钢结构课设计算书

1、精品1.设计资料(1)某地一金工车间，长96m,跨度27m,柱距6m,采用梯形钢屋架，1.56m预应力钢筋混凝土大型屋面板，上铺珍珠岩保温层，设计地点哈尔滨地区，保温层厚度为100mm,容重34kN/m3,采用封闭结合，卷材屋面，屋面坡度i=1/10,屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20(抗压设计强度fc=10N/mm2),车间内设有两台30/5t中级工作制桥式2吊车，轨顶标图18.5m,枉顶标图27m。屋面何载标准值为0.5kN/m,雪何载标准值20.5kN/m,积灰荷载标准值为0.5kN/m2。桁架米用梯形钢桁架，其两端钱支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400400。钢材采用

2、Q235-B,焊条采用E43型，手工焊。(2)屋架计算跨度I。270.15226.7m(3)跨中及端部高度：桁架的中间高度h=3.340m在26.7m的两端高度h02.006m在27.0m轴线处两端高度h01.990m桁架跨中起拱1/50055mm屋架高跨比3340/270001/8在经济范围(1/61/10)内，为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用人字形式。2 .结构形式及几何尺寸如图1所示，支撑布置如图2所示图1桁架形式及几何尺寸根据厂房长度(96m>60m)，跨度及荷载情况，设置三道上下弦水平支撑如图:感谢下载载桁架及桁架，弦支撑布置桁架下弦支撑布置图图2:桁架支撑布置图符号说明

3、：SC上弦支撑；XC一下弦支撑；CC垂直支撑；GG刚性系杆；LG柔性系杆3 .荷载计算2屋面活荷载和雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载为0.5kN/m,等于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/cos710212/101.005,换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重(包括支撑)按经验公式PW0.120.011l计算，跨度单位为mo标准永久荷载：221.005 1.4kN/m1.407kN/m2_21.005 0.35kN/m2 0.352kN/m2321.005 0.02m 20kN / m 0.402kN / m1.005 0.08m 4k

4、N/m3 0.322kN / m2_220.12 0.11 27kN/m 0.417kN/m预应力混凝土大型屋面板三毡四油防水层20mm厚找平层80mm厚珍珠岩制品保温层桁架和支撑重2标准可变荷载: 屋面活荷载 积灰荷载总计2.900kN/m20.5kN/m0.3kN/m22总计0.8kN/m桁架设计时，应考虑以下三种荷载组合：(1) 全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为控制的组合)全跨节点荷载设计值F(1.352.900kN/m2+1.40.70.5kN/m2+1.40.90.3kN/m2)1.5m6m43.05kN(由可变荷载为主控制的组合)全跨节点荷载设计值为：_',_2一F

5、(1.22.9001.40.51.40.90.3)1.56m41.02kN(2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：Fi.i1.352.900kN/m21.5m6m35.235kN(永久荷载控制)2Fi.21.22.900kN/m1.5m6m31.32kN(可变荷载控制)2一一一对结构有利时:1.02.900kN/m1.5m6m26.10kN半跨可变荷载设计值：F2.11.4(0.70.5+0.90.3)1.567.81kN(永久荷载控制)F2.21.4(0.5+0.90.3)1.569.70kN(可变荷载控制)(3) 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活

6、荷载(按可变荷载为主的组合)全跨节点桁架自重设计值对结构不利时：F3.11.20.4171.564.50kN对结构有利时：F3.21.00.4171.563.75kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值F4(1.21.407+1.40.5)1.56=21.50kN(1)、(2)为使用阶段荷载情况，(3)为施工阶段荷载。4. 内力计算由图解法解得F=1的桁架各杆件的内力系数，然后求出各种情况下的内力进行组合，计算结果见附表杆件内力组合表。5. 杆件设计(1)上弦杆整个上弦杆采用等截面，按HI、IJ杆件之最大设计内力进行设计N=-824.31kN上弦杆的计算长度：在桁架平面内，为节点轴线长度lox1.

