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，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），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/m2），找平层2cm厚（0.4KN/m2），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400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活

2、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=240002×150=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。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。荷载计算表荷载名称荷载标准值KN/m2荷载设计值KN/m2二毡三油上铺

3、小石子0.40.4x1.35=0.54找平层2cm厚0.02x20=0.40.4x1.35=0.54120mm珍珠岩制品保温层0.12x6=0.720.72x1.35=0.972预应力钢筋混凝土大型屋面板1.41.4x1.35=1.89管道设备自重0.10.1x1.35=.135钢屋架和支撑自重0.12+0.011x24=0.3840.384x1.35=0.5184永久荷载总和3.4044.5954屋面活荷载0.80.8x1.4=1.12积灰荷载0.550.55x0.4=0.77可变荷载总和1.351.89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

4、，所以负风压的设计值为迎风面：W1=-1.4x0.6x1.25x0.45=-0.4725 KN/m2背风面：W2=-1.4x0.5x1.25x0.45=-0.39375 KN/m2W1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) ×1.5×6=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 =4.5954×1.5×6=41.3586 kN =1.

5、89×1.5×6=17.01 kN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 =0.384×1.35×1.5×6=4.6656 kN =(1.35×1.4+1.4×0.8) ×1.5×6=27.09kN3.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)杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F×第

6、二种组合第三种组合计算杆件内力（KN）全跨左半跨右半跨F1×F2×F1×F2×F3×F4×F3×F4×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.

7、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-8.886.67-5.213.41-2.18

8、0.860.961.700.65-6.814.85-3.471.92-0.73-0.412.463.200.65-2.662.34-2.231.93-1.871.64-1.93-1.93-0.00-518.31389.32-304.10199.04-127.2450.2056.0399.2337.94-483.10358.36-274.50173.69-102.5828.5981.55124.7437.94-412.51315.67-255.11173.86-121.9763.466.8737.4826.88-225.91162.51-118.3169.48-29.95-7.0971.1294

9、.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.

10、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=1512mm在屋架平面外：本屋架为无檩条体系，并

11、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=3000mm.因为2，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见下图。2 L 16010010上弦截面设=60，查轴心受力稳定系数表，=0.807需要截面积 =4982需要回转半径=25.2mm=50mm 根据需要的、 查角钢型钢表，初选 2 L 16010010，A=5060， =2.85cm ， =7.78m。按所选角钢进行验算=53.1=150=38.6=150由于则：=150 由于 ，只需求出，查轴心受力稳定系数表，0.8033 =212.7N/<215 N/ 所选截面合适。填板放两块，=75cm40=40

12、5;2.85=114cm2 .下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=806.65KN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=3000mm 屋架平面外根据支撑布置取=23700/2=11850mm计算需要净截面面积=3751.9选用 2 L1409010因>，故用不等肢角钢，短肢相并，见下图2 L1409010下弦截面A=4460， =2.56cm，=6.85cm。=117.2< =350 =173.0<=350 =180.9N/<215 N/所选截面满足要求。填板放一块，=150cm80=80×2.56=204.8cm3. 端斜杆aB杆件轴力：N=-

13、518.31KN计算长度：=2562mm因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用2 L1409010，2 L1409010端斜杆截面A4460，4.47cm，3.73cm= 57.3= =68.7由于=13.7故由按b类查表=0.710164N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=120cm40=40×3.73=149.2 cm4. 斜杆Bb已知N=389.32kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2644=2115.2mm 屋架平面外根据支撑布置取=2644mm选用 2 L1006，见图 A=2386， =3.10cm

14、，=4.51cm。 =163.1N/<215 N/ =68.2< =350 =58.6<=350 =163.2N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm80=80×3.10=248cm5. 斜杆bD已知N=-304.10kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2966=2372.8mm 屋架平面外根据支撑布置取=2966mm选用 2 L1006，见图 A=2386， =3.10cm，=4.51cm。 =128.4N/<215 N/ =76.5< =150 =65.8<=150 查轴心

15、受力稳定系数表，0.7105 =179.4N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm40=40×3.10=124cm6. 斜杆Dc已知N=199.04kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×2956=2364.8mm 屋架平面外根据支撑布置取=2956mm选用 2 L705，见图 A=1376， =2.16cm，=3.31cm。 =144.6N/<215 N/ =109.5< =350 =89.3<=350 =144.7N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm80=80

