24m梯形钢屋架设计计算书

1 设计资料 1 某厂房跨度为 24m 总长 90m 柱距 6m 屋架下弦标高为 18m 2 屋架铰支于钢筋混凝土柱顶 上 45 柱截面 400 400 混凝土强度等级 为 C30 3 屋面采用 1 5 6m 的预应力钢筋混凝土大型屋面板 屋面板不考虑 作为支撑用 4 该车间所属地区为北京市 5 采用梯形钢屋架 考虑静载 预应力钢筋混凝土屋面板 包括嵌缝 二毡三油加绿豆 沙 找平层 2cm 厚 支撑重量考虑活载 活载 雪荷载 积灰荷载 6 钢材选用 Q345 钢 焊条为 E50 型 2 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 3040 1990 10500 1 10 屋架计算跨度 L0 24000 300 23700mm 端部高度取 H 1990mm 中部高度取 H 3190mm 约 1 7 4 屋架几何尺寸 如图 1 所示 190 1350 290 2590 2890 31902608 2859 319 3702535 2859 3129 39615091508150Aa c e g IBCD FG HI 1508 1200 1508150815081508 15081508 起拱50 图 1 24 米跨屋架几何尺寸 4 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 荷载名称 标准值 KN m 2 预应力钢筋混泥土屋面 板 1 4 二毡三油加绿豆沙 0 4 找平层 cm 厚 0 4 屋架及支撑重量 0 12 0 011 24 0 384 永久荷载总和 2 58 屋面活载 大于雪荷载 0 7 可变荷载总和 0 7 计算屋架时考虑下列三种荷载组合情况 1 满载 全跨静荷载加全跨活荷载 节点荷载 由可变荷载效应控制的组合计算 取永久荷载 G 1 2 屋面活荷载 Q1 1 4 屋面集灰荷载 Q2 1 4 2 0 9 则节点荷载设计值为 F 1 2 2 584 1 4 0 70 1 4 0 9 0 80 1 5 6 45 7992kN 由永久荷载效应控制的组合计算 取永久荷载 G 1 35 屋面活荷载 Q1 1 4 1 0 7 屋面集灰荷载 Q2 1 4 2 0 9 则节点荷载设计 值为 F 1 35 2 584 1 4 0 7 0 70 1 4 0 9 0 80 1 5 60 46 593 kN 2 全跨静荷载和 左 半跨活荷 由可变荷载效应控制的组合计算 取永久荷载 G 1 2 屋面活荷载 Q1 1 4 屋面集灰荷载 Q2 1 4 2 0 9 全垮节点永久荷载 F1 1 2 2 584 1 5 6 27 9072kN 半垮节点可变荷载 F2 1 4 0 70 1 4 0 9 0 80 1 5 6 17 892kN 由永久荷载效应控制的组合计算 取永久荷载 G 1 35 屋面活荷载 Q1 1 4 1 0 7 屋面集灰荷载 Q2 1 4 2 0 9 全垮节点永久荷载 F1 1 35 2 55 1 5 6 31 347 kN 半垮节点可变荷载 F2 1 4 0 7 0 70 1 4 0 9 0 80 1 5 6 31 347kN 故应取 P 46 23kN 3 全跨屋架和支撑自重 左 半跨屋面板荷载 左 半跨活荷载 集灰荷载 由可变荷载效应控制的组合计算 取永久荷载 G 1 2 屋面活荷载 Q1 1 4 屋面集灰荷载 Q2 1 4 2 0 9 全跨屋架和支撑自重 F3 1 2 0 384 1 5 6 4 4172Kn 半跨屋面板自重及半跨活荷载 F4 1 2 1 4 0 7 1 4 1 5 6 23 94kN 由永久荷载效应控制的组合计算 取永久荷载 G 1 35 屋面活荷载 Q1 1 4 1 0 7 屋面集灰荷载 Q2 1 4 2 0 9 全跨屋架和支撑自重 F3 1 35 0 384 1 5 6 4 617kN 半跨屋面板自重及半跨活荷载 F4 1 35 1 4 1 4 0 7 0 7 1 5 6 23 184kN 5 屋架杆件内力计算 见附表 16 选择杆件截面 按腹杆最大内力 N 413 28KN 查表 7 6 选中间节点板厚度为 8mm 支ab 座节点板厚度 10mm 1 上弦杆 整个上弦杆采用等截面 按最大内力 N 711 01KN 计算FH 在屋架平面内 为节间轴线长度 即 l l 150 8cm ox l 301 6cmoy 0 659 A N f 711010 0 659 310 100 34 803cm req 2 假定 70 i l 150 8 70 2 54cm xreqo i l 301 6 70 5 08cmyry 由附表 9 选 2 125 80 10 短肢相并 如下图所示 