某钢结构课程设计计算书

- 1 -钢结构课程设计计算书、设计资料某地一机械加工车间，长 84m，跨度 24m，柱距 6m，车间内设有两台35/10T 中级工作制桥式吊车，该地区冬季最低温度为20。轨顶标高16.5m，柱顶标高 25m，地震设计烈度 7 度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.56m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2） ，上铺 120mm 珍珠岩制品保温层（容重为 1KN/m3） ，二毡三油上铺小石子防水层（0.4KN/m 2） ，找平层2cm 厚（0.4KN/m 2） ，卷材屋面，屋面坡度 i=1/8，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级 C20，上柱截面 400400mm。钢材选用 Q235B，焊条采用E43 型。屋面活荷载标准值 0.8KN/m2，积灰荷载标准值 0.55KN/m2，雪荷载标准值 0.35 KN/m2，风荷载标准值 0.45 KN/m2。屋架的计算跨度：Lo=24000 2150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处） ，h=2009mm （计算跨度处） 。中部高度 H=3490mm。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图 1 所示图 1 梯形钢屋架形式和尺寸屋架支撑布置见图 2 所示。- 2 -上弦支撑布置图下弦支撑布置图垂直支撑 1-1垂直支撑 2-2三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。荷载计算表- 3 -荷载名称 荷载标准值 KN/m2 荷载设计值 KN/m2二毡三油上铺小石子 0.4 0.4x1.35=0.54找平层 2cm 厚 0.02x20=0.4 0.4x1.35=0.54120mm 珍珠岩制品保温层 0.12x6=0.72 0.72x1.35=0.972预应力钢筋混凝土大型屋面板 1.4 1.4x1.35=1.89管道设备自重 0.1 0.1x1.35=.135钢屋架和支撑自重 0.12+0.011x24=0.384 0.384x1.35=0.5184永久荷载总和 3.404 4.5954屋面活荷载 0.8 0.8x1.4=1.12积灰荷载 0.55 0.55x0.4=0.77可变荷载总和 1.35 1.89风荷载：风荷载的高度变化系数为 1.25，屋面迎风面对体型系数为-0.6，背风面为-0.5，所以负风压的设计值为迎风面：W1=-1.4x0.6x1.25x0.45=-0.4725 KN/m 2背风面：W2=-1.4x0.5x1.25x0.45=-0.39375 KN/m 2W1 和 W2 垂直于水平面的分力未超过荷载分项系数取 1.0 时的永久荷载，故将拉杆的长细比依然控制在 350 以内。2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一 全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 F=（4.5954+1.89) 1.56=58.3686 kN组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载 =4.59541.56=41.3586 kN1F=1.891.56=17.01 kN2组合三 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载 =0.3841.351.56=4.6656 kN3F=(1.351.4+1.40.8) 1.56=27.09kN4- 4 -3.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图：由图解法或数解法解得 F=1 的屋架各杆件的内力系数（ F=1 作用 于全跨、左半跨和右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见下表所示：(a)(b)(C)- 5 -内力系数（F=1） 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨 左半跨右半跨第一种组合FF1F2 F1F2 F3F4 F3F4 计算杆件内力（KN）上弦 ABBC、CDDE、EFFGGH、HI0-8.53-12.93-14.33-14.810-6.39-9.14-9.29-9.770-2.75-4.87-6.48-6.480-497.88-754.71-836.42-864.440-461.48-690.24-750.69-778.710-399.57-617.60-702.89-722.750-212.90-307.93-318.52-333.770-114.30-192.25-242.40-244.640-497.88-754.71-836.42-864.44下弦abbccdde4.6811.1013.8213.593.598.109.407.611.403.865.687.69273.17647.89806.65793.23254.62596.86731.47691.51217.37596.86668.19692.87119.09271.22319.12269.5659.76156.36218.35271.73273.17647.89806.65793.23斜腹杆aBBbbDDccFFddffIGf-8.886.67-5.213.41-2.180.860.961.700.65-6.814.85-3.471.92-0.73-0.412.463.200.65-2.662.34-2.231.93-1.871.64-1.93-1.93-0.00-518.31389.32-304.10199.04-127.2450.2056.0399.2337.94-483.10358.36-274.50173.69-102.5828.5981.55124.7437.94-412.51315.67-255.11173.86-121.9763.466.8737.4826.88-225.91162.51-118.3169.48-29.95-7.0971.1294.6220.64-113.4994.51-84.7268.19-60.8348.44-47.80-44.353.03-518.31389.32-304.10199.04-127.2763.46,-7.0981.55,-47.8124.74,-44.3537.94竖杆AaCbEcGdHfIe-0.50-1.00-1.00-1.50-1.000.00-0.50-1.00-1.00-1.50-1.000.00-0.000.000.000.000.000.00-29.18-58.37-58.37-87.55-58.370.00-29.18-58.37-58.37-87.55-58.370.00-20.68-41.36-41.36-62.04-41.360.00-15.88-31.76-31.76-47.63-31.760.00-2.33-4.67-467-7.00-4.670.00-29.18-58.37-58.37-87.55-58.370.00注：正值表示压力，负值表示拉力四、杆件截面设计腹杆最大内力，N=-518.31KN 由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板厚度取 14mm；中间节点板厚度取 12mm。