16、15;2.16=172.8cm7. 斜杆cF已知N=-127.27kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×3294=2635.2mm 屋架平面外根据支撑布置取=3294mm选用 2 L906，见图 A=2128， =2.79cm，=4.12cm。 =59.8N/<215 N/ =94.5< =150 =79.95<=150 查轴心受力稳定系数表，0.591 =101.2N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm40=40×2.79=111.6cm8.斜杆Fd已知最大拉力N=63.46kN，最大压力N=

17、-7.09kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0.8×3284=2627.2mm 屋架平面外根据支撑布置取=3284mm选用 2 L635，见图A=1228， =1.94cm，=3.04cm。 =135.4< =150 =108.0<=150 因>只需求，查表得=0.363，则压应力：=15.9N/<215 N/拉应力：=51.7<215 N/ 所选截面满足要求。填板放三块，=60cm80=80×1.94=155.2cm9. 斜杆Gf已知N=37.94kN计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度=0.8×l=0

18、.8×2031=1624.8mm 屋架平面外根据支撑布置取=2031mm选用 2 L505，见图 A=960， =1.53cm，=2.53cm。 =39.5N/<215 N/ =106.2< =350 =80.3<=350 =39.5N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=30cm80=80×0.98=78.4cm10.斜杆df-fI此杆在g节点不断开，采用通长杆件。最大拉力kN，kN最大压力kN, kN再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距=2301mm屋架平面外根据支撑布置取：=4517mm选用 2 L635，见图

19、A=1228， =1.94cm，=3.04cm。 =118.6< =150 =148.6<=150 因>只需求，查表得=0.3126，则压应力：=124.5N/<215 N/拉应力：=101.6<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm80=80×1.94=155.2cm11.竖杆GdN=-87.55kN, =0.8l=0.8×3115=2492mm, =3115mm由于杆件内力较小，按 =150选择，需要的回转半径为，查型钢表，选择截面的和较上述计算的和略大些，选用2 L635，其几何尺寸特性为：A=1228，=1.94cm，=

20、3.04cm=<150=<150因>，只需要求，查表得=0.4445，则 N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm40=40×1.94=77.6cm12.竖杆HfN=-58.37kN, =0.8l=0.8×1558=1246.4mm, =1558mm由于杆件内力较小，按 =150选择，需要的回转半径为，查型钢表，选择截面的和较上述计算的和略大些，选用2 L505，其几何尺寸特性为：A=960，=1.53cm，=2.53cm=<150=<150因>，只需要求，查表得=0.678，则 N/<215 N/ 所选截

21、面满足要求。填板放一块，=60cm40=40×1.53=61.2cm13.竖杆EcN=-58.37kN, =0.8l=0.8×2740=2192mm, =2740mm由于杆件内力较小，按 =150选择，需要的回转半径为，查型钢表，选择截面的和较上述计算的和略大些，选用2 L635，其几何尺寸特性为：A=1228，=1.94cm，=3.04cm=<150=<150因>，只需要求，查表得=0.475，则 N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm40=40×1.94=77.6cm14.竖杆CbN=-58.37kN, =0.8l

22、=0.8×2365=1892mm, =2365mm由于杆件内力较小，按 =150选择，需要的回转半径为，查型钢表，选择截面的和较上述计算的和略大些，选用2 L635，其几何尺寸特性为：A=1228，=1.94cm，=3.04cm=<150=<150因>，只需要求，查表得=0.5715，则 N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=60cm40=40×1.94=77.6cm15.竖杆AaN=-29.18kN, =2009mm由于杆件内力较小，按 =150选择，需要的回转半径为，查型钢表，选择截面的和较上述计算的和略大些，选用2 L505，其几

23、何尺寸特性为：A=960，=1.53cm，=2.53cm=<150=<150因>，只需要求，查表得=0.3815，则 N/<215 N/ 所选截面满足要求。填板放两块，=30cm40=40×1.53=61.2cm16、中竖杆Ie已知N0，0.8 349279.2cm中间竖杆选用2 L756的角钢，并采用十字形截面，见下图A=17.6, cm,=95.9< =150 所选截面满足要求填板放四块，=90cm40=40×2.91=116.4cm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 各杆件内力

24、由表查得，最小焊缝长度不应小于。（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180mm肢尖 +12=108.6mm，取120mm（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145mm肢尖： +12=87.4，取115mm（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=6mm焊缝长度40mm，取=60mm根据上面求得的焊缝长度

25、，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320mm×425mm。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，受力较大的肢背处的焊缝应力为杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）截面规格截面积A（）回转半径（cm）长细比稳定系数计算应力（N/上弦杆-864.44151.2300 2L160*100*1050.62.857.7853.138.61500.8033212.7下弦杆806.65300118.5 2L140*90*1044.62.566.851

