钢结构课程设计计算书

1、 钢结构设计计算书1、 设计资料 某厂房总长度90米，跨度。冬季计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度。屋架下弦标高为18米，厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制）。 根据荷载性质，钢材采用，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条选用型，手工焊。二、屋架形式和几何尺寸因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡度故宜采用梯形屋架。屋架计算跨度 屋架端部高度 屋架中部高度 屋架跨中起拱L500 ，可取50mm。屋架的几何尺寸如下图所示 三、支撑布置根据车间长度，屋架跨度荷载情况以及吊车布置情况宜设置三道上、下弦横向水平支撑。考虑

2、到柱网的布置情况，因为第一柱间间距小于6，因此厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。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垂直支撑。屋脊节点以及屋架支座处沿厂房通常设置刚性系杆，屋架下弦跨中通长设置一道柔性系杆。四、荷载和内力计算1、荷载计算永久荷载标准值： 三毡四油(上铺绿豆砂)防水层 水泥沙浆找平层 保温层 /一毡二油隔气层 水泥沙浆找平层 预应力砼屋面板 屋架及支撑自重 /合计 / 可变荷载标准值：屋面活荷载 积灰荷载 / 合计 /屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，取其中较大者进行计算。荷载

3、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。2、荷载组合荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载并根据 和计算。对跨中的部分斜腹杆因半跨荷载可能产生的内力变号，采 取将跨度中央每侧的各3跟斜腹杆（图一中的eF、Fg、gH）均按压杆控制细长比，故不再考虑半跨 荷载作用的组合。按由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.2，屋面活荷载=1.4，屋面积灰荷载=1.4、=0.9，则节点荷载设计值为按由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载=1.35，屋面活荷载=1.4、=0.7，屋面积灰荷载=1.4、=0.9，则节点荷载设计值为故应取节点荷载设计值F=

4、3、内力计算内力设计值如图二所示：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=(3.351KN/m2+1.7KN/m2) ×1.5×7m=53kN组合二 全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载F1=3.351KN/m2×1.5×7=35kNF2=1.7KN/m2×1.5×=18kN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F3=(0.12+0.11×21m)×1.2×1.5×7=4.4KNF4=(1.4×1

5、.2+0.70×1.4)×1.5×7=27.9kN内力组合见下图三所示：杆件名 称杆内力系数（P=1）组合一组合二组合三 计算内力全 垮左半跨右半跨N(左)=F1×+F2×N（右）=F1×+F2×N(左)=F3×+F4×N（右）=F3×F4×上弦杆AB0.00.00.00.00.00.00.0BD-7.472-5.310-2.162-396.016-357.1-300-181-93.2-396.016DF-11.262-7.339-3.923-596.886-526.3-4464.8-

6、254-159-596.886FH-12.18-6.861-5.319-645.54-549.8-522-245-202-645.54下弦杆ac4.1003.0101.090217.3197.68163.1210248.45217.3ce9.7446.6633.081516.43460.97396.5228.8128.8516.43eg11.9627.3264.636633.99550.5502257182633.99gh11.7685.8845.884623.7518518216216623.7斜腹杆aB-7.684-5.641-2.043-407.3-307.5-305.7-191.2-9

7、0.8-407.3Bc5.8083.9601.84830827523713677308cD-4.409-2.633-1.776-234-202-186-93-69-234De2.7921.2221.570148119.71264656148eF-1.572-0.047-1.525-83-56-82-8-49-83Fg0.328-1.0391.36717-736-174040-17gH0.7131.913-1.20038593.457-3059-30竖杆aA-0.5-0.50-26.5-26.5-17.5-16-2.2-26.5cC-1.0-1.00-53-53-53-32.3-4.4-53eE

8、-1.0-1.00-53-53-53-32.3-4.4-53gG-1.0-1.00-58.69-58.69-32.3-4.4-53五、杆件截面设计 按腹杆最大内力，节点板厚度选用，支座节点板厚度选用。5.1 上弦杆整个上弦采用同一截面，按最大内力计算上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度；在屋架平面内，根据支撑布置和内力变化情况取。因为，故截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。设，按Q345号钢轴心受压构件属b类截面。查表得 。需要截面面积： 需要的回转半径： 根据查角钢规格表选用， 。按所选角钢进行验算：（满足要求） （满足要求）双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比，由

