鋼結構課程設計計算書

1、一 由設計任務書可知 ：廠房總長為120m，柱距 6m，跨度為24m，屋架端部高度為2m，車間內設有兩臺中級工作制吊車，該地區(qū)冬季最低溫度為-22。暫不考慮地震設防。屋面采用 1.5m×6.0m 預應力大型屋面板， 屋面坡度為i=1:10 。卷材防水層面 （上鋪 120mm泡沫混凝土保溫層和三氈四油防水層）。屋面活荷載標準值為0.7KN/ ，雪荷載標準值為0.4KN/ ，積灰荷載標準值為0.5KN/ 。屋架采用梯形鋼屋架，鋼屋架簡支于鋼筋混凝土柱上，混凝土強度等級C20.二 選材：根據該地區(qū)溫度及荷載性質，鋼材采用Q235-C 。其設計強度為215KN/ ,焊條采用E43型，手工焊接

2、，構件采用鋼板及熱軋鋼筋，構件與支撐的連接用M20 普通螺栓。屋架的計算跨度 L 。 =24000-2×150=23700 ，端部高度： h=2000mm( 軸線處 )， h=2150( 計算跨度處 )。三 結構形式與布置 ：屋架形式及幾何尺寸見圖1 所示：圖 1屋架支撐布置見圖2 所示：Author:山東 seo1圖 2四 荷載與內力計算 ：1荷載計算：活荷載于雪荷載不會同時出現，故取兩者較大的活荷載計算。永久荷載標準值：防水層（三氈四油上鋪小石子）0.35KN/ 找平層（ 20mm 厚水泥砂漿）0.02 ×20=0.40 KN/ 保溫層

3、（ 40mm 厚泡沫混凝土0.25 KN/ 預應力混凝土大型屋面板1.4 KN/ 鋼屋架和支撐自重0.12+0.011 ×24=0.384 KN/ 總計： 2.784 KN/ 可變荷載標準值：雪荷載屋面活荷載（取兩者較大值）0.7KN/ 積灰荷載0.5KN/ 風載為吸力，起卸載作用，一般不予考慮。總計： 1.2 KN/ 永久荷載設計值1.2 ×2.784 KN/ =3.3408KN/ 可變荷載設計值1.4 ×1.2KN/ =1.68KN/ 2荷載組合：設計屋架時應考慮以下三種組合：組合一全跨永久荷載 +全跨可變荷載屋架上弦荷載P=(3.3408KN/ +1.68K

4、N/ )×1.5 ×6=45.1872KN組合二全跨永久荷載+半跨可變荷載屋架上弦荷載P1=3.3408KN/ ×1.5 ×6=30.07KNP2=1.68KN/ ×1.5 ×6=15.12KN組合三全跨屋架及支撐自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷載屋架上弦荷載P3=0.384KN/ ×1.2 ×1.5 ×6=4.15KNAuthor:山東 seo2P4=(1.4 ×1.2+0.71×.4) ×1.5 ×6=23.94KN3,內

5、力計算：首先求出桿件內力系數，即單位荷載作用下的桿件內力，荷載布置如圖3 所示。計算內力系數的全跨荷載計算內力系數的半跨荷載圖 3經計算得表一， 表一列出了各個桿件的內力系數和桿件內力值，由表中的三種組合可見：組合一， 對桿件計算起主要控制作用；組合三可能引起中間幾根斜腹桿發(fā)生內力變號，在施工過程中，在屋架兩側對稱均勻鋪設面板則可避免內力變號。表一桿件全跨 1左半跨 2P*1P1 *1+ P 2*2P3 *1+ P 4*2計算內力名稱（KN）ABC-0.669-0.671-30.2302-30.2773-18.8293-30.27上CDEF-14.905-9.588-673.5152-593.

6、1639-291.3925-673.51弦GHI-16.582-7.832-749.2942-617.0406-256.3134-749.29下ab9.1046.19411.3843367.35185.97411.38弦bc16.2699.093735.1506626.695285.2028735.15Aa-1.023-1.024-45.2265-46-28.7642-23.47da-11.791-7.956-532.8022-474.85-239.3993-532.8eb6.4893.494292.95247.9535110.5757292.95Eb-2-2-90.3744-90.38-56

7、.18-90.38腹fb-2.803-0.181-126.66-87.0229-15.9656-126.66桿gc-0.331-2.461-14.957-47.09-60.29-60.29Ic1.2060.46554.495843.295216.13754.49Ad0.8070.80936.466136.498622.716536.5Bd-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Cd-10.841-7.096-489.8746-433.2804-214.8684-489.87Author:山東 seo3Ce7.2164.221326.0708

8、280.8066130.9971326.07De-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Ee0.8020.80236.240136.242422.528236.24Ef0.7270.72732.851132.853120.421432.85Ff-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Gf-20.621-90.37441.0895-54.6628-90.37Gg0.321-1.80914.5051-17.7996-41.9753-41.98Hg-1-1-45.1872-45.19-28.09-45.19Ig0.720.7232.534932.536820.

