钢结构屋架设计计算报告书.doc

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,混泥土强度级别为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。构造重要度系数为，屋面恒荷载原则值为。屋面活荷载为，雪荷载为，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,檩距为1.866m。

图1 屋架形式和几何尺寸

3. 支撑布置
上、下弦横向水平支撑设立在厂房两端和中部同一柱间，并在相应开间屋架跨中设立垂直支撑，在别的开间屋架上弦跨中设立一道通长刚性细杆，下弦跨中设立一道通长柔性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑布置见图2。

图2 支撑布置图

4. 檩条布置
檩条设立在屋架上弦每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，因此在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设立斜拉条和撑杆。

5. 荷载原则值
上弦节点恒荷载原则值
上弦节点雪荷载原则值
由檩条传给屋架上弦节点恒荷载如图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
屋架杆件内力组合表 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
13.5
71.69
50.22
9.75
36.27
156.33
136.8
156.33
7-8
13.5
71.69
50.22
9.75
36.27
156.33
136.8
156.33
8-9
12
63.72
44.64
8.25
30.69
138.96
119.43
138.96
9-10
10.5
55.76
39.06
6.75
25.11
121.59
102.06
121.59
10-11
9
47.79
33.48
5.25
19.53
104.22
84.69
104.22
竖直腹杆
2-7
0
0
0
0
0
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
1.5
7.97
5.58
1.5
5.58
17.37
17.37
17.37
6-11
4
21.24
14.88
2
7.44
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
-24.55
5-11
-2.5
-13.28
-9.3
-2.5
-9.3
-28.95
-28.95
-28.95

7. 截面选取
屋架杆件选取验算表 表-2

8. 节点设计
8.1杆件焊缝尺寸计算
屋架杆件焊缝计算 表-3
杆件名称
杆件编号
截面规格
（mm）
杆件内力
（kN）
肢背焊缝尺寸

肢背焊角长度

肢尖焊角尺寸

肢尖焊缝长度

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
40
4-9
2L56X4
11.58
5
40
4
40
5-10
2L56X4
17.37
5
40
4
40
6-11
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
40
4-10
2L56X4
-24.55
5
40
4
40
5-11
2L56X4
-28.95
5
40
4
40
注：表中焊缝计算长度 。不不大于和40mm其中较小值。

8.2 形心距离拟定
屋架各杆件角钢背面距离如图表-4，表中为杆件重心线至角钢背面距离。
屋架各杆件角钢背面距离 表-4
杆件名称
杆件截面
重心距离

轴线距离

备注
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
15

4-10
2L56X4
15.3
15

5-11
2L56X4
15.3
15

8.3 节点设计
8.3.1 支座节点

图5 支座节点”1”
(1) 上弦杆节点连接计算
A. 支座底板计算
支座反力
设a,b取12cm,则
底板承压面积
底板下应力
底板最大弯矩 ，由于,则

支座厚度
B. 加劲肋计算
加劲肋厚度取与节点相似。加劲肋与节点板连接焊缝计算：
假定一块加劲肋承受屋架支座反力四分之一,即

焊缝受剪力,弯矩，设焊缝，焊缝计算长度：
由焊缝应力公式得

=
=25.41<
C. 支座底板连接焊缝
假定焊缝传递所有支座反力设焊缝,支座底板连接焊缝长度为：

=
=804
由公式得,
,满足规定。

D. 上弦杆与节点板连接焊缝
上弦杆与节点板连接焊缝：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集中荷载 .节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦内力差。节点1槽焊缝,其中
为节点板厚度

由公式 ,可见塞焊缝普通不控制,仅需验算肢尖焊缝。
角钢肢尖角焊缝焊角尺寸,计算长度

上弦杆内力差N=-164.78KN,偏心距,则由公式得,

她
可见,肢尖焊缝满足规定。

(2) 上弦弦间节点板计算
为便于上弦节点搁置屋面板,节点板上边沿缩进肢背10mm，采用塞焊缝，按 2条角焊缝计算。计算时可略去屋架上弦坡度影响,而假定集中荷载与上弦垂直。
对于上弦节点”5”

图6 上弦节点”5”

A. 上弦杆肢背与节点板连接焊缝
节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接,假定塞焊缝只承受屋面集中荷载 。节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦内力差。节点1槽焊缝,其中为节点板厚度。

