钢结构计算书

1、一、 设计资料1、 车间平面尺寸为150m9m，柱距7.5m，跨度为18m，柱网采用封闭结合。车间内有两台15t/3t 中级工作制软钩桥式吊车。2、 屋面采用长尺复合屋面板，檩距1.5m。3、 檩条采用冷弯薄壁斜卷边 Z 型钢Z25075202.5，屋面坡度 i=l/8。4、 侧向支撑点间距为3m5、 钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高9.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为400mm400mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值 fc14.3N/m2。抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接6、 钢材用Q235-B，焊条用E43系列型。屋架采用平坡梯形屋架，

2、无天窗，外形尺寸如图 1。图1 屋架外形尺寸及腹杆布置形式7、 该车间建于深圳近郊。8、 屋盖荷载标准值：（l）屋面活荷载 0.50 kN/m2（2）基本风压w0 0.75 kN/m2（3）复合屋面板自重 0.15 kN/m2（4）檩条自重 0.084 kN/m2（5）屋架及支撑自重 0.12+0.011L kN/m2 9、运输单元最大尺寸长度为15m，高为4.0m。二、 屋架几何尺寸及檩条布置1、 屋架几何尺寸屋架上弦节点用大写字母 A, B, C连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字 母 a, b, c连续编号。图2 屋架几何尺寸运输单元的最大尺寸为长度15m，高度4m。此屋架跨度1

3、8m，高度2.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为9m，高为2.3m。两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。2、 檩条布置采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为1.5m。檩条跨度l=7.5m6m ，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。由于 风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。 檩条、拉条和撑杆的设置如图3所示。撑杆 斜拉条 屋架 檩条 拉条图3 檩条、拉条和撑杆的布置三、 支撑布置1、上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间，

4、且间距不宜超过60m。本车间长度150m，因此需要布置四道横向水平支撑，如图4所示。上弦横向水平支撑 屋架 檩条 图4 上弦横向水平支撑2、下弦横向和纵向水平支撑车间内有两台15t/3t中级工作制软钩桥式吊车，故应设置 下弦横向和纵向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，如图5所示。横向水平支撑 纵向水平支撑 柔性系杆图5 下弦横向和纵向水平支撑3、 垂直支撑垂直支撑必须设置。对于本屋架结构，在跨度中央设置一道中间垂直支撑，在屋架两端各设置一道垂直支撑。垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上，如图 6 所示。（a） 跨中垂直支撑（b）端部垂直支撑图 6 垂直支撑

5、4、 系杆没有设置横向水平支撑的屋架，其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。上弦平面内，屋 脊和屋檐处需要设置刚性系杆，其它支撑点处设置柔性系杆。本屋盖结构中，檩条长细比= 194.6200 ，故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。下弦平面设置两道柔性系杆（图 5），可采 455的单角钢。四、 荷载与内力计算1、荷载计算（1）永久荷载复合屋面板自重 0.15 kN/m2檩条自重 0.084 kN/m2屋架及支撑自重 0.318 kN/m2永久荷载总和：0.552 kN/m2（2）可变荷载（a）活荷载：屋面活荷载 0.5kN/m2 。（b）风荷载：wk =z s z w0 ，z = 1.0 ，z = 1

6、.0 ， w0 = 0.45kN/m2 ，迎风面s = -0.6 ， 背风面s =-0.5 。 故迎风面 wk = -0.45kN， 背风面 wk =-0.375kN/m2 。2、荷载组合（1）组合一：全跨永久荷载全跨活荷载 永久荷载与活荷载大小接近，活荷载起控制作用，荷载设计值为q=1.20.5521.40.5=1.36kN/m2屋架上弦节点荷载为P=qA=1.361.57.5=15.33kN（2）组合二：全跨永久荷载半跨活荷载 全跨永久荷载： q1=1.20.552=0.662kN/m2P1=q1A=0.661.57.5=7.45N半跨活荷载：q2=1.40.5=0.7kN/m2P2=q2

7、A=0.71.57.5=7.88kN（3）组合三：全跨屋架及支撑自重半跨屋面板重半跨施工荷载 全跨屋架及支撑自重：q3=1.00.318=0.318kN/m2P3=q3A=0.3181.57.5=3.58kN半跨屋面板重半跨屋面活荷载：q4=1.2(0.15+0.084)+1.40.5=0.981kN/m2P4=q4A=0.9811.57.5=11.03kN（4） 组合四：全跨永久荷载风荷载 迎风面：q5=1.00.552-1.40.45=-0.078kN/m2 0 背风面：q5=1.00.552-1.40.375=0.027kN/m2 0可见，风吸力不会引起屋架杆件内力由拉力变为压力，不需要

