钢结构计算书27m钢屋架厂房

钢屋架设计计算书

一、设计资料

某车间跨度为24（27、30）m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。

永久荷载：

改性沥青防水层 0.35kN/m2

20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 100厚泡沫混凝土保温层 0.6kN/m2

预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4kN/m2

屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2 可变荷载

基本风压： 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 积灰荷载 不上人屋面活荷载

0.35kN/m2

0.45kN/m2 0.75kN/m2 0.7kN/m2

二、屋架型式、尺寸、材料选择和支撑布置

由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i=1/10。屋架坡度l=27m，每端支座中线缩进0.15m.

计算跨度l0=l－2×0.15m=26.7m； 端部高度取H0=1.95m，中部高度H=3.29m 起拱按f=l0/500，取60mm.

配合大型屋面板尺寸（1.5×6m），采用屋架间距B=6m，上弦节

2

间尺寸1.5m。选用屋架的杆件布置和几何尺寸如图-1。

图-1 屋架尺寸

三、荷载和杆件内力计算

（1）屋架荷载

屋面活动荷载按雪荷载（0.40kN/m2×1.4）和活荷载（0.50kN/m2×1.4）的较大值，取0.50kN/m2×1.4。屋架和支撑重按（0.12+0.011L）×1.2=0.384kN/m2×1.2；因屋架下弦无其他荷载，为方便认为屋架和支撑重全部作用于上弦节点。

屋面做法和屋面板荷载按屋面倾斜面积计算，但因屋面坡度娇小（起拱后tgα=1/9.6，secα=1.0054），故近似取全部荷载均按水平投影面积计算。屋架全部荷载的设计值为：

改性沥青防水层 1.005×0.35=0.352kN/m2 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 1.005×0.4=0.402kN/m2 100厚泡沫混凝土保温层 1.005×0.6=0.603kN/m2 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.005×1.4=1.407kN/m2

屋架和支撑自重: （0.120+0.011L）=0.417kN/m2

=3.181kN/m2 可变荷载

基本风压： 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 积灰荷载 不上人屋面活荷载

0.35kN/m2 0.45kN/m2 0.75kN/m2 0.7kN/m2

3

C1C3C6C3C2C3C6C3C8C824000C8C8C7C7C1上弦平面C1C4C6C52C2C5C2C6C4C1C7C7C8C82WJ1bWJ1bWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1aWJ1c1C7C712×6000=120000下弦平面C1C8C7C8C71-1C2C7C8C7C82-2屋架支撑设置 图—二 屋架支撑布置

由于k=kR+kL，所以可仅建立半跨的计算模型，先计算半跨内力系数，然后利用半跨与全跨的关系求出全跨内力系数，屋架上弦左半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨赶件的内力系数kL、kR、k= kL + kR按图，并已归入表中。

（3）杆件内力组合

① 组合1——全部恒、活荷载： 全部恒、活荷载：

4

WJ1c1F=3.181×1.35×1.5×6+1.4×（0.35+0.75+0.7）=61.33kN， ② 组合2——全跨恒荷载、半跨活荷载

恒荷载：F=3.181×1.35×1.5×6=38.65 kN（永久荷载控制） F=3.181×1.2×1.5×6=34.35 kN（可变荷载控制） 活荷载：F=1.4×（0.7+0.75+0.35）×1.5×6=22.68 kN ③ 组合3——全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载： 屋架和支撑重：F=1.2×0.417×1.5×6=4.5kN

屋面板重和活荷载：F=[1.2×1.407+1.4（0.7+0.35）]×1.5×6=28.43kN

内力计算详见表-1

四、杆件截面选择

1、上弦杆

（1）确定内力及已知条件

整个上弦采用等截面，按29杆件的最大设计内力设计，即N-1194.71KN， Q235钢f=215N/mm²；压杆[λ]=150；Loy/Lox3； （2）上弦杆计算长度：