26、17.217335075.3aB-518.31256.2256.22L140*90*1044.64.473.7357.368.71500.710164Bb389.32211.5264.42L100*623.863.104.5161.068.258.6350163.1bD-304.10237.28296.62L100*623.863.104.5176.565.81500.7105128.4Dc199.04236.48295.62L70*513.762.163.31109.589.3350144.6cF-127.27263.52329.42L90*621.282.794.1294.579.8515

27、00.59159.8Fd63.46/-7.09262.72328.42L63*512.281.943.04135.4108.01500.36315.9df81.55/-47.8203.1451.72L63*512.281.943.04118.6148.61500.3126124.5fI124.74/-44.35230.1451.72L63*512.281.943.04118.6148.61500.3126101.6Gf37.94162.48203.12L50*59.61.532.53165.880.335039.5Aa-29.18160.72200.92L50*59.61.532.53105.

28、079.411500.52379.7Cb-58.37189.2236.52L63*512.281.943.0497.577.81500.571583.2Ec-58.37219.22742L63*512.281.943.04113.090.11500.475100.1Gd-87.55249.2311.52L63*512.281.943.04128.5102.51500.4445160.4Hf-58.37124.64155.82L50*59.61.532.5381.561.61500.67889.7Ie0.00314.1314.12L63*512.282.452.45128.2128.22000屋

29、架杆件截面选用表，焊缝强度满足要求。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100mm肢尖 +12=61.4mm，取70mm（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80mm肢尖： +12=43.6，取60mm（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=6mm焊缝长度40mm，取=60mm根据上面求得的焊

30、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270mm×330mm。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，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求。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80mm肢尖 +12=27.7mm，取60mm（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8m

31、m和6mm。所需焊缝长度为肢背： +16=46.3，取80mm肢尖： +12=32.2，取60mm（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=6mm焊缝长度40mm，取=60mm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185mm×270mm。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，受力较大的肢背处的焊缝应力为，焊缝强度满足要求。4、上弦节点B（1）斜杆Bb与节点板连接

32、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180mm肢尖： +12=140.5，取150mm（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：肢尖焊缝承担弦杆内力差。上弦与节点板间焊缝长度为380mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所

33、示5、上弦节点DbD杆与节点板的焊缝尺寸和节点b相同，即：，则所需的焊缝长度为：肢背： +16=129.1，取145mm肢尖： +12=87.4，取115mmDc杆节点板的焊缝尺寸和节点c相同，即：，则所需的焊缝长度为（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100mm肢尖 +12=61.4mm，取70mm肢尖焊缝承担弦杆内力差。上弦与节点板间焊缝长度为290mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示6、上弦节点FcF杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同，即：，则所需的焊缝长度为：肢背： +16=63.6，取80mm肢尖： +12=43.6，取60mmFd杆节

34、点板的焊缝尺寸和节点d相同，即：，则所需的焊缝长度为（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80mm肢尖 +12=27.7mm，取60mm肢尖焊缝承担弦杆内力差。上弦与节点板间焊缝长度为200mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示7、上弦节点C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=6mm焊缝长度40mm，取=60mm肢尖焊缝承担弦杆内力差。上弦与节点板间焊缝长度为200mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示 8、上弦节点E竖杆Ec与节点板连接焊缝计算：N = -58.37kN因其内

35、力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=6mm焊缝长度40mm，取=60mm肢尖焊缝承担弦杆内力差。上弦与节点板间焊缝长度为200mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示 9、上弦节点H竖杆Hf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=6mm焊缝长度40mm，取=60mm肢尖焊缝承担弦杆内力差。上弦与节点板间焊缝长度为200mm，则（4）节点板尺寸：方法同前，如图所示 10、上弦节点G设Gf杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取60。肢尖： ，取60。Gd杆的内力很小，焊缝尺寸可

36、按构造确定，取，焊缝长度40mm，取=60mm，肢尖焊缝承担弦杆内力差，上弦与节点板间焊缝长度为195mm，则11、下弦节点f设Gf杆的肢背和肢尖焊缝，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）： 肢背： ，取60。肢尖： ，取60。竖杆Hf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=6mm肢背： ，取60。肢尖： ，取60。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150mm×210mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为21cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为焊缝强度满足要求。节点如下图：12下弦节点e（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：下弦与拼接角钢连接的焊缝长度为60cm，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，