根據(jù)需要的a 、 ix 、iy ，查角鋼型鋼表，選用2，a = 50.6 c , ix = 2.85 cm , iy = 7.78cm。按所選角鋼進行驗算，滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。2、下弦桿截面計算整個桿件采用同一截面，按最大內力計算，n=766.89kn （拉力）計算長度 屋架平面內取節(jié)間軸線長度屋架平面外根據(jù)支撐布置取計算需要凈截面面積

11、圖7.2 下弦截面選用2140×90×8（短肢相并），見圖7.2所示，a =36.00 c , ix = 2.59 cm , iy =4.50cm 按所選角鋼進行截面驗算，取。 所選截面滿足要求。3、斜腹桿截面計算 斜腹桿 28n = -434.16kn (壓力)，l0x = l0y = l =254.3cm因為l0x = l0y，故采用不等肢角鋼，長肢相并，使ix = iy 選用2140×90×10，見圖7.3所示a = 44.6 c , ix = 2.56 cm , iy = 6.84cm 屬于b類截面 屬于b類截面 滿足長細比：的要求。由于只需求出

12、，查表， 圖7.3 斜腹桿28截面所選截面合適。 斜腹桿27n = 348.45kn（拉力），l0x = 0.8l = 209.3cm, l0y = l =261.6 cm計算需要凈截面面積選用256×8，見圖7.4所示 圖 7.4斜腹桿27截面a = 1674 c , ix = 1.68 cm , iy = 2.91 cm驗算： 所選截面滿足要求。 斜腹桿30n = -275.92kn (壓力)，l0x =230.2mm l0y = l =287.8mm選用280×8，見圖7.5所示，a =2460mm2 , ix =2.44cm , iy = 3.85cm 屬于b類截面

13、xxyy14 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查表 圖7.5斜桿2-13截面 xxyy14所選截面合適。斜腹桿 32n =187.66kn（拉力），l0x = 0.8l = 229.4cm, l0y = l =286.7 cm計算需要凈截面面積選用256×5，見圖7.6所示，a =10.82 c , ix =1.72 cm , iy =2.77 cm驗算： 圖 7.6 斜腹桿32截面 所選截面滿足要求。 斜腹桿 33n = -124.77 (壓力)，l0x =251.0cm l0y = l =313.8cm選用263×8，見圖7.7所示，a =19.02c ,

14、 ix = 1.90cm , iy = 3.18cmxxyy14 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表， 圖7.7 斜腹桿33截面所選截面合適。 斜桿34 n = 56.81kn（拉力），l0x = 0.8l = 250.2mm, l0y = l =312.7cm計算需要凈截面面積xxyy14選用256×5，見圖7.8所示，a = 10.82c , ix = 1.72 cm , iy = 2.77 cm驗算： 圖 7.8 斜腹桿34截面所選截面滿足要求。 斜腹桿36n = -42.46kn （安裝過程中出現(xiàn)較大壓力）， l0x =27

15、2.4cm l0y = l =340.5cm選用263×4，見圖7.9所示，a =9.96c , ix = 1.96cm , iy = 3.09cmxxyy14 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查表， 圖7.9 斜腹桿36截面所選截面合適。 斜桿37n = -71.55kn (安裝過程中出現(xiàn)較大壓力)l0x =271.4cm l0y = l =339.3cm 選用263×6，見圖7.10所示 a =14.58c , ix = 1.93cm , iy = 3.06cm驗算 xxyy14 由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表 圖7.10 斜腹桿3

16、7截面所選截面合適。4、豎桿截面計算邊豎桿 9n = -25.36kn (壓力)，,l0x = l0y = l =201.5cm 選用263×10，a =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿29 n = -50.72kn (壓力)，,l0x =184.0cm l0y =230.0cm 選用263×10， a =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需

17、求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿31n = -50.72kn (壓力)， l0x =208.0cm l0y =260.0cm 選用263×10， a =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。豎桿35n = -50.72kn (壓力), l0x =232.0m l0y =290.0cm 選用263×10， a =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 屬于b類截面 屬于b類截面滿足長細比：的

18、要求。由于只需求出，查軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)表，所選截面合適。 中豎桿38n =97.89kn (拉力)， l0x =288.0m l0y =320.0cm 選用263×10， a =23.32 c , ix = 1.88cm , iy = 3.07cm 滿足長細比：的要求。所選截面合適。 圖7.11中豎桿截面圖屋架桿件一覽表 表二桿件桿內力kn計算長度截面形式及角鋼規(guī)格截面積（c）回轉半徑長細比容許長細比系數(shù)min(n/m)loxloyix iymax上弦-770.94150.8300，0短肢相并2l160×100×1050.62.857.7852.901500

19、.842-180.95下弦766.89300.01185.0短肢相并2l140×90×836.02.954.50263.33350213.4斜腹桿27348.45209.3261.62l56×816.741.682.91124.6350208.228-434.16254.3254.3長肢相并2l140×90×1044.62.566.8499.34150-0.559-174.1430-275.92230.2287.82l80×824.62.4438594.31500.596-188.232187.66229.4286.。72l56

20、15;510.821.72277133.4350173.433-124.77251.0313.82l63×819.021.903.18132.11500.378-173.53456.81250.2312.72l56×510.821.722.77145.535052.536-42.46272.4340.52l63×49.961.963.09139.01500.349-122.237-71.55271.4339.32l63×614.581.933.06140.61500.342-143.5豎桿9-25.36201.5201.52l63×1023.3