9、，查表得 （满足要求）yyxx1107010110105.2 下弦杆 整个下弦不改变截面，按最大内力设计。按下弦支撑布置情况：，因为，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并。计算所需下弦截面净面积： 选用（短肢相并），截面如图5-2所示。 验算：如果连接的螺栓孔中心至节点板边缘距离不小于，螺栓孔对下弦截面的消弱可不考虑，所以. （满足） （满足） （满足）10110863xxyy1105.3 端斜杆aB ，。如选用（长肢相并），则，。验算： （满足）（满足） 由，查表得 <f=310（满足）8080125107yyxx5.4 端斜杆Bc ,几何长度： 所需截面面积： 选用 ,则 验算：<

10、;f=310（满足）（满足）（满足）105636363yyxx5.5斜腹杆cD ，初选用，则验算：（满足）（满足）（满足）5.6斜腹杆De，选用验算： （满足） （满足） （满足）5.7斜腹杆eF ，初选用验算： （满足） （满足）由于，只需求，查表得 （满足）5.8斜腹杆Fg,， 所需 选用，则，对所选角钢进行验算： （满足） （满足）由于，只需求，查表得 （满足）5.9 斜腹杆gH,， 选用，则，对所选角钢进行验算： （满足） （满足）由于，只需求，查表得 （满足）5.10竖杆aA、cC、eE、gG其最大内力为，选用长细比较大的竖杆进行设计，则可保证其它竖杆的安全可靠性。内力较小，按各杆允

11、许长细比选择角钢，所需回转半径为：， 选用,则 （满足） （满足）由于，只需求，查表4.2得（满足）根据布置螺栓的要求，端竖杆及中间杆最小应当选用的角钢，采用十字形截面，端竖杆aA: 查表得 ，中间竖杆Ii: 由角钢，（满足要求） 架各杆件的截面汇总如下表所示19 / 19文档可自由编辑打印杆 件杆内力（kN）计算长度截面形式及角钢规格截面积回转半径长细比容许系数长细比上弦-645.541507.53015短肢相并21107010343319.654.576.9155.321500.832225.98下弦633.9930006000短肢相并2100638251717.749.7169.4912

12、0.72250-251.9 aaB-407.325302530长肢相并2125807281940.232.5 6377.81500.646223.64BBcc3082090.426132635122819.429.6107.7588.28350-250ccD-2342291.228642505960615.324.614975116.42150-24306DDe1482291.228642505960615.324.6149.75116.42150-154.07eeF-832499.231242755148223.334.5107.2690.551500.508110.25FFg402499.

13、231242565108317.226.9145.3116.11500.326113.296ggH59271233902635122919.429.6139.79114.531500.345139.15竖杆aaA-26.5179117912635122917.226.9 150 0.749 28.788ccC-53183222902564108317.326.7133.64108.241500.372162.27eeE-53207225902564108317.326.7134.4107.41500.437162.27ggG-53231228902564108317.326.7134.4107

14、.41500.372162.27 六、节点设计6.1 下弦节点c用焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设cB杆的肢背和肢尖焊缝，所需焊缝长度为：肢背：，取肢尖：，取 设cD杆的肢背与肢尖的焊缝为肢背：，取 肢尖：，取ac杆的内力很小，焊缝尺存可按构造确定取 根据以上取得的焊缝长度，并考虑杆尖之间应有的间隙以及制作、装配等误差，从而确定节点板尺寸为。下弦与节点板连接的焊缝长度为，所受的力为左右下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为 焊缝强度满足要求。6.2 上弦节点 Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同，aB杆与节点板的焊缝尺寸按上述方法计算。肢背：，实际取肢尖：，实际取为了便于搁置

15、屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背，上弦角钢与节点板间用槽焊连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力与上弦垂直。根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度，焊缝计算长度，则肢背焊缝应力为： 肢尖焊缝承受弦杆内力差，偏心距 偏心力矩 采用，则 6.3 屋脊节点H 设焊缝高度，则所需焊缝计算长度为：,取 拼接角钢长度取 上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15计算。设肢尖焊缝，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 ：焊缝应力为： 焊缝强度满足要求。6.4支座节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取，节点板取的钢板。6.4.1 支座底板的计算支座反力按构造要求采用底板面积为如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力，则承压面积为:验算拄顶砼的抗压强度： （满足要求）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撑，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距位： 式中：-底板下的平均应力，-两支承边之间的对角线长度，-系数，由 故