由公式
可见塞焊缝普通不控制。

B. 上弦杆肢尖与节点板连接焊缝
角焊缝焊角尺寸,计算长度

上弦杆内力差N=-18.29KN,偏心距,则由公式得,

可见,肢尖焊缝满足规定。

对于其她2,3,4,5上弦节点,由于节点板尺寸长均不不大于"5"号节点,而其所受节点集中力和弦杆轴向内力差都相等,故别的上弦节点只要在上弦杆肢背和肢间处采用满焊即可。

(3) 下弦节点”10”

图7 下弦节点”10”
A. 下弦杆与节点板连接焊缝
下弦与节点板连接焊缝长度为300mm，，内力差N=-17.37KN
受力较大肢背处焊缝应力为

故按构造满焊即可。
由于下弦节点7,8,9节点板尺寸长均不不大于"10"号节点板,故其所受弦杆轴向力内力差都相等，故别的上弦节点只要在上弦杆肢背和肢间处采用满焊即可。

(4) 上弦节点”6”

图8 上弦节点”6”
A. 上弦杆肢背与节点板连接焊缝
上弦杆与节点板连接焊缝：节点板与上弦角钢肢背采用塞焊缝连接,假定塞焊缝只承受屋面集中荷载 。节点1塞焊缝,其中为节点板厚度。

由公式 ,
可见塞焊缝普通不控制。
B. 上弦杆肢尖与节点板连接焊缝
肢尖角焊缝焊角尺寸，计算长度
上弦杆与节点板连接焊缝计算按肢间焊缝承受上弦杆内力15%计算。内力差KN,偏心距，则由公式得：

可见,肢尖焊缝满足规定。
C. 上弦拼接杆计算
上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧焊缝长度为

取60mm.则角钢长度为。考虑到拼接节点刚度,拼接角钢长度取为600mm。
为了使拼接角钢和弦杆之间能紧贴便于施焊,需将拼接角钢棱角铲去，把竖向肢切去，t为拼接角钢厚度.拼接角钢截面削弱,由节点板来补偿。

(5) 下弦节点”11”

图9下弦节点”11”
A. 下弦杆拼接焊缝计算
拼接角钢与下弦杆用相似规格,选用,下弦杆与拼接角钢之间角焊缝焊角尺寸采用。依照公式得下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧焊缝长度为,

取145mm,拼接角钢长度为2mm。
为使拼接角钢与弦杆之间密合,并便于是施焊,需将拼接角钢尖角切除,且截取垂直肢一某些宽度.拼接角钢这部削弱,可靠节点板来补偿。
B. 下弦杆与节点板连接焊缝
按杆件内力15%计算,设肢背处焊角尺寸为=5mm,则需要焊缝长度为：

设肢尖处焊角尺寸为=5mm,则需要焊缝长度为：

(6) 节点板在斜腹杆作用下稳定计算
对于有竖腹杆相连节点板,选用2-8杆作用下8号节点板进行计算。

图10节点稳定计算中c值
可不进行稳定计算。
其中,c为受压腹杆2-8连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆净距离。
由于8号节点板中斜腹杆c 值是最大,而t值都相等,故其她节点板稳定性不需计算。

(7) 节点板强度计算
选用5-11杆作用下5号节点板进行计算。

图11 节点有效宽度
“5”节点5-11杆内力P=-28.95kN,板件有效宽度=114mm,板件厚度t=8mm,

故节点板强度满足规定。由于其她节点板均不大于此值,故其她节点板强度满足规定。

(8) 填板计算
杆件中填板数量 表-5

杆件名称

杆件编号
杆件长度（mm ）
i
(回转半径) （cm）
填板最大间距
节点间填板个数
填板间距（mm ）
拉杆
压杆
80 i
（cm）
40 i
(cm)

上弦杆
1-2
1866
2.76

110.4
2
600
2-3
1866
2.76

110.4
2
600
3-4
1866
2.76

110.4
2
600
4-5
1866
2.76

110.4
2
600
5-6
1866
2.76

110.4
2
600

下弦杆
1-7
1770
2.46
196.8

2
600
7-8
1770
2.46
196.8

2
600
8-9
1770
2.46
196.8

2
600
9-10
1770
2..46
196.8

2
600
10-11
1770
2.46
196.8

2
600

竖腹杆
2-7

3-8

4-9
1770
1.73
138.4

2
600
5-10
2360
1.73
138.4

2
800
6-11
2950
2.18
177.4

3
700

斜腹杆
2-8

3-9
2127
1.73

69.2
2
700
4-10
2503
1.73

69.2
3
600
5-11
2950
1.73

69.2
4
600
注：每节间不应少于两个填板。