A 2 19 71 39 42 cm i 2 26cm i 6 04cm2xy 截面验算 l i 150 8 2 26 66 7 150 满足 x ox l i 301 6 6 04 49 90 56 l b 0 56 301 6 12 5 13 51 则 1 o1 3 7 b t 1 l 52 7 b1 3 7 14 1 301 6 0 8 52 7 12 5 yz12yt224 54 1 x 故由 66 7 查附表 1 2 得 0 686ma 由 N A 711 01 1000 0 686 39 42 100 262 93N f 满足 2m 故上弦杆采用 2 125 80 10 截面形式 1 下弦杆 整个下弦杆采用等截面 按最大内力 N 706 82KN 计算gi l 300cm l 2370 2 1185cm ox oy A N f 706 82 1000 310 100 22 80 cmnreq 2 由附表 9 选 2 125 80 7 短肢相并 A 2 14 1 28 2 cm i 2 3cm i 5 97cm2xy 706 82 103 28 2 102 250 65N f 满足 n N 2m l i 300 2 3 130 43 350 满足 x ox l i 1185 5 97 198 49 350 满足 yy 故下弦杆采用 2 125 80 7 短肢相并 3 腹杆 aB 杆 N 413 28KN l l l 253 5cmaBoyx 选用 2 110 70 8 长肢相并 查附表 9 得 A 2 13 94 27 88 cm i 3 51cm i 2 85cm2xy l i 253 5 3 51 72 2 150 满足 x ox l i 253 5 2 85 88 9 150 满足 yy 因为 b t 7 0 8 8 75 由 查附表 1 2 得 0 472yz xyzx 则 413 28 1000 0 472 27 88 100 314 058N f 满足 A N 2m 故 Ab 杆采用 2 110 70 8 长肢相并 Bc 杆 N 320 56KN l 0 8L 0 8 260 8 208 6cm l L 260 8cmcBox oy 选用 2 75 8 A 2 11 5 23 cm i 2 28cm i 3 42cm2y l i 208 6 2 28 91 51 350 满足 x ox l i 260 8 3 42 76 26 350 满足 yy 320 56 1000 23 100 139 37 N f 满足 n 2m cD 杆 N 253 47KN l 0 8L 0 8 285 9 228 72cm l L 285 9cmcBox oy 选用 2 75 8 A 2 11 5 23 cm i 2 28cm i 3 42cm2y l i 228 72 2 28 100 32 150 满足 x ox l i 285 9 3 42 83 60 150 满足 因为 b t 75 8 9 375 则由 查附表 1 2 得 0 430 42x zx 253 47 1000 0 411 23 100 268 14 N f 满足 n N m De 杆 N 172 39KN l 0 8L 0 8 285 9 228 72cm l L 285 9cmeDox oy 选用 2 56 5 A 2 5 42 10 84 cm i 1 72cm i 2 62cm2xy l i 228 7 1 72 132 98 350 满足 x ox l i 285 9 2 62 109 12 350 满足 yy 172 39 1000 10 84 100 159 03 N f 满足 nN 2m eF 杆 114 62 N 按压杆进行计算 eF 5 1 l 0 8L 0 8 312 9 250 3cm l L 312 9cmox oy 选用 2 75 8 A 2 11 5 23 cm i 2 28cm i 3 42cm2xy l i 250 3 2 28 109 79 150 满足 x ox l i 312 9 3 42 91 49 150 满足 yy 因为 b t 75 8 9 375 则由 查附表 1 2 得 0 375xyzx 114 62 103 0 375 23 102 132 89 N f 满足 nA N m 5 1 103 23 102 2 22 N f 满足 Fg 杆 58 58KN 按压杆进行计算 N l 0 8L 0 8 311 9 249 5cm l L 311 9cmgFox oy 5 31KN 选用 2 56 5 A 2 5 42 10 84 cm i 1 72cm i 2 62cm2xy l i 249 5 1 72 145 1 150 满足 x