7、508m在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况。取loy2150.8301.6cm因为loylox故选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆最大内力N=-432.60kN。查教材表9.6.4,节点板厚度选用10mm,支座节点板厚度选用12mm。类截面，查教材附录 4得:0.807需要截面面积824310NZ Z20.807 215N/mm24751mm2需要的回转半径l ox ix 一150.8cm 2.51cm60,l oyiy -301m 5.02cm 60根据需要的A、ix、iy,查角钢规格表,选用 2L160100 10, a=10 ,如右图3立2A 50.63cmiy7.7cmix2.8

8、 cm ,按所选角钢进行验算:l oxix150.82.853.862LT6&X100X1C16016100.56反 b3016 0.56 -16010.56图3上弦截面所以yz3.7t 1l2t2oyi52.7b460.76150类截面yz60.76 y 0.803824310yA0.803 50632_2 _202.8N / mm 215N /mm ,所需截面合适。(2)下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算Ncd784.71kNlox450cmloy1335cmN所需截面面积为Anf784.71103N2215N/mm223650mm初选2L1409010,A244.52

9、cm,因10y?L,故用不等肢角钢，短肢相并，如图4所示。22A44.52cm36.53cmix2.56cmiy6.77cmoy1335cm1976.77cmoy450cm2.56cm175.8350考虑下弦有221.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积222An4452mm221021.5mm24022mm2N784.71103NAn4022mm2195.1N/mm2f215N/mm：|2合格(3)端斜杆aB杆件轴力432.60kN计算长度loxloy253.5cm因为l°x10y,故采用不等肢角钢，长肢相并，使ixiy图4下弦杆截面800.688432600Nf0.688215N/m

10、m222925mmixlox253.5cm803.17cmiy根据需要的ix、iy选用2L1258082A31.98cm，ix4.01cm,iy3.27cm,如图5所示。102L125XB0X8loxix举63.2图5端斜杆截面4.0180cm.108cm0.483b2253.50.4815.280253.577.63.27所以yzy(11.09b4lOyt277.6(1_41.0980、22)86.0x25352820.648yA432600N22208.8N/mm0.6483198mm-_2f215N/mm所选截面合适故aB杆选用2L12580(4)斜腹杆df杆，fJ杆F点在此处不断开，采

11、用通长杆件最大拉力：NfJ96.82kN,另一端Ndf71.06kN最大压力：Ndf36.51kN,另一端NfJ33.17kN平面内的计算长度lox:上段fJ端loxl2250mm,下段df段1»0.8l1800mm平面外的计算长度loy：对受压主斜杆：10yIi0.75N0.25N4500(0.2533.1736.510.75)4397mm按最大压力和上段计算长度计算因内力较小，故按150,查表得0.308,A36.51103N0.308215N/2/mm551.3mm2lox225439.7ix-1.5cm,iv2.93cm150y150在联合构造要求及所需的Aix、iy,试选截

12、面2L704,由附录8得.一.2.一_A11.14cm,ix2.18cm,1y3.21cmloxix225cm2.18cm103.21150殳0m137.0iy3.21cm15070mm17.54mm0.58战0.58439.736.47精品yzy(10.475b42-)137.6l2t2loyi0.475704(122)439.74142.7150查表y0.334yA336.5110Nr-；20.3341114mm一2_98.1N/mmf2215N/mm,受压合格。拉应力:N96.82103N2A1114mm86.9N/mm2f215N/mm210鉴于焊脚尺寸考虑(填板厚度10mm)并结合后

13、面所选截面,选用2L706截面。截面形式如图6所示。受拉合格格2L70X6(5)腹杆Bb受拉NBb342.21kN图6dJ杆截面平面内计算长度lox0.8l0.826082086mmloy2608mmN342.211032An21592mmf215N/mm试选2L706A22.16.32cm15.92cm,ix2.15cm,1y3.26cmlox208.6cmxix2.15cm97.0350loy260.8cmiy3.26cm80.0350所选截面合格，故腹杆Bb选用2L706如图7所示。10(6)端竖杆，Aa杆。N21.52KNlox2005mmloyl2005mm21.70X6因内力较小,

14、故按150,查表得0.308,图7Bb杆截面21.52103N0.308215N/mm22325mm需要的回转半径为：ixlox200.5cm1501.34cmiyloyn200.5cm1501.34cm查型钢表，采用不等边角钢长肢相连，试选2L56362A7.18cm,ix1.79cm,iy1.69cmloxx.ix200.51.79112.1150,loy200.5118.71.69150感谢下载载精品感谢下载载3610y200590.4820.4826.8b236yzy(11.09%1187)118.7l2121oyi1.09364(12)122.1150yz，故取y=122.1,查表得

15、y=0.426。xA21.52103N20.426718mm2270.36N/mm2f215N/mm2,故所选截面合格所以端竖杆Aa选用2L56364考虑焊缝尺寸要求(节点板厚度12mm)，改选2L63406如图8所示o(7)竖杆Je杆l00.9l300.6cm，取l0min300.62.004cm150选用2L635,选用十字型截面,iy02.564cmix02.447cm心口，满足长细比要求。其余各杆件的截面选择计算过程在此不一一列出，将计算过程列于杆件截面选择表中。6.节点设计(1)下弦节点用E43焊条,角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值ffw160N/mm2,设Gd的肢背和肢尖焊缝hf