1.上弦杆整个上弦杆采用相同一截面，按 GH、HI 杆件最大内力计算， N=-864.44KN，上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度，即 Oxl=1512mm在屋架平面外：本屋架为无檩条体系，并认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取 Oyl=3000mm.- 6 -因为 2 Oxl y，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见下图。2 L 160100 10上弦截面设 =60，查轴心受力稳定系数表， =0.807需要截面积 *A = = =4982 2mfN.2158074.63需要回转半径 xi= =25.2mmol*yi= =50mm 603oxl根据需要的 *A、 xi、*y查角钢型钢表，初选 2 L 160100 10，A=50602m， =2.85cm ， =7.78m。xii按所选角钢进行验算 x= = =53.1 =150oil85.21y= = =38.6=150oil7.30由于 5.106/35.0/6.1/6/ 11 bltboy则： =15074.)7.2(.73).52(7.3 424tltoyyz由于 ，只需求出 ，查轴心受力稳定系数表， 0.8033yxyzyzyz- 7 -=212.7N/ 2m x，故用不等肢角钢，短肢相并，见下图2 L14090 10下弦截面A=4460 2m， =2.56cm， =6.85cm。xiyix= =117.2 y只需求 ，查表得 =0.363，则xx压应力： =15.9N/ 2m x只需求 ，查表得 =0.3126，则yy压应力： =124.5N/ 2m y，只需要求 ，查表得 =0.4445，则xxN/ 2m y，只需要求 ，查表得 =0.678，则xxN/ 2m y，只需要求 ，查表得 =0.475，则xxN/ 2m y，只需要求 ，查表得 =0.5715，则xxN/ 2m y，只需要求 ，查表得 =0.3815，则xxN/ 2m215 N/ 2 所选截面满足要求。7.9603815.293ANx填板放两块， =30cm 40 xi=401.53=61.2cma16、中竖杆 Ie已知 N0， 0.8 349279.2cmll8.中间竖杆选用 2 L75 6 的角钢，并采用十字形截面，见下图A=17.6 , cm,2cm91.oxi=95.9 =150 所选截面满足要求.70xoil填板放四块， =90cm 40 =402.91=116.4cma0oxi各杆计算结果见下表：五、节点设计1、下弦节点 b用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 2/160mNfw各杆件内力由表查得，最小焊缝长度不应小于 。fh8（1） 斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算：N=389.32kN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背： +16=160.8mm，取 180mm16087.239wl wl- 18 -肢尖 +12=108.6mm，取 120mm1607.2389wl wl（2） 斜杆 bD 与节点的连接焊缝计算：N=-304.10kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背： +16=129.1，取 145mm16087.2343wl wl肢尖： +12=87.4，取 115mm.3l l（3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：N = -58.37kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =6mmfh焊缝长度 40mm，取 =60mmwlwl根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 320mm425mm。下弦节点“b”（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为42.5cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差mhf6- 19 -，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN72.341.289.476N20计算长度（cm） 回转半径（cm ） 长细比 稳定系数杆件名称内力设计值 N（KN） xl0yl0截面规格截面积A（ 2cm）xiyixy xy计算应力（N/ 2m上弦杆 -864.44 151.2 300 2L160*100*10 50.6 2.85 7.78 53.1 38.6 150 0.8033 212.7下弦杆 806.65 300 118.5 2L140*90*10 44.6 2.56 6.85 117.2 173 350 75.3aB -518.31 256.2 256.2 2L140*90*10 44.6 4.47 3.73 57.3 68.7 150 0.710 164Bb 389.32 211.5 264.4 2L100*6 23.86 3.10 4.51 61.068.2 58.6 350 163.1bD -304.10 237.28 296.6 2L100*6 23.86 3.10 4.51 76.5 65.8 150 0.7105 128.4Dc 199.04 236.48 295.6 2L70*5 13.76 2.16 3.31 109.5 89.3 350 144.6cF -127.27 263.52 329.4 2L90*6 21.28 2.79 4.12 94.5 79.85 150 0.591 59.8Fd 63.46/-7.09 262.72 328.4 2L63*5 12.28 1.94 3.04 135.4 108.0 150 0.363 15.9df 81.55/-47.8 203.1 451.7 2L63*5 12.28 1.94 3.04 118.6 148.6 150 0.3126 124.5fI 124.74/-44.35 230.1 451.7 2L63*5 12.28 1.94 3.04 118.6 148.6 150 0.3126 101.6Gf 37.94 162.48 203.1 2L50*5 9.6 1.53 2.53 165.8 80.3 350 39.5Aa -29.18 160.72 200.9 2L50*5 9.6 1.53 2.53 105.0 79.41 150 0.523 79.7Cb -58.37 189.2 236.5 2L63*5 12.28 1.94 3.04 97.5 77.8 150 0.5715 83.2Ec -58.37 219.2 274 2L63*5 12.28 1.94 3.04 113.0 90.1 150 0.475 100.1Gd -87.55 249.2 311.5 2L63*5 12.28 1.94 3.04 128.5 102.5 150 0.4445 160.4Hf -58.37 124.64 155.8 2L50*5 9.6 1.53 2.53 81.5 61.6 150 0.678 89.7Ie 0.00 314.1 314.1 2L63*5 12.28 2.45 2.45 128.2 128.2 200 0屋架杆件截面选用表21，焊缝强度满足要求。