厂房钢屋架计算书.doc

一、设计资料
厂房总长90ｍ，跨度根据不同学号为24m。
1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于—20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18ｍ；厂房内桥式吊车为2台150/30 t（中级工作制），锻锤为2台５t 。
2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号用Q235钢，焊条为E43型。
3、屋盖结构及荷载
采用无檩体系。
用1.5×6.0预应力混凝土屋板。
荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.11L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以KN/m2为单位；
②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7 KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.35 KN/m2，施工活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载根据不同学号按附表取：0.7 KN/m2；
③屋面个构造层的荷载标准值：
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.4KN/m2
水泥砂浆找平层 0.4KN/m2
保温层 0.5KN/m2
一毡二油隔气层 0.05KN/m2
水泥砂浆找平层 0.3KN/m2
预应力混凝土屋面板 1.45KN/m2
二、屋架形式和几何尺寸
屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10；
屋架计算跨度L0＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取3190mm，下端起拱50mm。
屋架几何尺寸如图1所示：
g . 24米跨屋架几何尺寸

h . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
i . 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
支撑布置：
由于房屋长度有90米，故在房屋两端及中间设立上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设立垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设立三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。

四、屋架节点荷载
屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算：
荷 载 计 算 表
表1
荷 载 名 称
标 准 值（kN/m2）
设 计 值（kN/m2）
预应力混凝土大型屋面板
1.45
1.451.35=1.958
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层
0.4
0.41.35=0.54
水泥砂浆找平层
0.4
0.41.35=0.54
保温层
0.5
0.51.35=0.675
一毡二油隔气层
0.05
0.051.35=0.068
找平层
0.3
0.31.35=0.405
屋架和支撑自重
q=0.12+0.011L=0.384
0.3841.35=0.518
永久荷载总和
3.484
4.704
屋面活荷载
0.7
0.71.4=0.98
积灰荷载
0.9
0.91.4=1.26
可变荷载总和
1.6
2.24
计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况
1) 满载（全跨永久荷载加全跨可变荷载）
F＝（4.704+2.24）×1.5×6＝62.496kN
2) 全跨永久荷载
F1=4.704×1.5×6＝42.336kN
半垮节点可变荷载
F2＝2.24×1.5×6＝20.16kN
3) 全跨屋架和支撑自重、半跨屋面板荷载、半跨活荷载
全跨节点屋架自重：
F3=0.518×1.5×6＝4.662KN
半跨屋面板自重及半跨活荷载
F4＝（1.958+1.12）×1.5×6＝27.702KN
五﹑屋架杆件内力计算
表 2 屋架杆件内力组合表
杆件名称
内力系数（F=1）
第一种组合
F×①
第二种组合
第二种组合
杆件计算内力
（kN）
全跨
左半跨
右半跨
F1×①+ F2×②
F1×①+ F2×③
F3×①+ F4×②
F3×①+ F4×③
①
②
③
上弦杆
AB
0.000
0.000
0.000
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.000
BC;CD
-8.72
-6.25
-2.47
-544.97
-495.17
-418.97
-213.79
-109.08
-544.97
DE;EF
-13.53
-9.04
-4.49
-845.57
-755.05
-663.32
-313.50
-187.46
-845.57
FG;GH
-15.26
-9.17
-6.09
-953.69
-830.91
-768.82
-325.17
-239.85
-953.69
HI
-14.71
-7.38
-7.38
-919.32
-771.54
-771.54
-273.02
-273.02
-919.32
下弦杆
ac
4.73
3.48
1.25
295.61
270.41
225.45
118.45
56.68
295.61
ce
11.53
8.0
3.53
720.58
649.41
559.30
275.37
151.54
720.58
eg
14.65

9.34
5.31
915.57
808.52
727.27
327.03
215.40
915.57
gi
15.17
8.44
6.73
948.06
812.39
777.91
304.53
257.16
948.06
斜腹杆
aB
-8.87

-6.53

-2.34

-554.34
-507.17
-422.69
-222.25
-106.17
-554.34
Bc
6.88
4.76
-2.12
429.97
387.23
248.53
163.94
-26.65
429.97
cD
-5.44

-3.14

-2.02

-339.98
-293.61
-271.03
-112.35
-81.32
-339.98
De
3.70
1.90
1.80
231.24
194.95
192.93
69.88
67.11
231.24
eF
-2.46

0.71
-1.75
-153.74
-89.83
-139.43
8.20
-59.95
-153.74
Fg
1.11
-0.45

1.56
69.37
37.92
78.44
-7.29
48.39
78.44
gH
0.02
1.55
-1.53
1.25
32.09
-30.00
43.03
-42.29
-42.29
Hi
-1.08
-2.47
1.39
-67.50
-95.52
-17.70
-73.46
33.47
-95.52
竖杆
Aa
-0.5