8、考虑该组合。 上述各组合中，端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。3、内力计算本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨） ，内力计算结果如表 1所示。五、 杆件截面设计1、 节点板厚度对于梯形屋架，节点板厚度由腹杆最大内力（一般在支座处）按下表取用：梯形桁架腹杆内力或三角形 屋架弦杆端节间内力 (kN)1.0采用两不等边角钢短肢相并组成的T形截面。（5）跨中竖腹杆 采用两个等肢角钢组成的十字形截面，斜平面内计算长度系数为0.9.（6）其他腹杆面内计算长度系数x=0.8，面外计算长度系数y=1.0，根据等稳定原则，采用两等肢角钢组成的T形

9、截面。3、上弦杆上弦杆需要贯通，各杆截面相同，按FG、GH杆的最大内力设计，即N=-193.19KN。计算长度l0x=l=1512mm，l0y=4l=3924mm。截面选用2755010，短肢相并，肢背间距a=6mm。截面特性：A=23.18cm2，ix=1.38cm,iy=3.72cm。（1）刚度验算x=l0xix=151.21.38=109.57=150，满足y=l0yiy=302.43.72=81.29x 上弦杆绕y轴弯扭屈曲，按b类截面查得稳定性系数=0.486NA=1931030.48623.18102=113.78Nmm2f=215kNmm2，满足4、下弦杆 下弦杆需要贯通，各杆截

10、面相同，按cf杆的最大内力设计，即N=192.07KN。计算长度l0x=l=6000mm，l0y=0.5l=3000mm。截面选用2565，短肢相并，肢背间距a=6mm。截面特性：A=10.83cm2，ix=1.72cm,iy=3.54cm。（1）刚度验算x=l0xix=6001.72=348=350,满足y=l0yiy=4502.54=177=350，满足（2）整体稳定性验算NA=19210310.83102=177.3Nmm2f=215kNmm2,满足5、再分式腹杆（cd-Df、Fe-ef） 再分式腹杆d、e节点处不断开，采用通长杆件。该杆最大压力为即NFe =16.37KN, Nef =

11、13.78KN。最大压力Ncd=-40.48kN ， NdF=29.03kN ,NFe=16.98kN,Nef=26.84kN。可见，该杆截面由 cd杆的最大压力确定，即N=-40.48kN。计算长度 lox=2014mm ， loy=1.86l=3745mm 。截面选用短肢相并，肢背间距 a=6mm，275505所提供的截面几何特性为：A=12.25cm2 ，ix=1.44cm ， iy=3.61cm。（1）刚度验算x=l0xix=201.41.44=140=150，满足y=l0yiy=3753.61=104=150，满足（2）整体稳定性验算b1t=755=150.56l0yb1=15.04

12、因此绕 y 轴弯扭屈曲的换算长细比yz=y=104yzx 上弦杆绕x轴弯扭屈曲，按b类截面查得稳定性系数=0.320NA=40.481030.34512.25102=95.8215N/mm2，满足6、竖腹杆Kf 杆件轴力为N=49.5kN，计算长度lou=lov=0.9l=0.93063=2757mm 。截面选用2454，十字形截面，肢背间距 a=8mm，所提供的截面几何特性为：A=6.97cm2 ，iu=1.74cm ， iv=2.51cm。（1）刚度验算y=l0uiy=275.71.74=158=350,满足x=l0vix=275.72.51=110=350，满足（2）强度验算NA=14.

13、491036.97102=20.760hf=240mm，取lw=270mm受力较大的肢背处的焊缝应力为f=N20.7hflw=0.7126.1910320.74270=58.4Nmm2ffw=160Nmm2，满足2、上弦节点“C”（1）腹板与节点板的连接焊缝（a）“bC”杆“bC”杆与节点板连接的焊缝尺寸和节点“b”相同。（b）“Cc”杆杆件轴力N=61.98kN，截面为：2565，节点板厚6mm。角焊缝强度设计值为：160 N/mm2。肢背和肢尖的内力分配系数分别为：=0.7, =0.3。角焊缝强度设计值ffw= 160 N/mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，1= 4mmhf,min=1.5tm