屋架平面内（取节间轴线长度）：LoxL01507mm 屋架平面外（取支撑节点间距离）：Loy315074521mm （3）截面选择

选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）,整体稳定系数Ф按b类

由于腹杆最大内力N-620.66KN，查表，中间节点板厚度选用12mm，制作节点板厚度选用14mm

设60，查Q235钢稳定系数表，可得0.780

N1194.711037214.1mm2 则需要的截面面积：Af0.7802155

需要的回转半径：

ixLox/1507/6025.12mm，iyLoy/4521/6075.35mm

根据需要（A、ix、iy）查角钢规格表，选用┐┏200×125×12，肢背间距a12mm，

A7582.4mm2，ix3.57cm,iy9.61cm，

（4）截面验算

xL0x150742.2，因为b1/t16.670.56loy/b112.67，所以 ix35.722loytb14521yz3.7(1)63.8，均满足：长细比[]150

t52.7b1496.1xy，仅求y

N1194.71103查表y0.787，则：y200.20MPa215MPa

yA0.7877582.4故所选截面合适

2、下弦杆

（1）确定内力及已知条件

整个下弦采用等截面，按最大设计内力杆件的内力值设计，即N1138.90KN， Q235钢f215N/mm； （2）上弦杆计算长度：

屋架平面内（取节间轴线长度）：LoxL04500mm

屋架平面外（取支撑节点间距离）：Loy27000/215013350mm （3）截面选择 所需截面面积：

2N1138.90103A5297.21mm2

f215根据需要（A、ix、iy）查角钢规格表，选用┛┗ 180×112×12，肢背间距a12mm，

6

（A6742.4mm2，ix31.0mm,iy87.6mm，） （4）截面验算

L0y14850L0x4500x145.16[]350，y169.5[]350，

ix31iy87.6求：

N1138.90103A6742.4168.9MPa215MPa

故不考虑截面削弱,所选截面合适

3、端斜杆3

（1）杆件轴力：N-620.66KN

（2）上弦杆计算长度：LoxL0yL2488mm （3）截面选择

LoxL0y，选用两个不等肢角钢，长肢相并（如图所示）,使ixiy。

选用┐┏140×90×10，肢背间距a12mm，

A4452.2mm2，ix44.7mm,iy37.4mm，

（4）截面验算

L0xxi244854.8[]150， x44.7因为b2/t90.48loy/b213.26，所以

1.09b42yzy(1l22)74.21，

oytxy，仅求y

查表0.725，则：N620.66103yy192.28MPa215MPa

yA0.7254452.2故所选截面合适

7

4、腹杆26、28 （1）杆件轴力： 杆件26 ：

最大拉力：N1118.28KN 最大压力：N2-50.60KN

杆件28：

最大拉力：N1163.66KN 最大压力：N2-47.27KN

（2）计算长度

L0222.6mm

屋架平面内：Lox0.8L00.8222.6178.08mm 屋架平面外：LN2oyl1(0.750.25N)445.2(0.750.2547.2750.60)446.18mm1（3）截面选择

选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）,整体稳定系数Ф按b类 选用2┗70×5，（A1375mm2，ix21.6mm,iy33.1mm，） （4）截面验算