-0.5

0

-31.25
-31.25
-21.17
-16.18
-2.33
-31.25
Cc
-1.0

-1.0

0

-62.50
-62.50
-42.34
-32.36
-4.66
-62.50
Ee
-1.0

-1.0

0

-62.50
-62.50
-42.34
-32.36
-4.66
-62.50
Gg
-1.0
-1.0

0
-62.50
-62.50
-42.34
-32.36
-4.66
-62.50
Ii
0
0.97
0.97
0.00
19.56
19.56
26.87
26.87
26.87
六、杆件界面设计
（1） 上弦杆
整个上弦不改变截面，按最大内力计算：
Nmax=-953.69KN，l0x=150.8cm，l0y=300.0cm(取两块大型屋面板的宽度之和为横向支撑间距，即l0y；取每个上弦杆的长度为l0x)。2l0x≈l0y，故截面应选择不等边角钢截面。
假定λ=60，则
=0.807，Areq=N/f=554300/（0.807×215）=3194.72mm2
i=lox/λ=1508/60=25.13mm
i= l/＝3000/60＝50mm
由附表7.6选2L125×80×10，短肢相并，肢背间距a=10
A=2×19.7×100=3940mm2、ix=22.6mm、iy=61.1mm
截面验算：＝l/ i＝1508/22.6=79.87<［］＝150(满足)
＝l/ i=3000/61.1=49.10<［］＝150(满足)
b/t=125/10=12.5＜0.58×3000/125=13.92
所以近似取==49.10＜=79.87，==79.87
查表4.2得＝0.688
由N/A=554300/(0.688×3940)＝204.48N/ <215(满足)
故上弦杆采用2 L125×80×10短肢相并，如下图：

（2） 下弦杆
整个下弦杆采用等截面，按最大内力N=948.06KN计算
l＝300cm l=1800/2=1200cm
由附表7.6选2 L125×80×12短肢相并a=10
A＝2×23.4＝46.8 cm，i ＝2.24cm ，i＝6.16cm
=948060/4680= 202.58N/ < 215(满足)
＝l/ i＝300/2.24=133.93<［］＝350(满足)
＝l/ i=1200/6.16=194.81<［］＝350(满足)
故下弦杆采用2 L125×80×12短肢相并，如下图：

（3） 斜腹杆gH
按压杆计算：N=-42.29KN，l0x=0.8×339.6=271.68cm，l0y=339.6cm，
选用截面2L63×6 a=10
截面几何特性：
几何面积：A=14.58cm2
回转半径：ix=1.93cm，iy=2.98cm
长细比：

b/t=63/6=10.5＜0.58×339.6/6.3=31.3
故，
因>，只需求，查表得=0.342
则= 42290/0.342×1458= 84.81N/ < 215(满足)
按拉杆计算：
N=43.03KN
=43030/1458=29.52（满足）
所以采用等肢角钢2L63×6，如下图所示

（4） 腹杆aB
N=-554.3KN，l0x=0.8l=0.8×2535=2028mm，l0y=2535mm
选用截面2L90×12 a=10
截面几何特性：
几何面积：A=40.62cm2
回转半径：ix=2.71cm，iy=4.17cm
长细比：

b/t=90/12=7.5＜0.58×253.5/9=16.3
故，
因>，只需求，查表得=0.722
则=554300/0.722×4062= 189N/ < 215(满足)
所以选择截面为2L90×12的等肢角钢，肢背间距为a=10mm，如下图：

（5） 腹杆Bc
N=429.97KN，l0x=0.8×260.8=208.6cm，l0y=260.8cm
选用截面2L90×8 a=10
截面集合特性：
几何面积：A=21.28cm2
回转半径：ix=2.79cm，iy=4.05cm
长细比：

