鋼結構課程設計一一21m跨鋼屋架設計計算書1設計資料某廠房總長度90m,跨度L=21m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距6m。結構形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度等級為C30，屋面坡度i=L/10；L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，不考慮地震設防，屋架下弦標高為18m；廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q345鋼，焊條為E50型。屋蓋結構及荷載無檁體系：采用1.5x6.0m預應力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）荷載：屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式0=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；載0?6kN/m2。③屋面各構造層的荷載標準值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層載0?6kN/m2。③屋面各構造層的荷載標準值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0?7kN/m2一氈二油隔氣層0.05kN/m2水泥砂漿找平層0.3kN/m2預應力混凝土屋面板1.45kN/m22結構形式與布置屋架支撐布置如圖7.31所示。1501350]。egh1500X1501350]。egh1500X7=10500屋面活荷載與雪荷載不會同時出現(xiàn)，從資料可知屋面活荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經(jīng)驗公式計算，跨度單位為m。

荷載永久荷載：預應力混凝土屋面板屋架及支撐自重三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層水泥砂漿找平層保溫層一氈二油隔汽層水泥砂漿找平層1.45x1.35=1.958kN/m2(0.12+0.011x21)x1.35=0.474kN/m20.4x1.35=0.54kN荷載永久荷載：預應力混凝土屋面板屋架及支撐自重三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層水泥砂漿找平層保溫層一氈二油隔汽層水泥砂漿找平層1.45x1.35=1.958kN/m2(0.12+0.011x21)x1.35=0.474kN/m20.4x1.35=0.54kN/m20.4x1.35=0.54kN/m20.7x1.35=0.945kN/m20.05x1.35=0.068kN/m20.3x1.35=0.405kN/m2可變荷載：屋面活荷載積灰荷載（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載及可變荷載：F=（4.929+1.82）x1.5x6=60.74kN（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載全跨節(jié)點永久荷載：F=4.929x1.5x6=44.36kN1半跨節(jié)點可變荷載：F=1.82x1.5x6=16.38kN（3）全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點屋架自重：F=0.474x1.5x6=4.266kN半跨節(jié)點屋面板自重及活荷載：F=（1.9575+0.98）x1.5x6=26.44kN（1）、（2）為使用階段荷載情況，（3）為施工階段荷載情況。4內(nèi)力計算

屋架在上述3種荷載組合作用下的計算簡圖見圖7.32所示。由已知得F=1的屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨），然后求出各種荷載情況下的內(nèi)力進行組合，計算結果見表7.6。(a)(b)F/2(c)(b)F/2(c)屋架支撐布置如圖7.31所示。CC2LG56000*15=9000021屋架下弦支撐布置圖LG5CC5LG5LG5CC2GCGLG4LG5GG2LG5LG4LG5LG4LG5屋架下弦支撐布置圖GG2CC5GG2LG5LG4LG5GG2LG5符號說明：SC-上弦支撐XC一下弦支撐CC一垂直支撐GG一剛性系桿LG—柔性系桿圖7.31屋架支撐布置桿件名稱內(nèi)力系數(shù)（F=1）第1種組合Fx①1第2種組合第3種組合計算桿件內(nèi)力（kN）全跨①左半跨②右半跨③Fx1+F2x②Fx①+F2x③+F4x1②Fx?+F4x③上弦AB000000000BC/CD-7.472-5.31-2.162-453.84928-418.43572-366.87148-172.272-89.0388-453.85DE、EF-11.262-7.339-3.923-684.05388-619.79514-563.84106-242.087-151.768-684.05FG/GH-12.18-6.861-5.319-739.8132-652.68798-627.43002-233.365-192.594-739.81下弦ab4.13.011.09249.034231.1798199.730297.07546.3102249.03bc9.7446.6633.081591.85056541.38378482.71062217.7376123.0295591.85cd11.9627.3264.636726.57188650.6342606.572244.7293173.6057726.57dd'11.7685.8845.884714.78832618.4084618.4084205.7752205.7752714.79斜腹桿aB-7.684-5.641-2.043-466.72616-433.26182-374.32658-181.928-86.7969-466.73Bb5.8083.961.848352.77792322.50768287.91312129.479373.63805352.78bD-4.409-2.633-1.776-267.80266-238.71178-224.67412-88.4253-65.7662-267.8Dc2.7921.2221.57169.58608143.86948149.5697244.2203553.42147169.59cF-1.572-0.047-1.525-95.48328-70.50378-94.71342-7.94883-47.0272-95.48Fd0.328-1.0391.36719.92272-2.4687436.94154-26.071937.5427337.54dH0.7131.913-1.243.3076262.9636211.9726853.62138-28.686362.96豎直桿Aa-0.5-0.50-30.37-30.37-22.18-15.353-2.133-30.37Cb/Ec-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74Gd-1-10-60.74-60.74-44.36-30.706-4.266-60.74注：F=60.74kN；F=4436kN；F=16.38kN；F=4.26kN；F=26.44kN。1?2345桿件設計（1）上弦桿整個上弦采用等截面，安FG、GH桿件之最大設計內(nèi)力設計。N=-739.810kN=-739810N，上弦桿計算長度10=150.75cm在屋架平面外：根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況10=3x150.75=452.25cm。因為10廣31&，故截面宜選用兩個等肢角鋼短肢相并（圖7.35）。腹桿最大內(nèi)力N=-486.09kN，查表7.5，節(jié)點板厚度選10mm支座節(jié)點板厚度用12mm。設人=60，查附錄中附表2.2得中=0.807。K7.35上弛覦面N770507需要截面積中=0.807A=——==2957.23mm2中f0.807x310需要得回轉半徑：iX=上=150.75=2.5125cm需要得回轉半徑：iX=上=150.75=2.5125cm人60l452.25「eu=-°y==7.5375cm人60根據(jù)需要的A、i、i查角鋼規(guī)格表（附表6），選用2Z140x90x8，A=36.076cm2，i=2.59cm，i=6.73cm，按所選角鋼進行驗算:l150.75=-0x==58.22<仇」=150，i2.59l452.25—cMis=-0y==67.2<快」=150i6.73V滿足長細比的要求。由于人＞人，只需求中。查表得中=0.768。一770507一一770507一=267.01N/0.768x3607.6'mm<3102N所需截面合適。./mm2（2）下弦桿整個下弦采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的eg桿計算。N=N=726570NI。=300cm，I。=1035cmN726570ccmrr所需截面為A=—==23.4377cm2nf310選用2Z140x90x8，因為匕v<l0y，故選用不等肢角鋼短肢相并?！璫…、…”cf…cl1035A=36.076cm2>24.93cm2，i=2.59cm，i=6.73cm，人=半=———=153.8<350y人=-9芳==115.8<350xi2.59（3）端斜桿aB桿件軸力N=-466730N計算長度10.=10廣253cm，因為、=10"故采用不等肢角鋼長肢相并，使