9、224832.54注：表內負值表示壓力，正值表示拉力五 桿件截面設計 ：腹桿最大內力N=-489.87KN ，由屋架節(jié)點板后參考可知：支座節(jié)點板厚可取12mm，其余節(jié)點厚和墊板厚度均取10mm。1.上弦桿整個上弦桿采用同一截面，按最大內力計算N=-749.29KN 。計算長度：屋架平面內取節(jié)點軸線長度l ox=150.8cm 。屋架平面外根據支撐，考慮到大型屋面板能起一定的支撐作用，取上弦橫向水平支撐的節(jié)點長度 loy=2l ox =267cm, 故截面宜選用兩個不等肢的角鋼，且短肢相并，見圖4：圖 4上弦截面設 =60，查軸心受壓穩(wěn)定系數表=0.807需要截面積 A* =N=749.2910

10、34219 m m2. f0.807215需要回轉半徑 i x=lox150825.1mm60Author:山東 seo4l oy301650.3mm需要回轉半徑 i y =60根據需要的 A*, i x , i y 查角鋼型鋼表，初選2L140 ×90×10，A=4460 mm2 , i x =2.54cm,i y =6.81cm 。按所選角鋼進行驗算：lox150.8 =150xi x58.9 <2.56l oy 301.6< =150yi y44.56.77由于 b1 /t=140/10=14>0.56270/140

11、=10×.7b2222l0 yt14301.61則 yz3.71(1) =3.71=54.1 =150t152.714452.7b14由于 x yz y， 只需求出minx查軸心穩(wěn)定系數表x =0.813N749.29 103206.6N mm2215 N mm2x A0.8134460所選截面合適。2.下弦桿整個下弦桿采用同一截面，按最大內力計算N=735.15KN 。計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度lox =6000mm。屋架平面外根據支撐布置，取loy=11850mm 。計算需要凈截面面積A*=N=735.151033419.3 m m2. f215選用 2L140

12、5;90×8(短肢相并 )，見圖5：Author:山東 seo5A=3660 m m2 , i x =2.59cm, i y =6.73cm 。按所選角鋼進行驗算：取An = A(若螺栓孔中心至節(jié)點板邊緣距離大于100mm，則不計截面削弱影響 )N 735.15 10322An204.2 N mm215 N mm3600lox600250xi x231.72.59loy1185350yi y176.16.733. 再分腹桿 beCN1 Neb 292.95kN, N2NCe 326.07kN , l13772mm計算長度：屋架平面內取節(jié)點間軸線長度l

13、= 0.8l0.8 1886 1508.8mmox屋架平面外根據支撐布置取loy l1 0.750.25 N137720.750.25292.953583mmN2326.07選用 2L90 8見圖 6：圖 6 再分腹 beCA=2788 m m2 , i x =2.76cm, i y =4.09cmlox150.88150x54.7i x2.76Author:山東 seo6yloy358.387.6150i y4.09由于 b/t=9/0.8=11.250.58358.3 923.110.475b410.4759490.9yzyloy2t 287.60.823

14、58.32minx =0.614N326.07103190.5N mm2215 N mm2所選截面合適。x A0.6142788填板放兩塊，75.540402.76110.4l acmixcmcm4.中豎桿 Ic已知： N=5449KNl 00.9l0.932002880mm中豎桿選用2L70×5 的角鋼，并采用十字形截面，見圖7：圖 7中豎桿 IcA 1376mm2 ,ix 0 2.16cmlox288150xi x133.32.16滿足要求。填板放五塊，la57.6cm40ix402.16cm86.4cm其余各桿截面選擇過程不一一列出，計算結果見表二:Author:http:/w

15、山東 seo7計算長度截面積回轉半徑計算填板桿件內力設計選用截面應力名稱值 N(KN)(cm)A（cm）塊上弦桿-749.29150.8301.6短肢相并44.62.566.7758.91500.813174.62AI2L140×90×10下弦桿735.156001185短肢相并362.596.73231.7350/204.26ac2L140×90×8-23.47201.5201.5T 型截面9.61.532.45131.71500.38-64.42Aa2L50×5da-532.8154.6367T 型截面38.523.05