14、ax=1.56=3.7mmhf，1= 4mmhf,max=1.2tmin=1.25=6mm所需焊缝长度：l1=N20.7hf,1ffw+2hf,1=0.761.9810320.74160+24=56.4mm取l1=60mm62hf，1=624=248mm l1=60mm10hf，1=104=40mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2= 4mmhf,min=1.5tmax=1.56=3.7mmhf，2= 4mmhf,max=t=5mm所需焊缝长度： l2=N20.7hf,1ffw+2hf,1=0.361.9810320.74160+24=28.7mm 取l2=50mmmax（10hf，1，402hf，1

15、）=104=48mm（2）节点详图图8 上弦节点“C”（3）上弦与节点板的连接焊缝 上弦与节点板的连接焊缝长度l=275mm，所受的力为左右两上弦杆的内力差N=101kN以及节点荷载15.75kN。上弦杆截面为270508，节点板厚6mm。（a）上弦肢背与节点板的槽焊缝上弦肢背与节点板的槽焊缝承受节点荷载P，槽焊缝按两条hf=0.5t=3mm的角焊缝设计，屋面倾角=arctan（1/8），节点荷载P的偏心距e=32.5mm。槽焊缝所受的应力为：f=Psin20.7hflw=15.751030.12420.74(275-8)=1.31N/mmf=Pcos20.7hflw+6Pecos20.7hf

16、lw2=15.751030.99220.74275-8+615.751030.99232.520.74275-82=18.07N/mmff+f2=18.071.222+1.31=14.8N/mm0.8ffw=0.8160=128N/mm，满足（b）上弦肢尖与节点板的连接焊缝 上弦肢尖的两条角焊缝承担偏心荷载N，偏心距e=32.5mm。取焊脚尺寸hf=5mmhfmin=1.5tmax=4.2mmhf=5mmhfmax=t-2=6mm肢尖焊缝所受的应力为：f=N20.7hflw=10110320.74(275-10)=67.5N/mmf=6Ne20.7hflw2=610132.510320.74(

17、275-10)=56.9N/mmff+f2=56.91.222+67.5=82.1N/mmffw=160N/mm，满足3、有工地拼接的下弦节点“f”“f”节点与一般下弦节点的区别在于节点处弦杆中断而需对弦杆进行拼接。（1）拼接角钢的截面和长度 弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与原来的角钢相紧贴，并便于施焊，需将拼接角钢顶部截去棱角，宽度为6mm（角钢内圆弧半径），且将垂直肢截去hf+t+5mm（t为角钢厚度）。因切割而对拼接角钢截面的削弱考虑由节点板补偿而不计。拼接角钢与下弦杆共有4条角焊缝，都位于角钢的肢尖，承担节点两侧弦杆中较小的内力设计值N2，对于下弦杆，偏安全取N2=A2

18、f。下弦杆截面为2565，A=10.83cm。焊脚尺寸 hf=4mmhfmin=1.5tmax=3.7mmhf=4mmhfmax=5mm所需的拼接角钢总长度为ls=2Af40.7hfffw+2hf+20=10.8310221540.74160+8+20=296mm取ls=300mm。（2）下弦杆与节点板的连接角焊缝 下弦杆与节点板连接角焊缝的计算内力取N=N1-N2和0.15N1两者中的较大值，“f”节点处N1=N2=192.07kN，下弦杆截面为2565，节点板厚6mm，肢背和肢尖的内力分配系数分别为：=0.7, =0.3。角焊缝强度设计值ffw= 160 N/mm。肢背焊缝焊脚尺寸取hf，

19、1= 4mmhf,min=1.5tmax=1.56=3.7mmhf，1= 4mmhf,max=1.2tmin=1.25=6mm所需焊缝长度l1=N20.7hf,1ffw+2hf,1=0.70.15192.0710320.74160+24=26mm 取l2=50mmmax（10hf，1，402hf，1）=48mm肢尖焊缝焊脚尺寸取hf，2=4mmhf,min=1.5tmax=1.56=3.7mmhf，2=4mmhf,max=t=5mm所需焊缝长度：l2=N20.7hf,1ffw+2hf,1=0.30.15192.0710320.74160+24=17.6mm 取l2=50mmmax（10hf，1

20、，402hf，1）=48mm（3）腹杆与节点板的连接角焊缝焊缝尺寸列表计算，如表3所示。“Hf”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背hf，1=4mm，l1=5mm，肢尖hf，2=4mm，l2=50mm。“ef”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背hf，1=4mm，l1=50mm，肢尖hf，2=4mm，l2=50mm。（4）节点详图 根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图9所示。图中，屋架右半边运输单元上的构件必须在工地装配厚才能与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。 图9 下弦节点“f”4、屋脊节点“H”“H”节点与一般上弦节点的区别在于节点处