L0x1781.8xi82.44[]150， x21.6yL0yi4461.833.1134.85[]150， yxy，仅求y

查表0.3，则：N50.61103yy1375101.1MPa215MPayA0.3

拉应力：N118.28103yA137586.02MPa215MPa 8

故所选截面合适

5、竖杆23

（1）杆件内力：N-91.81KN， Q235钢f=215N/mm²；压杆[λ]=150； （2）上弦杆计算长度：

L02900mm

屋架平面内：Lox0.8L0239.2mm 屋架平面外：LoyL02990mm （3）截面选择

选用两个不等肢角钢，短肢相并（如图所示）,整体稳定系数Ф按b类 因杆件内力较小，取[]150，

ixLox/[]2392/15015.9mm iyLoy/2990/15019.93mm

根据需要（A、ix、iy）查角钢规格表，选用2┏63×5，

A1228.6mm2，ix19.4mm,iy30.4mm，

（4）截面验算

0xxLi2320123.3[]150， x19.4∵b/t12.60.58loy/b27.5

0.475b4yzy(1l22)101.65，

oytxy，仅求x

查表N91.81103x0.421，则：x177MPa215MPaxA0.4211228.6故所选截面合适

9

其余各杆件的截面选择过程不再一 一列出详见表1-2

五、焊缝计算

节点处杆件焊缝计算见后附腹杆焊缝计算表。焊缝最小构造尺寸用5~80mm。

下弦杆焊缝计算表为下弦杆焊缝计算表。由腹杆焊缝要求确定的节点板宽度较大，故下弦杆hf均用构造最小值5mm（一般节点）或6mm（端节点和拼接接点），表列lw为满足计算的最低要求。 上弦杆角钢尖焊缝计算表为上弦杆焊缝计算表。先画节点图，按腹杆焊缝要求确定节点板宽度l填入表中，再按此求出相应需要的hf2；但拼接接点的l比构造要求略予放大，使求得的hf2太大。上弦节点A、C、E、G的ΔN=0，表中不列，焊缝按构造确定（hf2=5mm满焊）。上弦杆角钢背槽焊缝按两条hf2=t/2=5mm角焊缝承受上弦节点荷载考虑，强度十分富裕，故计算书不再列出。

六、节点设计

节点设计的任务是根据杆件间隙的要求和焊缝要求，画1/2~1/5比例尺节点图，以确定杆端切断点位置和节点板尺寸，并将结果抄入屋架施工图中。由于所有焊缝尺寸已在附表中确定，一般节点可直接按此画图；只有下弦、上弦拼接节点和支座节点需作补充计算，如下：

（1） 下弦拼接节点i

10

下弦杆为180×110×12，拼接角钢用相同规格。角钢t=10mm，拼接角钢焊缝位于角钢尖，用hf=t-2=8mm。焊缝按等强度设计：

［N］=Affw=6742.4×215=1449.6×10

lw=［N］/(4×0.7hfffw)= 1449.6×10/(4×0.7×8×160)=404mm 采用拼接角钢半长420mm，扣除半焊缝4mm和正反面焊口各8mm，焊缝计算长度为纵向404mm，考虑斜向后约406mm 〉404mm，略有富裕。

拼接角钢水平肢宽180mm，故采用斜切，尺寸见图。安装螺栓位置考虑连横向水平支撑时可应用，其与斜切边的边距经检查足够。

拼接角钢竖肢原宽110mm，为焊缝需切肢：Δ=t+hf+5=12+8+5=25mm

实用Δ=30mm，切肢后剩余高度h-Δ=80mm，端部采用直切。因高度已较小，竖肢上不再用安装螺栓。

33

（2）上弦拼接节点I：

上弦杆起拼后坡度为1/9.6，截面为 ┐┌200×125×12，端部取直切；拼接角钢采用相同规格，热弯型。角钢t=10mm，角焊缝用hf=t-2=8mm，按轴心受压等强度设计：

［N］=φAf=0.787×7582.4×215=1282.9×10N

lw=［N］/(4×0.7hfftw)= 1282.9×10 / (4×0.7×10×160)=276.0mm 采用拼接角钢半长300mm，扣除上口半缝隙13mm（下口半缝隙5mm，上口5+125/9.6≈18mm）和焊口10mm后，焊缝计算长度为277mm＞276mm，略有富裕。

拼接角钢水平肢宽200mm，但考虑在较长范围内开设横向水平支撑连接螺栓孔的需要，只能采用直切。

拼接角钢竖肢原宽125mm，为焊缝需切肢： Δ=t+hf+5=12+8+5=25mm

实用Δ=25mm，切肢后剩余高度h-Δ=100mm，端部采用直切。因高度已较小，

11

3

3

竖肢上不再用安装螺栓。

（3）支座节点1

为便于施焊，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，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度14mm。 1、支座底板的计算

支座反力：R9F=551.97KN

设支座底板平面尺寸采用280400mm2，如仅考虑有加劲肋的底板部分承受支座反力，则承压面积为28023465520mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：