i-i。選用2L110x70x8，貝QA=27.888cm2,七=3.51cm,i=2.92cm人=上=253=72.08,人=上=竺=86.64xi3.51yi2.92因為人>X，只求中=0.645。=259.47=259.47<310kN//mm2所需截面合適。N466730

b==甲A0.645x2788.8(4)豎桿GdS7.36N=-60740N,L=289X0.8=231.2cm,L=289cm0x0y內(nèi)力較小，按［入］=150選擇，需要的回轉半徑為：i=L/［入］=231.2/150=1.54cmi=L/［入］=289/150=1.93cmYIJYLJV(JVLJxxyy查型鋼表，選截面的回轉半徑較計算的要略大些，選用2L56X5ix=1.72cm，i=2.69cm，A=1083mm21x=/0x/ix=231.2/1.72=134.42<150入；=l0；/i；=289/2.28=107.43<150入x>1y，只求甲x=0.368b=N/甲xA=60740/(0.368X1O83)=152.4N/mm2<310N/mm2其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出，現(xiàn)將計算結果列于表2中。

應(mm06240268222222929220832289209422244數(shù)系定穩(wěn)yp6044卬80402040906060許比容細02300230003200300比細長X268227748962207249802224222X288221320777202822222292236242832)mc(徑半轉回iy76766282046204436243626243ix529323727272427242327242)mc(度長算計1032402223622248246222423423923310810322222002282222222202944994232272積面面截03703069882882228826222262206922822一格規(guī)面截」立9女41立9女41實2立0&02立9實2立9實6玄2實6實2玄2實6計)837-22733-766-72346-862-69646-29-0463-46-66-6件桿編號FG、GdAaBaBbCbbDDcEFFGddH名稱上弦下弦腹桿桿件截面選擇表桿件截面選擇表6節(jié)點設計(1)下弦節(jié)點“b”(圖7.37)60.74KN2L90X8.2L56X52L90X-606-708-T2033578KN就"KK591.85KN249.03KN2L140X90X'8用焊條為E50型的抗拉，抗壓，抗剪強度弦點*=200N/mm2。設“Bb”桿的肢背和肢尖焊縫h=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為：f肢背:廠二0.7N/2hfwf=0.7X325780/(2X0.7X8X200)=102mm取12cm肢尖：七〃二0.3N/2hfwf=0.3X325780/(2X0.7X6X200)=58.2mm取7cm設“bD”桿的肢背和肢尖焊縫h=8mm和6mm，則所需的焊縫長度為：f肢背：廠二0.7N/2hfwf=0.7X267800/(2X0.7X8X200)=83.7mm取10cm肢尖：'〃=0.3N/2hfwf=0.3X267800/(2X0.7X6X200)=47.8mm取6cm“Cb”桿的內(nèi)力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取h=5mm.。60.74KN2L90X8.2L56X52L90X-606-708-T2033578KN就"KK591.85KN249.03KN2L140X90X'8下弦與節(jié)點板的焊縫長度為250mm，hf=6mm。焊縫所受的力為左右兩下弦桿的內(nèi)力差△N=591.85-249.03=342.82KN，受力較大的肢背處的焊縫應力為tf=0.75X342820/(2X0.7X6X(350-12))=90.6N/mm2<200N/mm2⑵上弦節(jié)點“B”(圖7.38)0KN「一453.85KN10-1308-18-12C5-70'2L110X70X8466.73KN352.78KN上弦節(jié)點〃B”“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同。