21、弦杆中断而需对弦杆进行拼接。（1）拼接角钢的截面和长度与“f”节点类似，拼接角钢采用上弦杆同号角钢，顶部截去棱角，宽度为8mm，垂直肢截去hf+t+5mm，见图10所示。拼接角钢与上弦杆共有4条角焊缝，都位于角钢的肢尖，承担节点两侧中较小的内力设计值N1=-193.19kN。上弦杆截面为275508，焊脚尺寸取为hf=5mmhfmin=1.5tmax=1.58=4.2mm hf=5mmhfmax=tmax=6mm所需的拼接角钢总长度为ls=2N240.7hfffw+2hf+30=2193.1910340.75160+8+30=262mm取ls=170mm。（2）腹杆与节点板的连接焊缝 焊缝尺寸

22、列表计算，如表3所示。“Hf”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背hf，1=4mm，l1=50mm，肢尖hf，2=4mm，l2=50mm。“eH”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背hf，1=4mm，l1=50mm，肢尖hf，2=4mm，l2=50mm。（3）节点详图 根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，如图10所示。图中，屋架右半边运输单元上的构件必须在工地装配厚才能与节点板焊接，已以工地焊缝代号标明。 图10 屋脊节点“H”（4）上弦杆与节点的连接焊缝上弦肢背与节点板的槽焊缝长度l1=145mm，承受节点荷载P=7.25kN,肢尖焊缝长度l

23、2=150mm，承受偏心荷载0.15N1=29kN。上弦杆截面为275508，节点板厚6mm。（a）上弦肢背与节点板的槽焊缝槽焊缝按两条hf=3mm的角焊缝计算。屋面倾角=arctan（1/8），节点荷载P的偏心距e=64mm。槽焊缝所受的应力为f=Psin20.7hflw=7.250.12410320.74(145-8)=1.17N/mmf=Pcos20.7hflw+6Pecos20.7hflw2=34Nmm2,满足0.8fffw=0.81.22160=156.2N/mm（b）上弦肢尖与节点板的槽焊缝上弦肢尖的两条角焊缝承担偏心荷载0.15N=29KN,偏心距e=70mm焊脚尺寸hf=5mm

24、hfmin=1.5tmax=1.58=4.2mm hf=5mmhfmax=8-2=6mm肢尖焊缝所受应力为f=0.15N120.7hflw=2910320.74(150-10)=37N/mmf=60.15N1e20.7hflw2=6297010320.74(150-10)=111N/mmff+f2=1111.222+37=98.2N/mmffw=160N/mm，满足5、支座节点“a”为便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距不小于水平肢的边长，且不小于130mm，取130mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板相同，厚度都为8mm。（1）支座底板的尺寸（a）底板的平面尺寸支

25、座反力R=110.25kN，锚栓直径d=20mm，锚栓孔直径d0=2d=40mm，底板的平面尺寸按构造采用240240mm。验算柱顶混凝土的抗压强度：An=A-d021+4=240240-4021+4=54743mm=RAn=110.2510354743=2.01Nmm2fc=14.3Nmm2，满足（b）底板的厚度节点板和加劲肋将地板分成四块，每块板为两相邻支承而另两相邻边自由的板，所受应力=0.24N/mm，两支撑边之间的对角线长度以及支撑边焦点到对角线的距离分别为：a1=2240-102=162.6mm，b1=a12=81.3mmb1a1=0.5，查得=0.0602则单位宽度的最大弯矩为：

26、M=a12=0.06022.01162.62=3199 Nm/m底板厚度为：t=6Mf=63199205=9.68mm根据构造要求，取t=20mm。（2）节点板的尺寸（a）腹杆与节点板的连接焊缝焊缝尺寸列表计算，如表3所示。“Aa”杆与节点板的连接焊缝尺寸为：肢背hf，1=4mm，l1=100mm，肢尖hf，2=4mm，l2=50mm。（b）下弦杆与节点板的连接焊缝 “ab”杆在支座节点板处断开，其焊缝尺寸的计算与腹板相同，详见表3所示。肢背hf，1=4mm，l1=50mm，肢尖hf，2=4m，l2=50mm。（c）节点详图根据上述焊缝长度以及杆件截面，并考虑杆件之间应有的间隙、制作和装配等误