MPafaw16072.014560.723）（ 2、下弦节点 c（1） 斜杆 Dc 与节点的连接焊缝计算：N=199.04kN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背： +16=90.0mm，取 100mm16087.24933wl wl肢尖 +12=61.4mm，取 70mm.013l l（3） 斜杆 cF 与节点的连接焊缝计算：N=-127.27kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背： +16=63.6，取 80mm16087.233wl wl肢尖： +12=43.6，取 60mm.3l l（3）竖杆 Dc 与节点板连接焊缝计算：N = -58.37kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =6mmfh焊缝长度 40mm，取 =60mmwlwl根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 270mm330mm。22下弦节点“C”（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为33.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差mhf6，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN76.1589.45.80N，焊缝强度满足要求。MPafaw1603206.723）（ 3、下弦节点 d（1） 斜杆 Fd 与节点的连接焊缝计算：N=63.46kN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为：肢背： +16=39.6mm，取 80mm16087.2433wl wl肢尖 +12=27.7mm，取 60mm.13l l（4） 斜杆 fd 与节点的连接焊缝计算：N=81.55kN设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背： +16=46.3，取 80mm16087.2533wl wl肢尖： +12=32.2，取 60mm.3l l23（3）竖杆 Gd 与节点板连接焊缝计算：N = -87.55kN因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 =6mmfh焊缝长度 40mm，取 =60mmwlwl根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 185mm270mm。下弦节点“d”（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为27.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差mhf6，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN42.13.795.80N，焊缝强度满足要求。MPafaw160.06.2）（ 4、上弦节点 B（1）斜杆 Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点 b 中 Bb 杆计算相同。（2）斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，N=518.31kN。设肢背与与肢尖的焊脚尺寸分别为 10mm 和 6mm。所需焊缝长度为肢背： +20=174.3，取 180mm1607.2358wl wl24肢尖： +12=140.5，取 150mm1607.2358wl wl（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到： 。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 01,612 212肢尖焊缝承担弦杆内力差 。上弦与节kNN8.497.8497点板间焊缝长度为 380mm，则awf MPlhPNK 160.2)1380(67.2.265507.02).1()(21 awfl .5)2(49.)2.()(212（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示5、上弦节点 DbD 杆与节点板的焊缝尺寸和节点 b 相同，即： ，则所需的mhf68和25焊缝长度为：肢背： +16=129.1，取 145mm16087.2343wl wl肢尖： +12=87.4，取 115mm.3l lDc 杆节点板的焊缝尺寸和节点 c 相同，即： ，则所需的焊缝长mhf68和度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： +16=90.0mm，取 100mm16087.24933wl wl肢尖 +12=61.4mm，取 70mm.013l l。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 01,612221 肢尖焊缝承担弦杆内力差 。上弦与节kNN83.56297.4-.5点板间焊缝长度为 290mm，则awf MPlhPNK 160.83)1290(67.2.8307.02).1()( 221 awfl .)(.0.655.)2.()( 2212（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示266、上弦节点 FcF 杆与节点板的焊缝尺寸和节点 c 相同，即： ，则所需的mhf68和焊缝长度为：肢背： +16=63.6，取 80mm16087.233wl wl肢尖： +12=43.6，取 60mm.3l lFd 杆节点板的焊缝尺寸和节点 d 相同，即： ，则所需的焊缝长mhf68和度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： +16=39.6mm，取 80mm16087.2433wl wl肢尖 +12=27.7mm，取 60mm.13l l。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 01,612221 肢尖焊缝承担弦杆内力差 。上弦与节点kNN71.854.-.83板间焊缝长度为 200mm，则27awf MPlhPNK 1607.4)120(67.2.6583507.02).1()( 221 awfl 5.)(81.)2.()( 2212（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示7、上