21、21.883.07107.21500.510-21.329-50.72184.0230.02l63×1023.321.883.0797.91500.568-3531-50.72208.0260.02l63×1023.321.883.07110.71500.489-44.535-50.72232.0 290.02l63×1023.321.883.07123.41500.418-52.03897.89288.0320.0十字形2l63×1023.321.883.07153.235042.0八、節(jié)點設計圖8.1鋼屋架節(jié)點圖重點設計“1”、“2”、“11”、“1

22、8” “5”五個典型節(jié)點，其余節(jié)點設計類同。1下弦2節(jié)點設計步驟：根據(jù)腹桿的內力計算腹桿與節(jié)點連接焊縫的尺寸，即hf和lw 。然后根據(jù)lw的大小比例繪出節(jié)點板的形狀和大小，最后驗算下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫。選用e43焊條，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值160n/m，實際所需的焊腳尺寸可由構造確定。 （1）11-2桿的內力n=348.45kn，采用三面圍焊，肢背和肢尖焊縫hf=6mm，所需要的正面角焊縫長度為：肢背，取160mm肢尖，取60mm（2）13-2桿的內力n= -275.92kn，采用三面圍焊，肢背與肢尖的焊縫hf=6mm，所需要的正面角焊縫長度為：肢背，取110mm肢尖，取60m

23、m（3）豎桿2-12桿的內力n= -50.72kn，采用三面圍焊，焊縫尺寸可按構造確定取hf=8mm。所需要正面角的焊縫長度為：因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。肢背，取40mm肢尖，因8xhf=64mm，故取70mm（4）下弦桿焊縫驗算下弦桿與節(jié)點板連接焊縫承受兩相鄰下弦內力之差。n582.87238.89343.98kn肢背焊縫驗算，hf8mm， 160n/mm2滿足要求。根據(jù)節(jié)點放樣，得節(jié)點板尺寸為345×300，節(jié)點圖如圖8.2所示。2上弦11節(jié)點：（1） 11-2桿節(jié)點板連接的焊縫計算與下弦節(jié)點2中11-2桿計算相同。 （2）1-11桿n-434.16 kn 圖8.2下弦節(jié)點2采

24、用三面圍焊，設肢背和肢尖 hf = 8mm，所需要正面角的焊縫長度為：因為，所以按兩面?zhèn)群缚p計算。 lw116201.6，取lw1210mm lw21688.7，取lw290m為便于在上弦桿擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣縮進8mm，用槽焊縫把上弦桿和節(jié)點板連接起來。槽焊縫按兩條角焊縫計算，其強度設計值乘以0.8的折減系數(shù)。計算時略去屋架上弦坡度的影響，假定集中荷載與上弦垂直。上弦肢尖焊腳尺寸，肢背焊腳尺寸，p50.72kn。節(jié)點板尺寸為315x405，設肢尖焊縫=5mm，假定集中荷載p與上弦垂直，忽略屋架上弦坡度影響。肢背焊縫驗算：肢尖焊縫驗算：內力差焊縫強度滿足要求，節(jié)點圖如圖8.3所示。圖8.

25、3上弦節(jié)點113、屋脊18節(jié)點（1）弦桿一般都采用同號角鋼進行拼接，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）。拼接角鋼的部分削弱，可以借助節(jié)點板來補償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內力計算。設拼接角鋼與受壓弦桿之間的角焊縫hf =10mm，則一條腳焊縫的計算長度為：拼接角鋼的長度+弦桿桿端空隙，拼接角鋼長度取400mm，豎肢需切去，取為30mm，并按上弦桿坡度熱彎。（2）上弦與節(jié)點板間的焊槽，假定承受節(jié)點荷載，驗算略與節(jié)點11處槽焊縫驗算方法類似驗算過程省略。上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，應按上弦內力的15%計算，設肢尖

26、焊縫hf=10mm，節(jié)點板長度為360mm，設肢尖焊縫hf =10mm，節(jié)點一側弦桿焊縫的計算長度為lw=360/2-5-10=165mm，焊縫應力為：=160kn/mm2滿足要求因屋架跨度很大，需將屋架分為兩個運輸單元，在屋脊節(jié)點和下弦跨中節(jié)點設置工地拼接，左半邊的上弦和豎桿與節(jié)點板采用工廠焊接，而后半弦的上弦與節(jié)點板的連接采用工地焊接。屋脊節(jié)點如圖8.4所示。圖8.4屋脊節(jié)點184、下弦跨中5節(jié)點設計（1）下弦接頭設于跨中節(jié)點處，連接角鋼取與下弦桿相同截面2140×90×8，焊縫高度hf=10mm，焊縫長度為：lw=（766.89×103）/（4×0

27、.7×10×160）+16=171.2mm，取lw=175mm連接角鋼長度lw=2×175+10=360mm，取lw=360mm下弦桿與節(jié)點板，斜桿與節(jié)點板之間的連接焊縫按構造設計。（2）弦桿與節(jié)點板連接焊計算：按下弦桿內力的15%計算。n=766.89×15%=115.04kn設肢背、肢尖焊肢尺寸為10 mm，弦桿一側需焊縫長度為肢背lw=（0.75×115.04×103）/（2×0.7×10×160）+20=58.5mm，取60mm，肢尖lw=（0.25×115.04×103）/（2×0.7×10×160）+20=27.2mm。取40mm腹桿與節(jié)點板連接焊縫的計算方法與以上幾個節(jié)點相同，節(jié)點圖見圖8.5所示。圖8.5下弦拼接節(jié)點55、 支座1節(jié)點為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座底板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線上設置加勁肋。加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為14mm。（1）支座底板的計算支座反力ra=rb=507.2kn 按構造要求采用底板面積采用a×b=