16、4.5281.21500.68-203.52Dc-489.872L100×10be292.95150.88388.3T 型截面27.882.764.0990.91500.614190.52Ce326.072L90 ×8bf-126.66166.9313.7T 型截面18.82.473.6590.61500.584-115.42Gf-90.372L80×6cg-60.29166.9416.4T 型截面9.62.473.65117.71500.451-71.12Gg-41.982L80×636.5163.7163.7T 型截面9.61.532.4510715

17、00.51174.41Ad2L50×5-45.1995.495.4T 型截面9.61.532.4562.41500.794-59.31Bd2L50×5-45.19117117T 型截面9.61.532.4576.51500.711-66.32De2L50×536.24208.6208.6T 型截面9.61.532.451361500.361104.62Ee2L50×5Ef32.85189189T 型截面9.61.532.45123.51500.41981.812L50×5Ff-45.19117117T 型截面9.61.532.4576.5150

18、0.711-66.322L50×5Hg-45.19144144T 型截面9.61.532.4594.11500.594-79.222L50×5Ig32.54230.5230.5T 型截面13.742.163.24106.71500.51346.222L70×5Ic54.49288288T 型截面13.742.163.24133.31500.373106.322L70 × 5表 2Author:山東 seo8六 節(jié)點設計用 E43 焊條時，角焊縫的抗拉，抗壓和抗剪強度設計值f fw160N / mm2各桿件內力由表二查得，

19、最小焊縫長度不應小于8 h f 和 40mm。1.下弦節(jié)點 b 見圖 8圖 8下弦節(jié)點 b(1) 斜桿 eb 與節(jié)點的連接焊縫計算：N=292.95KN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm 和 5mm，所需焊縫長度為：k1N2292.95103肢背： lw2hf312157.3mm取 l w =160mm0.7hf f fw20.7 62160k1N1292.95103肢尖： lw2hf310133.7mm取 l w =100mm0.7hf f fw20.7 52160（2）斜桿 fb 與節(jié)點的連接焊縫計算：N=126.66KN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm 和 5mm，所需焊縫長度為：k1

20、N2126.66103肢背： lw2hf31274.8mm取 l w =80mmw20.7 620.7hf f f160k1N1126.6610 3肢尖： lw2hf31047.7mm取 l w =60mm0.7hf f fw20.7 52160Author:山東 seo9（3）斜桿 Eb 與節(jié)點的連接焊縫計算：N=90.38KN因其內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊角尺寸h f5mm焊縫長度 l w 40mm 取 l w =60mm 。（4）下弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：焊縫受力為左右下弦桿的內力差 N=735.15-411.38=323.77KN;設肢背與

21、肢尖的焊角尺寸分別為6mm，所需焊縫長度為：k1N2323.77103肢背： lw2hf312172.6mm取 l w =180mm0.7hf f fw20.7 62160k1N1323.77103肢尖： lw2hf31292.3mm取 l w =100mm0.7hf f fw20.7 62160（5）節(jié)點板尺寸：根據以上求得的焊縫長度，并考慮桿件之間應有的間隙和制作裝配等誤差，按比例做出構造詳圖，從而定出節(jié)點尺寸，如圖9 所示：圖 9節(jié)點板 b 尺寸Author:山東 seo102.上弦節(jié)點C 見圖 10圖 10 上弦節(jié)點 C（ 1）斜桿 Cd 與節(jié)點板連接

22、焊縫的計算：N=4878.87KN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm 和 5mm，所需焊縫長度為：k1N2487.87103肢背： lw2h f320165.2mm 取 l w =180mm0.7hf f fw20.7 102160k1N1487.87103肢尖： lw2hf312133mm取 l w =150mmw20.7 620.7hf f f160（2）斜桿 Ce 與節(jié)點板連接焊縫的計算：N=3236.07KN設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為10mm 和 6mm ，所需焊縫長度為：k1N2326.07103肢背： lw2hf312173.7mm取 l w =180mm0.7hf f fw20

23、.7 62160k1N1326.07103肢尖： lw2hf310107mm取 l w =120mm0.7hf f fw20.7 52160（ 3）上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算：為了便于在上弦上擱置大型屋面板，上弦節(jié)點板的上邊緣的上肢背可縮進 8mm ，用槽焊縫將上弦角鋼和節(jié)點板連接起來。槽焊縫可按兩條焊縫Author:山東 seo11計算，計算時可略去屋架上弦坡度的影響，而假定集中荷載P 與上弦垂直。假定集中荷載P 由槽焊縫承受，P=45.1872KN ，焊角尺寸為5mm 。所需槽焊縫長度為：l wP2hf453mm取 l w =60