R551.971037.81MPafc12.5MPa

A65520支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算

节点板和加劲肋将板分为四块，每块尺寸为：14096mm2， 均为两相邻边支承而另两相邻边自由，

2每块板的单位宽度的最大弯矩：M2a2

12

其中：8.31MPa，a2(140-b213311084.8mm

172.6142)1102172.6mm2， 2由b2/a284.8/172.60.49，查表得0.0548

则单位宽度的最大弯矩：M0.05488.31127.6214.359103Nmm 底板厚度：t6M/f614358.55/215mm20.02mm，取t20mm

2、加劲肋与节点板的连接焊缝计算

加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝计算相似。

偏于安全，取加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即：

551.97103/4137.99KN

则焊缝内力为：V137.99KN，

MVe137.996569.35KNmm

设焊缝hf6mm，焊缝计算长度：lw505mm12mm20mm473mm 则焊缝应力：

2fV/(20.7hflw)6M/(20.7hflf)/f222137.99103269.351036222w2()()/1.2241.92N/mmf160N/mmf0.7264730.7264732

3、节点板、加劲肋与底板的连接焊缝的计算

设焊缝传递全部支座反力R551.97KN，其中每块加劲肋各传递

R/4551.97103/4N137.925kN，节点板传递R/2275.985KN

节点板、加劲肋与底板的连接焊缝长度：lw2(28012)536mm 所

需

焊

脚

尺

寸

：

R/2275.985103hf122.59N/mm21.22160N/mm2， w0.7lwff1.220.7536613

取hf8mm

每块加劲肋与底板的连接焊缝长度：lw2(1102012)2156mm

R/4137.925103f210.51kN/mm21.22160kN/mm2195.2kN/mm2w0.7lwff1.220.71566

改取hf8mm

（4）、下衔节点4

各杆的内力由计算表查得

w用E43焊条时。角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值ft160N/mm2。设5杆的

肢背和肢尖焊缝分别为8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：

肢背：lw'0.7N0.74410N195mm，加2hf后取23cm w22heff20.78mm160N/mm0.3N0.34410N111mm，加2hf后取13cm

2heffw20.76mm160N/mm2肢尖：lw''设9杆的肢背和肢尖焊缝分别为8mm和6mm，则所需的焊缝长度为：

14

肢背：lw'0.7N0.7397418N155mm，加2hf后取19cm

2heffw20.78mm160N/mm20.3N0.3397418N88.7mm，加2hf后取11cm w22heff20.76mm160N/mm肢尖：lw

''5杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取hf=5mm

根据以上焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作，装配等误差，按比例制作出

节点详图，从而确定节点板尺寸为500300mm

（5）、上弦节点3

焊缝尺寸的计算同节点4，

3杆与节点板的焊缝尺寸为10—240和6—170，4杆与节点板的焊缝尺寸为8-170和6-110

为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm，上弦角钢与节点板间用焊缝连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P与上弦垂直，P=61.33kN,hf=6mm.根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度510mm焊缝计算长度500mm则肢背焊缝应力为：τf=P/2helw=47.52103/20.76500=14.6N/ mm2

满足要求。肢尖焊缝承受弦杆内力差ΔN=625.57KN偏心距e=125-40=85mm偏心力矩 M=ΔNe=625.5710385=53.17KNm采用hf8mm

τf=ΔN/2 helw=625.57103/20.78500=111.71N/ mm2<160 N/ mm2 σf=M/2helwlw=653.17106/20.78500500=113.9 N/ mm2 <错误!

15

未找到引用源。

均满足要求

七、屋架施工图

※ 屋架施工图见附录

16

附录

17

内

杆件名称268111617212429上弦3238414245515257614102030下弦394954593591214181922252628斜腹杆343537404448505356581713152327竖杆313333475560力