ox l i 311 9 2 62 119 05 150 满足 yy 因为 b t 5 6 0 5 11 2 则由 查附表 1 2 得 0 235xyz x 58 58 1000 10 84 100 54 04N f 满足 nA N 拉 2m 5 31 1000 0 235 10 84 100 20 84N f 满足 压 gH 杆 36 03KN 按压杆进行计算 N l 0 8L 0 8 339 6 271 7cm l L 339 6cmgHox oy 35 38KN 选用 2 63 5 A 2 6 14 12 28 cm i 1 94cm i 2 89cm2xy l i 271 7 1 94 140 1 150 满足 x ox l i 339 6 2 89 117 51 150 满足 yy 因为 b t 6 3 0 5 12 6 则由 查附表 1 2 得 0 250 xyz x 36 03 1000 12 28 100 29 34 N f 满足 nA N 拉 2m 35 38 1000 0 25 12 28 100 115 24N f 满足 压 2 由于 N 上的力都不大 选用的 2 63 5 可以满足力的要求gH Hi 杆 71 51KN 按压杆进行计算 N l 0 8L 0 8 337 269 6cm l L 337cmgFox oy 27 24KN 选用 2 63 5 A 2 6 14 12 28 cm i 1 94cm i 2 89cm2xy l i 269 6 1 94 138 97 150 满足 x ox l i 337 2 89 116 61 150 满足 yy 因为 b t 6 3 0 5 12 6 则由 查附表 1 2 得 0 253xyz x 27 24 1000 12 28 100 22 18N f 满足 nA N 拉 2m 71 51 1000 0 253 12 28 100 243 04N f 满足 压 2 4 竖杆 Aa 杆 NAa 23 3KN l l L 200 5cmoxy 选用 2 63 5 A 2 6 14 12 28 cm i 1 94cm i 2 89cm2xy l i 200 5 1 94 103 35 150 满足 x ox l i 200 5 2 89 69 38 150 满足 yy 因为 b t 6 3 0 5 12 6 则由 查附表 1 2 得 0 411 则 xyz x 23 3 103 0 411 12 28 102 46 17N f 满足 nA N m Cc Ee Gg N N N 46 59KNCcEeGg 内力大小相同 选用长细比较大的竖杆 Gg 进行设计 可保证其他竖杆的 安全 则 l 0 8L 0 8 289 231 2cm l L 289cmox oy 选用 2 63 5 A 2 6 14 12 28 cm i 1 94cm i 2 89cm2xy l i 231 2 1 94 119 18 150 满足 x ox l i 289 2 89 100 150 满足 yy 因为 b t 6 3 0 5 12 6 则由 查附表 1 2 得 0 328 则 xyz x 46 59 103 0 328 12 28 102 115 67 N f 满足 nA N m Ii 杆 N 136 52KN L 0 9L 0 9 319 287 1cmiI 0 选用 2 63 5 如图所示十字相连 查附表 8 得 A 12 28 cm 2 452xo 287 1 2 45 117 2 350 满足 xo 0 xi 136 52 103 12 28 102 111 17 N f 满足 n 2m 7 节点设计 在确定节点板的形状和尺寸时 需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度 先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸 其计算公式为 角钢肢背所需焊缝长度 1l120 7wfKNh 角钢肢尖所需焊缝长度 2l2 f 如腹杆 aB 设计杆力 N 413 28 kN 设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为 hf1 8mm h f2 6mm 因 aB 杆系不等边 角钢与长肢相连 故 K1 0 65 K 2 0 35 则 l1 0 65 413 28 10 3 2 0 7 8 200 119 9mm 取 l1 130mm l2 0 35 413 28 10 3 2 0 7 6 200 86 09 取 l2 100mm 其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见下表 