24、mm20.7hff fw2 0.75160上弦桿尖焊縫受力為左右上弦桿的內力差：N=673.51-30.27=643.24KN設肢尖焊角尺寸為8mm，設所需焊縫長度為400mm，則：0.75 N2p 220.75643.241032245.19 2 1.22<20.7hf lw2 0.78400 10110.4 N mm20.8 f fw0.8160128 N mm2（4）節(jié)點板尺寸：如圖11 所示：圖11節(jié)點板 C尺寸3.屋脊節(jié)點I 見圖 12Author:山東 seo12圖 12 屋脊節(jié)點 I(1) 弦桿與角鋼連接焊縫計算：弦桿一般用與上弦桿同號角鋼

25、進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，便于施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切棱。 拼接角鋼的這部分削弱可以靠節(jié)點板來補償。拼接一側的焊縫長度可按弦桿內力來計算。N=749.29KN設肢尖、肢背焊角尺寸為8mm ，l wN2hf749.2910340.7hf f fw40.7816 225.1mm 取 l w =300mm160拼接角鋼長度取2×300+50=650mm 。(2) 弦桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：上弦肢背與節(jié)點板用槽焊縫，假定承受節(jié)點荷載，上弦肢尖與節(jié)點板用角焊縫，按上弦桿內力的15計算 :N=749.29 ×15 =112.4KN 。設肢尖焊角尺寸為8mm，弦桿

26、一側焊縫長度為200mm。0.752p 220.75 112.410322N45.19 2 1.2220.7hf lw20.7820045.1N mm216< 0.8 f fw0.8 160128 N mm2(3) 中豎桿與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=54.40KN此桿內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，取焊角尺寸h f5mm焊縫長度 l w 40mm 取 l w =60mm 。(4) 斜桿 gc 與節(jié)點板的連接焊縫計算：N=32.54KN此桿內力很小，焊縫尺寸可按構造確定，設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為6mm 和 5mm ，焊縫長度 l w 40mm 取 l w =60mm 。Author:h

27、ttp:/山東 seo13(5) 節(jié)點板尺寸如圖13 所示：圖13節(jié)點板I尺寸4. 下弦跨中節(jié)點c 見圖 14圖 14下弦跨中節(jié)點 c（1） 弦桿與拼接角鋼連接焊縫計算：拼接角鋼與下弦桿截面相同，傳遞內力N=735.15KNAuthor:山東 seo14設肢尖、肢背焊角尺寸為8mm ，則需焊縫長度為：l wN2hf735.1510340.7hf f fw40.7816 221.1mm 取 l w =300mm160拼接角鋼長度取2×300+20=620mm 。（2）弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算,其內力按下弦桿內力的15計算 :N=7

28、35.15 ×15 =110.3KN設肢背與肢尖的焊角尺寸為6mm ，弦桿一側所需焊縫長度為：k1N2110.3103肢背： lw31266.7mm取 l w =80mm0.7hf f fw2hf0.7 622160k2 N1110.3103肢尖： lw31239.4mm取 l w =60mm0.7hf f fw2hf0.7 622160（3）節(jié)點板尺寸，如圖15 所示：圖 15節(jié)點板 c 尺寸5. 端部支座節(jié)點a 見圖 16：Author:山東 seo15加筋肋加筋肋節(jié)點板底板圖16 節(jié)點A(1) 為了便于施焊，下弦角鋼水平肢的地面與支座地板的距離

29、一般不小于下弦伸出肢的長度，故可取 160mm ，在節(jié)點板中心線左側設置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點板的高度相同，厚度同端部節(jié)點板為 12mm。支座底板計算：支座反力： R=532.8×sin38.9+23.47=358.05KN 。取加勁肋的寬度為 80mm，考慮底板上開孔，按構造需求取地板尺寸為240mm× 360 偏安全地取有加勁肋部分的底板承受支座反力，則承壓面積為：An 240( 2 180 12)41280mm2驗算柱頂混凝土的抗壓強度：R358.05 1038.7 N mm2fc 9.6 N mm2滿足要求。An41280地板的厚度按支座反力作用下的彎矩計算、

30、節(jié)點板和加勁肋將底板分為四塊， 每塊板為兩邊支撐而另兩邊自由的板，每塊板的單位寬度的最大彎矩為：M22式中- 地板下的平均應力，8. 7N2m m2 - 兩邊支撐對角長度，(120 12 / 2)2802139.3mm- 系數 由 b2 / 2 決定，b2 為兩邊支撐的焦點到對角線2 的垂直距離，由三角形面積Author:山東 seo16關系得 b21208068.9mm=139.3b2 / 2 =0.50 查表得=0.0602M0.06028.7139.3210162.9N mm地板厚度6Mf6 10162.9 21516.8取 t=20mm(1) 加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算：偏安全地假定