内力系数全跨左半跨右半跨000-10.2-7.35-2.85-10.2-7.35-2.85-16.11-10.96-5.16-16.71-11.55-5.16-16.71-11.55-5.16-18.98-11.23-7.75-19.48-11.73-7.75-19.48-11.73-7.75-19.48-7.75-11.73-19.48-7.75-11.73-18.98-7.75-11.23-16.71-5.156-11.55-16.71-5.156-11.55-16.11-5.156-10.96-10.2-2.85-7.35-10.2-2.85-7.350005.494.051.4413.599.534.0518.5711.626.9418.0.049.0418.0.049.0418.576.9411.6213.594.059.535.491.444.05-10.12-7.47-2.657.985.592.39-6.48-4.18-2.2954.62.582.020.740.740-2.67-0.18-2.49-3.49-0.99-2.490.69-0.961.650.670.660.0061.23.17-1.971.943.91-1.971.94-1.973.910.670.0060.661.2-1.973.170.691.65-0.96-2.67-2.49-0.180.7400.74-3.49-2.48-0.994.62.022.58-6.48-2.295-4.187.982.395.59-10.12-2.65-7.47-0.5-0.50-1-10-1.5-1.50-1-10-1.497-1.49-0.004-1-10000-10-1-1.497-0.004-1.49-10-1-1.50-1.5-10-1-0.50-0.5第一种组合0-625.566-625.566-988.0263-1024.824-1024.824-11.043-1194.708-1194.708-1194.708-1194.708-11.043-1024.824-1024.824-988.0263-625.566-625.5660336.7017833.47471138.811108.841108.841138.81833.4747336.7017-620.659.4134-397.4184282.11845.3842-163.7511-214.041742.317741.091173.596118.9802118.980241.091173.592.3177-163.751145.3842-214.0417282.118-397.41844.4134-620.6596-30.665-61.33-91.995-61.33-91.81101-61.330-61.33-91.81101-61.33-91.995-61.33-30.665计

第二种组合00算

第三种组合00表

计算杆件内力0-625.566-625.566-988.026-1024.82-1024.82-11.04-1194.71-1194.71-1194.71-1194.71-11.04-1024.82-1024.82-988.026-625.566-625.5660336.7017833.47471138.81108.8461108.8461138.8833.4747336.7017-620.6.41-397.418282.11845.3842-163.751-214.042.090541.0911118.2756163.6598163.659841.0911118.2756.0905-163.75145.3842-214.042282.118-397.4184.4134-620.66-30.665-61.33-91.995-61.33-91.811-61.330-61.33-91.811-61.33-91.995-61.33-30.665

-560.55735.2082-345.2544236.304445.3842-107.2779-157.34174.5740.83118.2756163.659830.301426.031581.7004.0905-159.668728.601-191.1349223.6036-302.5026362.6322-451.24-451.24362.6322-302.503223.603628.601-159.669-191.362.090526.031581.700430.3014163.659840.83118.275.57-107.27845.3842-157.342236.3044-345.254435.2082-560.558-257.912194.8337-147.99794.049424.3682-17.1324-43.8507-24.187821.7785.5231119.13-47.27713.18558-50.607150.0145-82.80573.33-86.211478.1286-94.4069103.8577-120.88-120.88103.8577-94.406978.12863.33-82.8057-86.495750.01453.18558-50.6071-47.2771119.1321.7785.5231-24.1878-17.132424.3682-43.850794.0494-147.997194.8337-257.912

18

焊缝计算表

节点杆件类型编号编号下113肢背焊缝计算表内力大肢背肢尖fwfN小/Nhf/mmhf/mm/mm3066555160620660106160肢背lw/mm29.16563213.9563肢尖lw/mm18.21384150.5402433670244410弦454410761330939742012282118节71391995192140412209012239188126118275点17310上21306653362066054410576133069397418弦122821188139199514453841015613301118163751节2209013239181125410911527613302816365916310点34163659腹91445384.2节15613302541091点142761330

86868665868665655555555555886668686655555856565556566556655655565160147.524287.1567160207.1758121.2433160207.1758121.243316043.9427126.42768160171.2422100.7098160126.202374.9727716059.9140634.152160123.479767.3324116050.0562527.1669616067.4256334.6109816083.9218841.6808160101016029.1656318.21384160213.9563119.9051160207.1758121.243316043.9427125.673160171.2414100.7094160126.202374.9727716059.9140634.15216038.36522.15316048.3312526.4276816079.9652353.8618816045.3802127.1669616059.8182334.5922316035.6818821.0065216043.9427126.4276816097.23908.53103160101016097.23908.5310316038.3651322.15816043.9427126.4276816035.6818821.0065216043.9427126.42768

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