27、差，按比例绘出节点详图，如图11所示。 图11 支座节点“a”（3）加劲肋的尺寸加劲肋的高度和厚度与节点板相同，分别为320mm和8mm，底部外边缘与地板大致齐平，宽度为115mm，为避免3条互相垂直的角焊缝交于一点，加劲肋底端角部切除15mm，从轴线交点开始往上，加劲肋的宽度逐渐减小，顶部宽度取为加劲肋的平面尺寸详见图11所示。bs=50mmh030+40=32030+40=50mm,满足（4）加劲肋与节点板的连接焊缝F=R2ba+b=11.252240240+240=27.6kN焊缝受力V=F=27.6kNM=27.6115+15210-3=1.79kNm节点板和加劲肋厚度都为8mm，焊脚

28、尺寸取为hf，2=5mmhf,min=1.5tmax=1.58=4.2mmhf，2=5mmhf,max=1.2tmin=1.28=9.6mm焊缝计算长度 lw=l-c-2hf=350-15-25=295mm焊缝应力f=V20.7hflw=27.610320.752953=13.4N/mmf=6M20.7hflw2=61.7910620.75323=17.6N/mmff+f2=17.61.222+13.4=29.6N/mmffw=160N/mm，满足（5）加劲肋、节点板与地板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力R=110.25kN，加劲肋和节点板厚8mm，底板厚20mm，焊脚尺寸取：hf，2= 8m

29、mhf,min=1.5tmax=1.520=6.7mmhf，2= 8mmhf,max=1.2tmin=1.28=9.6mm焊缝总计算长度lw=2240-28+4115-15-28=784mm焊缝应力f=R0.7hflw=110.251030.78784=25.11N/mmffw=1.22160=195.2N/mm，满足其余各节点的计算过程不再一一列出。先给出腹杆和下弦杆断布的焊缝尺寸计算表，以及上、下弦杆在内部节点处的焊缝强度验算表，见表所示。表3 腹杆和下弦杆端部焊缝尺寸计算表杆件名称计算内力(kN)肢背焊缝肢尖焊缝hf,min(mm)hf,max(mm)hf，1(mm)lw,1(mm)l1

30、(mm)hf,min(mm)hf,max(mm)hf，2(mm)lw,2(mm)l2(mm)斜腹杆Ab117.6 0.7 0.3 3.7 6.0 4 92 100 3.7 5.0 4 40 50 bC-95.1 0.7 0.3 3.7 6.0 4 76 90 3.7 5.0 4 40 50 Cc62.0 0.7 0.3 3.7 6.0 4 48 60 3.7 5.0 4 40 50 cd-40.5 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5.0 4 40 50 dF-29.0 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5.0 4 40 50 Fe-17.0 0.7

31、 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5.0 4 40 50 ef-16.8 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5.0 4 40 50 Dd11.2 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 4.0 4.0 4 40 50 eH11.8 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 4.0 4.0 4 40 50 竖杆Aa110.3 0.7 0.3 3.7 6.0 4 90 100 3.7 5.0 4 40 50 Bb15.8 0.7 0.3 4.0 4.8 4 40 50 4.0 4.0 4 40 50 Dc-23.7 0.7 0.3 4.0 4.8

32、 4 40 50 4.0 4.0 4 40 50 50 Ed-15.8 0.7 0.3 4.0 4.8 4 40 50 4.0 4.0 4 40 Ge-15.8 0.7 0.3 4.0 4.8 4 40 50 4.0 4.0 4 40 50 Hf14.5 1.0 0.0 4.0 4.8 4 40 50 4.0 4.0 4 40 50 下弦杆ab0.0 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5.0 4 40 50 bc18.9 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5.0 4 40 50 cf28.8 0.7 0.3 3.7 6.0 4 40 50 3.7 5

33、.0 4 40 50 表4 下弦杆内部节点处焊缝验算表节点名称节点荷载(kN)坡度l(mm)偏心e(mm)节点板厚度(mm)f (N/mm2)f (N/mm2)槽焊缝应力比结论上弦节点A7.88 0.13 280.00 10.00 6.00 0.85 8.28 0.05 满足B15.75 0.13 165.00 12.50 6.00 2.93 34.44 0.22 满足C15.75 0.13 275.00 32.50 6.00 1.73 23.86 0.15 满足D15.75 0.13 220.00 40.00 6.00 2.17 36.89 0.24 满足E15.75 0.13 165.00 12.50 6.00 2.93 34.44 0.22 满足F15.75 0.13 260.00 40.00 6.00 1.83 28.49 0.18 满足表5 上弦肢尖与节点板连接焊缝验算表节点名称计算内力(kN)l(mm)肢背焊缝肢尖焊缝结论hf，1(mm)lw,1(mm)f(N/mm2)hf，2(mm)lw,2(mm)f(N/mm2)下弦节点b126.19 0.70 0.30 280.00 4.00 270.00 58