未列入表中的腹杆均因杆力很小 可按构造取肢背与肢尖的焊脚尺寸各为 hf1 6mm h f2 5mm l 1 l 2 8h f 10 60 mm 腹杆焊缝尺寸 肢背焊缝 肢尖焊缝杆件 名 称 设计内力 kN l1 mm ht mm l2 mm ht mm aB 413 28 130 8 100 6 Bc 320 56 120 8 70 6 cD 253 47 90 8 60 6 De 172 39 90 6 60 5 表中 1l 1 2 为取整后数值 下弦节点 c 见附图 先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 8mm h f2 6mm 则所需焊缝长度 肢背 Lw1 0 7 320560 2 0 7 8 200 100 175mm 用 120mm 肢尖 Lw2 0 3 320560 2 0 7 6 200 57 243mm 用 100mm 腹杆 D c 杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取 h f1 8mm lw1 取 90mm hf2 6mm lw2 取 60mm C c 杆因内力很小 焊缝尺寸可按构造确定为 5mm 其次验算下弦杆与节点板的连接焊缝 内力差 N 537 22 220 38 316 84KN 由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸 量得实际节点板长度为 305cm 肢背及肢尖焊脚尺寸均取为 8mm 则计算长度 lw 305 16 289cm 肢 背焊缝应力为 3220 7516 8407 0 29fNmNm 附图 下弦 c 节点 上弦 B 节点 见附图 同样先计算腹杆 B a B c 的杆端焊缝 方法同上 Bc 杆的与节点板的焊缝尺寸和节点 b 相同 Ba 杆的肢背和肢尖焊缝 和8fhm 6f 肢背 取 0 5 74132609 28wefNl mh 130 肢尖 取 3 efl 上弦肢背的槽焊缝内的应力由下面计算得到 8 6ffhm 上弦与节点板间焊缝长度为 350m 2 22 21 4593 74601 1 0 7 859 486fwfPKNhlMaa 2 22 21 465930 541 1 0 77036 4fwfPKNhlaa 都满足要求 附图 上弦 B 节点 屋脊节点 见附图 上弦与节点板的连接焊缝 角钢肢背采用塞焊缝 并假定仅受屋面板传来 的集中荷载 一般可不作验算 角钢肢尖焊缝应取上弦内力 N 的 15 进行计算 即 其产生的偏心弯矩为0 15 685 3102 87Nk A 28704MeNm 节点板尺寸如下图所示 设肢尖焊角尺寸 则焊缝的计算长度2fh2065183wl m 验算肢尖焊缝强度 满足 22 2232260 70 71841 80 36690 0 ffwfwwfllNmNm 拼接角钢采用与上弦相同截面 热弯成形 拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所 受的内力计算 设角焊缝焊脚尺寸 则接头一侧需要的焊缝计8fhtm 算长度为 3685 10540 7472wwflh 拼接角钢的总长度为 1221538028364wflha 取 40m 拼接角钢竖肢需切去的高度为 52fthm 取 即竖肢余留高度为 25 m 支座节点 见附图 根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝 节点板采用 为便于施焊 取底38014 板上表面至下弦轴线的距离为 且在支座中线处设加劲肋 高160m901 度与节点板相同也为 4 底板计算 支座反力 7 5932 RFkN 根据构造需要 取底板尺寸为 锚栓采用 并用图示 U8 24M 形缺口 柱采用的 C30 混凝土 作用于底板的压应力为 214 cf 满足 32226 150 7 98cnpmfmA 底板被节点板和加劲肋分成 4 块两相邻边支承板 故应计算底板单位宽度上的 最大弯矩 查表得17 204698ba 0 56 2 21 5 719 8 MpNm 需要的底板厚度 取65613 9Mtf 20t 加劲肋计算 设 取焊缝最大计算长度6fhm 0645wflhm 32 158 44RVkN81 542 80 VekN 2222332260 70 7485181 5401 663 0 ffwfwwfMVhlhlNmNm 加劲肋 节点板与底板的连接焊缝计算 取 in1 5 6 7fht 8 12220190251876wflabch m 满足 3 2 156 0 0 778wf fffwRNmNhl 其余节点见施工祥图