钢结构屋架设计计算书

一、设计资料天津某车间，屋架跨度为18m，房屋总厂为60m，屋架间距6m，屋面坡度i＝1／10，屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN／m2），80mm厚泡沫混凝土（0.3KN／m2），20mm厚水泥砂浆（0.3KN／m2），二毡三油铺绿石砂（0.3KN ／m2），屋面活荷载0.7KN／m2，雪荷载0.5KN／m2，积灰荷载0.5KN／m2，屋架端高1990mm，两端较之于钢筋混凝土柱上，柱混凝土强度C20。

二、屋架形式和几何尺寸屋架计算跨度l0＝l－300＝1800－300＝17700mm屋架端部高度取h0＝1990mm屋架跨中高度h＝h0＋i×l0／2＝1990＋0.1×17700／2＝2875mm屋架高跨比l0／h＝2.875／17.7＝1／6.16为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，上弦节点用平间距取1.5m。

三、屋盖支撑布置根据车间长度、跨度及荷载情况，设置三道上下弦横向水平支撑。

由于房间端部为山墙，第一柱间间距小于6m，因此该厂房两端的横向水平支撑设在第二间柱。

设置两道下弦纵向水平支撑。

在第一柱间的上弦设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定，下弦设置刚性系杆以传递山墙的风荷载。

在设置水平支撑的柱间，在屋架跨中及两端，两屋架间共设置三道竖向支撑。

屋脊节点及屋架支座处延厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦设置一道柔性系杆。

屋架支撑的布置如下图：四、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大雨雪荷载取屋面活荷载计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（P10＝0.12＋0.011×跨度）计算，跨度单位为米。

荷载：永久荷载：防水层（二毡三油铺绿石砂）0.3×1.2＝0.36KN／m2找平层（20厚水泥砂浆）0.3×1.2＝0.36KN／m2保温层（80厚泡沫混凝土）0.5×1.2＝0.6KN／m2预应力钢筋混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4×1.2＝1.68KN／m2屋架及支撑自重（0.12＋0.011×18）×1.2＝0.38KN／m2恒载总和∑＝3.38KN／m2可变荷载：屋面荷载0.7×1.4＝0.98KN／m2积灰荷载0.5×1.4＝0.7KN／m2活荷载总和∑＝1.68KN／m2计算荷载时应考虑以下三种荷载组合：1、全跨永久荷载＋全跨可变荷载P 恒＝3.38×1.5×6＝30.42KN P 活＝1.68×1.5×6＝15.12KN2、全跨永久荷载＋半跨可变荷载P 恒＝3.38×1.5×6＝30.42KN P 活＝1.68×1.5×6＝15.12KN3、 全跨屋架包括自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面活载P 恒'＝0.38×1.5×6＝3.42KN P 活'＝（1.68＋0.98）×1.5×6＝23.94KN1、2为使用阶段和在情况，3为施工阶段荷载情况，经过计算，第二种荷载组合所产生的杆件内力，对本题的杆件不起控制作用，所以不列入以下计算中。

五、内力计算用图解法计算个杆件内力系数，见附表1。

六、杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG 杆件的最大内力设计。

N ＝－414.42KN ＝414420N上弦杆件计算长度：屋架平面内：为节间轴线尺寸l '＝150.8cm屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况l oy ＝2×150.8＝301.6cm选用两个不等肢角钢，短肢相拼，如上图。

