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 13=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=0.5×1.77×6=5.31kN 上弦节点恒荷载标准值P1=0.5×1.866×6×√10=0.35×1.77×6=3.72kN 上弦节点雪荷载标准值P2=0.35×1.866×6×√10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杆件名称杆件编号恒荷载及雪荷载半跨雪荷载内力组合最不利荷载（kN）内力系数恒载内力（kN）雪载内力（kN）内力系数半跨雪载内力（kN）1.2恒+1.4雪（kN）1.2恒+1.4半跨雪（kN）1 2 3 4 5 2+3 2+5上弦杆1-2 -14.23-75.56 -52.94 -10.28-38.24 -164.78 -144.21 -164.78 2-3 -12.65-67.17 -47.06 -8.7-32.36 -146.49 -125.92 -146.49 3-4 -11.07-58.78 -41.18 -7.11-26.45 -128.19 -107.57 -128.19 4-5 -9.49-50.39 -35.30 -5.53-20.57 -109.89 -89.27 -109.89 5-6 -7.91-42.00 -29.43 -3.95-14.69 -91.60 -70.97 -91.60下弦杆1-7 13.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 7-8 13.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 8-9 1263.72 44.64 8.2530.69 138.96 119.43 138.96 9-10 10.555.76 39.06 6.7525.11 121.59 102.06 121.59 10-11 947.79 33.48 5.2519.53 104.22 84.69 104.22竖直腹杆2-7 00 0 00 0 0 0 3-8 0.5 2.66 1.86 0.5 1.86 5.79 5.79 5.79 4-9 1 5.31 3.72 1 3.72 11.58 11.58 11.58 5-10 1.57.97 5.58 1.5 5.58 17.37 17.37 17.37 6-11 421.24 14.88 27.44 46.32 35.90 46.32斜腹杆2-8 -1.58-8.39 -5.88 -1.58-5.88 -18.30 -18.30 -18.30 3-9 -1.8-9.56 -6.70 -1.8-6.70 -20.84 -20.84 -20.84 4-10 -2.12-11.26 -7.89 -2.12-7.89 -24.55 -24.55 -24.555-11 -2.5-13.28 -9.3 -2.5-9.3 -28.95 -28.95 -28.957.截面的选择屋架杆件的选择验算表表-28.节点设计8.1杆件焊缝尺寸的计算杆件名称杆件编号截面规格（mm）杆件内力（kN）肢背焊缝尺寸h f1(mm)肢背焊角长度l w′(mm)肢尖焊角尺寸h f2(mm)肢尖焊缝长度l w′(mm)上弦杆1-2 2L90X8 -164.78 6 100 6 60 下弦杆1-7 2L80X7 156.33 6 100 6 60 竖腹杆2-7 L56X4 0 5 40 4 40 3-8 L56X4 5.79 5 40 4 404-9 2L56X4 11.58 5 40 4 405-10 2L56X4 17.37 5 40 4 406-11 2L56X4 46.32 5 40 4 40 斜腹杆2-8 L56X4 -18.30 5 40 4 40 3-9 2L56X4 -20.84 5 40 4 404-10 2L56X4 -24.55 5 40 4 405-11 2L56X4 -28.95 5 40 4 40w w f w f8.2 形心距离的确定屋架各杆件的角钢背面的距离Z0’如图表-4，表中Z0’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Z0’表-4杆件名称杆件截面重心距离轴线距离备注Z0(mm)Z0’(mm)上弦杆2L90X8 25.2 25下弦杆2L80X7 22.3 25腹杆2-7 L56X4 15.3 15 3-8 L56X4 15.3 15 4-9 2L56X4 15.3 15 5-10 2L56X4 15.3 15 6-11 2L56X4 15.3 15 2-8 L56X4 15.3 15 3-9 2L56X4 15..3 154-10 2L56X4 15.3 155-11 2L56X4 15.3 158.3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a1=√2×12=16.9cm,b1=a12=8.45cm底板的承压面积A=24×24−π22−2×4×5×=523cm2底板下的应力q=RA n=57.90×103523×102=1.11N mm2⁄<βc f c=√240×24052300= 8N/mm2底板的最大弯矩M=βqa12 , 由于b1a1⁄=0.5,取β=0.06,则M=0.06×1.11×1692=1902.16N∙mm支座厚度t=√6Mf=√6×1902.16204.25=7.47mm,取12mmB.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14×57.90=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+(6M2×0.7×βf h f×l w2)2=√(14.48×1032×0.7×5×166)2+(6×868.80×1032×0.7×1.22×5×1662)2=25.41N mm 2⁄<f f w =160N 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 =R0.7βf hf ∑L w=57.90×1030.7×1.22×8×804=10.54mm <f f w =0.95×160=152N mm 2⁄,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 P =11.58kN .节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦的内力差∆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=11.58×1032×0.7×5×640=2.58N mm 2⁄<f f w=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上弦杆的内力差N=-164.78KN,偏心距M =Ne, e =65mm ,则由公式得, σf =6M2×0.7×h f2×l w2=6×164.78×103×652×0.7×5×640=22.41N mm 2⁄τf =N2×0.7×h f2×l w=164.78×1032×0.7×5×640=36.48N mm 2⁄他√(σf βf)2+τf2=√(22.411.22)2+36.48=41.12N mm 2⁄<f f w =0.95×160=152N mm 2⁄ 可见,肢尖焊缝满足要求。