1、1钢 屋 架 设 计 计 算一、设计资料屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上（砼等级C20） 。钢屋架材料为 Q235 钢，焊条采用 E43 型，手工焊接。 该厂房横向跨度为 24m，房屋长度为240m，柱距（屋架间距）为 6m，房屋檐口高为 2.0m，屋面坡度为 1/12。二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度=24000-300=23700mm。屋架端部高度 H0=2000mm。二、支撑布置2三、荷载计算1、 荷载永久荷载预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝） 1500N/m 2 =1.5 KN/m2 屋架自重 （120+1124）=0.384
2、KN/m 2 防水层 380N/m 2 =0.38 KN/m2 找平层 2cm 厚 400N/m 2 =0.40 KN/m2 保温层 970N/m 2 =0.97 KN/m2 支撑自重 80N/m 2 =0.08 KN/m2 小计 3.714 KN/m 2可变荷载活载 700N/m 2=0.70 KN/m2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。永久荷载设计值：1.23.714=4.457kN/m 2可变荷载设计值：1.40.7=0.98kN/m 22、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载屋
3、架上弦节点荷载：P=（4.457+0.98）1.56=48.93kN（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P 1=4.4571.56=40.11kN P2=0.981.56=8.82kN（3） 全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P 3=1.2（0.384+0.08）1.56=5.01kN作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载P4=（1.21.5+1.40.7）1.56=25.02kN以上 1） ，2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。四、内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第
4、一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。全跨荷载布置图3全跨荷载内力图左半跨荷载布置图左半跨荷载内力图右半跨荷载布置图右半跨荷载内力图4内力计算表 表 1杆内力系数P=1在左半跨在右半跨 全跨杆 件名 称 全跨永久荷载+全跨可变荷载P=48.93kNN=P全跨永久荷载+半跨可变荷载P1=40.11kNP2=8.82kNN
5、左=P1 +P2N 右=P1 +P2全跨屋架支撑+半跨屋面板+半跨可变荷载P3=5.01kNP4=25.02kNN 左=P3 +P4N 右=P3 +P4计算内力KN10-11 0 0 0 0 0 0 011-13 -6.35 -2.51 -8.86 -424.57 -393.55 -346.13 -253.62 -132.50 -393.5513-15 -9.35 -4.65 -14.00 -670.88 -613.42 -555.38 -379.18 -230.94 -613.4215-17 -9.62 -6.39 -16.01 -767.20 -688.25 -648.36 -399.80
6、 -297.92 -688.25上弦杆17-18 -7.84 -7.84 -15.68 -751.39 -654.53 -654.53 -341.67 -341.67 -654.531-2 3.51 1.25 4.76 228.10 212.65 184.74 139.36 68.08 212.652-3 8.22 3.62 11.84 567.37 522.64 465.83 330.54 185.45 522.643-4 9.75 5.54 15.29 732.70 664.25 612.25 399.56 266.78 664.25下弦杆4-5 8.92 7.12 16.04 768.6
7、4 680.67 658.44 377.90 321.13 680.671-11 -6.54 -2.35 -8.89 -426.01 -396.97 -345.22 -259.79 -127.64 -396.9711-2 4.89 2.17 7.06 338.32 311.50 277.91 196.73 110.94 311.502-13 -3.54 -2.09 -5.63 -269.79 -243.97 -226.06 -145.54 -99.81 -243.9713-3 2.06 1.89 3.95 189.28 165.93 163.84 88.75 83.90 165.933-15
8、-0.86 -1.83 -2.69 -128.90 -106.30 -118.28 -43.82 -73.91 -118.2815-4 -0.32 1.67 1.35 64.69 44.06 68.39 -1.97 60.80 68.39-1.974-17 1.44 1.63 -0.19 -9.10 11.03 13.37 44.27 50.27 50.27斜腹杆17-5 -2.40 1.50 -0.90 -43.13 -61.65 -13.49 -81.11 41.89 -81.111-10 -0.50 0 -0.50 -23.96 -23.96 -17.78 -21.79 -3.01 -2