承载力验算：
=429970/2128=202.05N/mm2< 215(满足)
所以选择截面为2L90×8的等肢角钢，肢背间距为a=10mm，如下图：

其余截面选择见下表：

屋架杆件截面选用表
杆件名称
杆件号
内力设计值（kN）
计算长度
所用截面
截面积(cm2)
计算应力（N/cm2）
允许长细比[λ]
填板数
l0x(mm)
l0y(mm)
上弦杆
FG、GH
-953.69
1508
3000
2 L125×80×10
39.4
204.48
150
每节间1
下弦杆
gi
948.06
1500
12023
2 L125×80×12
46.8
202.58
350
每节间1
腹杆
aB
-554.34
2535
2535
2L90×12
40.62
189.00
150
2
Bc
429.97
2086
2608
2L90×8
27.88
202.05
350
2
cD
-339.98
2287
2859
2L90×12
40.62
127.2
150
2
De
231.24
2287
2859
2L90×8
27.88
82.94
350
2
eF
-153.74
2503
3129
2L90×12
40.62
62.56
150
2
Fg
78.44
2495
3119
2L90×8
27.88
28.13
350
2
gH
-42.29
2717
3396
2L63×6
14.58
84.81
150
3
Hi
-95.52
2696
3370
2L63×6
14.58
189.9
150
3
Aa
-31.25
1990
1990
2L63×6
14.58
39.99
150
2
Cc
-62.50
1832
2290
2L63×6
14.58
75.47
150
2
Ee
-62.50
2072
2590
2L63×6
14.58
84.38
150
3
Gg
-62.50
2312
2890
2L63×6
14.58
98.09
150
3
Ii
26.87
2891
2891
2L63×6
14.58
18.43
200
3
七、节点设计
选用E43焊条，则焊缝的抗压、抗拉和抗剪强度设计值为：，设计时考虑无引弧的影响。
腹杆最大内力554.3KN，查表7.4选用中间节点板厚度12mm，支座节点板厚度14mm。
① 、上弦“B”节点（见附图）
计算腹杆的杆端焊缝。
NBa=-554.34KN；NBc=429.97KN；
设“Ba”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=10mm和hf=8mm
取190mm
取120mm
设“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为hf=8mm和hf=6mm
取190mm
取120mm
验算上弦杆与节点板的连接
假定上弦杆的形心线至肢背的距离为30mm，
上弦节点板的上边沿缩进上弦肢背10mm，肢背采用塞焊缝。
，由斜杆焊缝拟定的节点板尺寸，得节点板长度是：
410mm，则焊缝的计算长度为。
则肢背焊缝强度为：
肢尖焊缝承担上弦杆内力差
偏心力矩M=544970×95=36.41×10N/mm
选择，则

则肢尖焊缝强度为：

都满足规定。
② 下弦节点“c”
NcD=-339.9KN；NBc=429.97KN；NCc=-62.50KN
计算腹板与节点板的连接焊缝
B-c杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取hf1=10mm，hf2=8mm，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：
取160mm
取100mm
腹杆cD杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取：hf1=10mm，hf2=8mm
取130mm
取90mm
Cc杆因内力很小，焊缝尺寸可按构造拟定为5mm。
验算下弦杆与节点板的连接
内力差ΔN=720.58-295.61=424.97KN。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，得实际节点板长度为430mm，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度lw=430-12=418cm。肢背焊缝应力为：

③ 屋脊节点
弦杆杆端受力不大按照构造规定设立焊缝，取hf=5mm。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造规定决定焊缝尺寸。上弦杆采用2L125×80×12拼接角钢采用与上线相同的角钢，热弯成型，拼接角钢除倒棱外，竖肢需切去，取，切肢后剩余高度为h-=75mm，角焊缝用hf=8mm，按轴心受压等强度设计。
拼接角钢全截面承载力为

则上弦杆件与拼接角钢肢尖在街头一侧的焊缝长度为

共有四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：

采用拼接角钢半长为179+5=184mm，总长l=2184=368mm，取实际长度为2200=400mm。

④ 、支座节点“a”
NAa=-31.25KN、NaB=-554.3KN、Nac=295.61
1、 腹杆焊缝设计
a B肢背取190mm，hf1=10mm 肢尖取120mm，hf2=8mm。
Aa杆内力较小取构造规定，hf2=5mm，肢尖肢背取l=70mm。
ac杆设肢背焊缝厚度hf1=8mm，hf2=6mm
取140mm
取100mm
2、 根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用—390×280×12。为便于施焊。且在支座设加劲肋—140×12，高度为290mm。
（1） 板底计算
支座反力：R=8×62.5=500KN
柱采用C30混凝土，所需板底净面积为An=500000/14.3=349.65cm2
锚栓直径采用d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板面积：
A=An+A0=349.65+2×3×5+3.14×52/4=419.28cm2
按构造规定采用底板面积a×b=28×28=784cm2>419.28cm2，锚栓垫块采用—100×100×20，孔径26cm。底板实际应力：
An=784-2×3×5-3.14×52/4=734.4cm2
q=500000/73440=6.81N/mm2
a1=（140-12/2）×√2=189.5mm
b1= a1/2=94.8mm
b1/a1=0.5，查表得：ᵦ=0.056，则：
M= ᵦqa2=0.056×6.81×189.52=13694.7Nmm
所需底板厚度：t===20.02mm
用t=22mm，底板尺寸为280×280×22。
（2） 加劲肋与节点板连接焊缝计算：
一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力
V=R/4=500000/4=125000N
e=b/4=7cm
M=125000×70=8750000N/mm
验算焊缝应力：加劲肋尺寸取为290×140×12。采用hf=6mm，验算焊缝应力：
对V
对M
肢尖焊缝强度为q==90.00<160N/mm
（3）、节点板、加劲肋与底板焊缝计算：
初选=10mm,
则实际焊缝总长度:
2a+2(b-t-2c)-12hf=2×(28+28-10-2×1.5)-12×1=84cm,
焊缝设计应力为：
=R/0.7hf=16.5N/<1.22×160=195.2N/。
底板详图：

附图 节点大样：

1、节点“B”详图：

2、节点“A”详图：

3、节点“c”详图：

4、节点“C”详图：

5、节点“a”详图：