0KN「一453.85KN10-1308-18-12C5-70'2L110X70X8466.73KN352.78KN上弦節(jié)點〃B”“Bb”桿與節(jié)點板的焊縫尺寸和節(jié)點“b”相同?！癮B”桿的肢背和肢尖焊縫hf=10mm和8mm，則所需的焊縫長度為：肢背:/w'=0.7N/2h〃0.65X466730/(2X0.7X10X200)=108.3mm取13cm肢尖:/"=0.3N/2hfW=0.35X466730/(2X0.7X8X200)=72.9mm取10cm為了成于在上弦上擱置屋面板，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背8.用槽焊縫把上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。曹焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度設計值剩以0.8的折減系數(shù)。計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載p與上弦垂直。上弦肢背槽焊縫的內(nèi)應力為hf=1/2X節(jié)點板厚度二1/2X10=5mm,hf''“上弦與節(jié)點板間焊縫長度為=10mm480mm.土(N、-N+2x0.7h'l'N/mm2<0.8ff=0.8x200=160N/mm2上弦肢尖角焊縫的剪應力為(P/(2x1.22))2"0.75x453850)2+(60740/(2x1.22))2==125.022x0.7x5x(400-10)山2(吐-N2)l+(P/(2x1.22))22x0.7h"l"

fwN/mm2<200N/mm2_*(0.25x453850)2+(60740/(2x1.22))22x0.7x10x(400-20)=21.83(3)屋脊節(jié)點“H”12L140X90X8739.81KN2L12L63X52L6362.96KN162.96KN40X90X890739.81KN10屋脊節(jié)點〃12L140X90X8739.81KN2L12L63X52L6362.96KN162.96KN40X90X890739.81KN10屋脊節(jié)點〃H"7.39設焊縫hf=10mm，則所需焊縫計算長度為/w=739810/(4X0.7X10X200)=132.11mm拼接角鋼的長度取460mm>2X132.11mm=264.22mm.上弦與節(jié)點板之間的槽焊，假定承受節(jié)點荷載，上弦肢尖與節(jié)點板的連接焊縫，則節(jié)點一側按上弦內(nèi)力的15%計算。設肢尖焊縫h=10，節(jié)點板長度為45cm弦桿焊縫的計算長度為lw=45/2-1-2=19.5cm，焊縫應力為：則節(jié)點一側40.65N/mm20.15x739810Tn=40.65N/mm2f2x0.7x10x195100.06N/mm20.15x739810x80x6Cm=100.06N/mm2f2x0.7x10x1952"(Tn)2+(ZL)2=91.54N/mm2<200N/mm2f1.22因屋架的跨度較大，需將屋架分成兩個單元，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，斜桿和豎桿與節(jié)點板連接用工廠焊接，而右半邊的上弦，

斜桿與節(jié)點板的連接用工地焊接。腹板與節(jié)點板連接焊接計算方法與以上幾個節(jié)點相同(4)支座節(jié)點“a”30.37KN249.03KN支座節(jié)點〃a〃為了便于施焊，下弦桿角鋼水平肢的底面與支座地板的凈距離取160mm。在節(jié)點中心線設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相等，厚度為30.37KN249.03KN支座節(jié)點〃a〃支座底板的計算支座反力：R=425180N支座底板的平面尺寸采用280mmX360mm，如考慮有加勁肋部分的底板來承受支座反力，則承壓面積為280X214=59920mm2。驗算柱頂混泥土的抗壓強度q=R=425180/59920=7.10N/mm2An

其中對于C30混泥土的強度設計值f=14.3N/mm2>7.10N/mm2底板的厚度按屋