9、3.962-12 -1.00 0 -1.00 -47.92 -47.92 -35.57 -37.56 -6.02 -47.923-14 -1.00 0 -1.00 -47.92 -47.92 -35.57 -37.56 -6.02 -47.924-16 -1.00 0 -1.00 -47.92 -47.92 -35.57 -37.56 -6.02 -47.92竖杆5-18 0.80 0.80 1.60 76.67 47.03 47.03 34.86 34.85 47.03五、杆件截面设计1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算 N = -688.25kN（压力） ，查钢结构设计
10、手册 ，节点板厚度选用 12mm，支座节点板厚度选用 14mm。计算长度 屋架平面内取节间轴线长度 015.xlcm屋架平面外根据支撑和内力变化取 23.0y因为 ，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。如图 1 所示。yxl025yyxx12图 1 上弦截面设 ，查轴心受压构件的稳定系数表60807.需要截面积 328.25109677NAmfj=需要回转半径02.516xlic0315.06ylicm=根据需要的 A 、 ix 、i y ，查角钢型钢表，选用 2 ，A = 50.6 c , ix = 2.85 cm , 10iy = 7.78cm。按所选角钢进行验算，015.283xxl
11、i=03.7839yyli=满足长细比： 的要求。0l由于 只需求出 ，查轴心受压构件的稳定系数表，xylminxjj 0.842xj=s=32268.2516/15/04xNNfNmAj=minxjj 0.568xj=s32296.715/15/0584xNNfNmAjminxjj=0.568xj=s=32218.2015/15/567xNNfNmAjminxjj=0.365xj=s=32281.05/15/64xNNfNmAjminxjj 0.517xj=s3222.96/15/0517xNNfNmAjminxjj 0.581xj=s=32247.9205/15/581xNNfNmAj=m
12、inxjj=0.517xj=s=3224.92104/15/57xNNfNmAjminxjj=0.453xj=s=32247.921045/15/5xNNfNmAj50 mm，节点图如下图所示。4、下弦跨中 5 节点设计（1）下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦杆相同截面 216010010，焊缝高度hf=8mm，焊缝长度为：lw=（ 680.67103）/（40.7 8160）+16=206mm，取 lw=210mm连接角钢长度 lw=2210+10=430mm，取 lw=430mm下弦杆与节点板，斜杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计。（2）弦杆与节点板连接焊计算：按下弦杆内力的 15%
13、计算。N=680.6715%=102KN设肢背、肢尖焊肢尺寸为 8 mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背 lw=（0.7510210 3）/（20.78160）+16=59mm，取 80mm，肢尖 lw=（0.25 102103）/（20.78 160）+16=30mm 。取 40mm腹杆与节点板连接焊缝的计算方法与以上几个节点相同，节点图如下图所示。5、 支座 1 节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取 160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取 4608012mm，节点取 46038014mm 的钢板。（1）支座底板的计算支座反力 RA=RB=479.2KN 按构造要求
14、采用底板面积为 ab=280360mm2 如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力 R，则承压面积为 280（280+12 ）=48160mm 2验算柱顶混凝土的抗压强度：=R/A u=479.2103/48160=10N/mm2f c=12.5N/mm2 满足。 18底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距为：M= a2式中 底板下的平均应力，=10N/mm 2；2两支承边之间的对角线长度， 2=165.6mm；aa系数，由 b2/a2 决定。b 2=80150/165.6=72.46，b 2/a2=7
15、2.46/165.6=0.438，查表得 =0.045故 M= =0.04510165.62=12340.5Nmm。2底板厚度 t= =19mm，取 t=20mm。61340.5/（2）加劲肋与节点的连接焊缝计算加劲肋高度取与支座节点板相同，厚度取与中节点板相同（即38014460） ，一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一支座反力。R/4=479.2103/4=119.8103N，M=Ve=119.810 350=5.95106Nmm设焊缝 hf=8mm，焊缝计算长度 lw=460-10-15=435mm，则焊缝应力为f=(119.8103)/(20.78435)=25N/mm2，f=(
16、65.95106)/(20.784352)=17N/mm2，=29N/mm2160N/mm 22stb+（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力 R=479.2kN，其中每块加劲肋各传 R/4=119.8kN，节点板传递R/2=239.6kN。节点板与底板的连接焊缝计算长度 =2（300-10 ）=580mm ，所需要的焊脚尺寸为wlh(239.6103)/(0.75801601.22)=3.0mm，取 h=6mm。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为 =（100-20-10）2=140mm 。所需要的焊缝尺寸为lh(239.6103)/(0.71401601.22)=12mm，取 h=14mm，节点图如下图所示。其他节点设计方法与上述方法类似。