腹杆最大内力N ＝－297.37KN 节点板厚选用10mm ，支座节点板厚选用12mm. 设λ＝80，属b 类截面，查表φ＝0.688。

需要截面面积 A ＝N ／ φλf ＝414420／0.688×215＝2801.6mm 2i x ＝l oy ／λ ＝150.8／80＝1.89 i y ＝l oy ／λ＝301.6／80＝3.77根据需要的A ，i x ，i y 查角钢规范表，选用2L100×80×10，A ＝34.33cm 2 i x ＝2.35，i y ＝4.78，两角钢相拼，中间间距a ＝10mm按所选角钢进行验算：λx ＝l ox ／i x ＝150.8／2.35＝64.2 λy ＝l oy ／i y ＝301.6／4.78＝63.1 满足长细比<［λ］＝150的要求由于λx >λy ，查得φx ＝0.784σ＝N ／φx ·A ＝414420／0.784×3433＝153.98N ／mm 2<215N ／mm 2，满足要求2、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的cd 杆进行计算N＝423.98KN＝423980Nl ox＝300cm l oy＝585cm（因跨中有通常系杆）所需截面面积：A＝N／f＝423980／215＝19.72cm2选用2L100×80×6A＝21.27cm2i x＝2.4cm i y＝4.69cm短肢相拼λx＝l ox／i x＝300／2.4＝125<350λy＝l oy／i y＝585／469＝124.7<350σ＝N／A＝423980／2127＝199.3N／mm2<215N／mm2，所以满足要求3、端斜杆aB杆件轴力：N＝－297.37KN＝－297370N计算长度：l ox＝l oy＝253cm因为l ox＝l oy采用不等肢角钢，长肢相拼选用2L100×80×10，A＝34.4cm２i x＝3.12cm i y＝3.53cmλx＝l ox／i x＝253／3.12＝80.1<150，λy＝l oy／i y＝253／71.1<150由于λx>λy查得φx＝0.68σ＝N／φx×A＝297370／0.68×3440＝127.1 N／mm2<215N／mm24、腹杆Bb杆：杆件最大拉力N＝213130Nl ox＝0.8l＝0.8×2613＝209.04cml oy＝l＝261.3cmA＝N／f＝213130／215＝992 N／mm2＝9.92cm2选用2L56×8 A＝16.74cm2i x＝1.68cm i y＝2.75cmλx＝l ox／i x＝209.04／1.68＝124.4<350λy＝l oy／i y＝261.3／2.75＝95<350 σ＝N／A＝211440／1674＝126.3N／mm2<215N／mm2，所以满足要求bD杆：杆件最大拉力N＝－138.64＝138640Nl ox＝0.8l＝0.8×2864＝2291.2mml oy＝l＝2864mm选择等肢角钢2L63×8A＝19.02cm2i x＝1.90cm i y＝3.02cmλx＝l ox／i x＝229.12／1.9＝120.6<150λy＝l oy／i y＝286.4／3.02＝95<150因为λx>λy查得φx＝0.435σ＝N／φx×A＝138640／0.435×1902＝167.6 N／mm2<215N／mm2所以满足要求5、竖杆Ｃb杆：杆件受的压力N＝－44.63＝－44630Nl ox＝0.8l＝0.8×2290＝1832mml oy＝l＝2290mm按λ＝150，i x＝183.2／150＝1.22，i y＝229／150＝1.53选用2L50×6，A＝11.38cm2，i x＝1.52cm，i y＝2.48cmλx＝l ox／i x＝183.2／1.52＝120.5<150，λy＝l oy／i y＝229／2.48＝92<150因为λx>λy，查得φx＝0.435σ＝N／φx×A＝44630／0.435×1138＝90 N／mm2<215N／mm2，所以满足要求。

端部Aa杆：杆件受的压力N＝－23070Nl ox＝l oy＝l＝1990mm按λ＝150，i x＝i y＝199／150＝1.33cm选用2L50×6，A＝11.38cm2，i x＝1.52cm，i y＝2.48cmλx＝l ox／ix＝199／1.52＝131<150，λy＝l oy／i y＝199／2.48＝80<150由于λx> λy，查得φx＝0.385σ＝N／φx×A＝23070／0.385×1138＝53.6 N／mm2<215N／mm2，所以满足要求。

5、其余杆件内力见附表2七、节点设计屋架节点采用焊接连接，焊条采用E43型，手工焊，抗拉，抗压和抗剪设计强度f f w＝160N／mm21、下弦节点“b”如图设Bb杆的肢背和肢尖焊缝分别为h f＝6mm和h f＝5mm，则所需焊缝长度为：肢背：l w'＝0.7N／2h f×f f＝0.7×213130／2×0.7×6×160＝111mm取120mm肢尖：l w''＝0.3N／2h f×f f＝0.3×213130／2×0.7×5×160＝57.1mm取60mm设bD杆的肢背和肢尖焊缝分别为h f＝8mm和h f＝6mm，则所需焊缝长度为肢背：l w'＝0.7N／2h f×f f＝0.7×138640／2×0.7×8×160＝37.9mm取40mm肢尖：l w''＝0.3N／2h f×f f＝0.3×138640／2×0.7×6×160＝21.7mm取30mmbc杆的内力很小，焊缝尺寸按构造要求取h f＝5mm，根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应由间隙以及制作和装配等误差，按比例绘制节点详图，从而确定节点板尺寸为320mm×250mm.下弦与节点板连接的焊缝尺寸长度320mm，h f＝6mm.焊缝所受的力为左右两个下弦的内力差△N＝365.69－160.3＝205.39KN，受力较大的肢背出的焊缝应力应为τf＝0.75N／2h f×l w'＝0.75×205390／2×0.7×6×（320－10）＝59.2 N／mm2<160N／mm2焊缝强度满足要求2、屋脊节点“G”如图弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接的角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢的棱角消除如图，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为t＋h f＋5mm）。