16、=6mm,则所需焊缝尺寸长度为:肢背：lw0.7N30.739.010w2heff0.72616020.3mm,力口2hf后取6cm''肢尖：lw0.3N一一一一一一30.339.0103w2heff0.7621608.8mm,加2hf后取6cm设Hd杆的肢背和肢尖焊缝分别为5mm则所需焊缝长度为：肢背：lw0.7N0.764.6103w2heff0.72516040.4mm,加2hf后取6cm,''0.3N肢尖：lww2heff30.364.61017.3mm,加0.7251602hf后取6cm设fd杆的肢背和肢尖焊缝分别为6mm,则所需焊缝长度为：肢背：lw

17、0.7Nw2heff30.771.1104t37.1mm,加0.7261602hf后取6cm肢尖：lw0.3NrW2heff0.371.1103事15.9mm,力口0.7261602hf后取6cm根据所绘制的节点详图可确定节点板的尺寸为325220mm下弦与节点板连接的焊缝长度为32.5cm,hf=6mm。焊缝所受的力为左右的下弦杆的内力差N784.7766.218.5kN受力较大的肢背的焊缝应为:0.7518.5103f20.76(32512)5.3N/mm2160N/mm2满足要求，如图9。(2)上弦节点G设Gg杆的肢背和肢尖焊缝都为则所需焊缝长度为：肢背：lw岩 2heff0.7 116

18、.2 1030.7 2 6 16061mm 力口 2 hf 后取 8cm''0.3N肢六. l w o， f w 2heff03 116.2 1030.7 2 6 16026mm 力口 2hf 后取 6cmGd杆杆的肢背和肢尖焊缝都为6mm ,则所需焊缝长度为：肢背：lw0.7 39.0 1032 0.7 6 16021mm,加2hf后取为6cm,工0.3 39.0 103肢尖：lw 2 0.7 6 1609mm 加2hf后取为6cm ,根据所绘制的节点详图可确定节点板的尺寸为240 240mm,上弦与节点板连接的焊缝长度为24cm,hf=6mm。焊缝所受的力为左右的下弦杆的内

19、力差，则802.8704.298.6kN受力较大的肢背的焊缝应为:30.75 98.6 1038.6N/mm2 160N/mm22 0.7 6 (240 12)43.1 1034 0.7hflw 4 0.7 6 (240 12)11.3N/ mm2,满足要求，如图10。（3 ）屋脊节点J238.611.3 2.39.7N / mm 160N / mm1.22弦杆一般都是采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢之间能够密合，并便于施焊需将拼接角钢的角头削弱，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+hf 5mm）。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿，接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝hf 8mm

20、，则所需要的焊缝计算长度为（一条焊缝）8243004 0.7 8 160N/mm2230mm,则拼接角钢总长为:ls 2(lw 2hf) 20 2 (230 16)20 512mm拼接角钢的长度取 760mm ls设Jf杆的肢背和肢尖焊缝分别为 8mm和6mm ,则所需焊缝长度为：,'0.7N肢背 l ww2heff0.7 968000.7 2 8 16038mm ,加2 hf后取8cm肢尖：lw0.3Nw2heff0.3 96800 22mm ,力口0.7 2 6 160hf后取6cm根据上面求得的焊缝长度及构造要求，从而确定节点板尺寸为60 36cm。上弦肢尖与节点板的连接焊缝较肢

21、背焊缝危险，按上弦内力的15%计算，设肢头焊缝hf 8mm,节点板长度为400mm ,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw60 / 2 1.5 1.6 26.9 cm考虑节点荷载43.1KN由八条焊缝共同承担p Ff 8 0.7hflw343.1 108 0.7 8 2693.6N / mm2焊缝应力为：n0.15N0.158243002f41.1N/mm20.7hflw20.78269m60.15Ne60268.7N/mm20.7hflw20.78269241.11.2223.6 68.71.222272.2N / mm 160N / mm 满足要求。桁架的跨度较大，

22、需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦，斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦，斜杆与节点板的连接用工地焊缝。如图11。(4)下弦结点e下弦一般采用与下弦尺寸相同的角钢来拼接，同样需将角钢的角尖削除，且截去垂直肢的一部分宽度(thf5mm)。拼接角钢的这部分削弱靠节点板来补偿。则需要拼接角钢与下弦角钢间共有4条角焊缝承担节点两侧截面中的内力，焊缝长度取hf8mm,的拼接角钢总长为Af4452215l2(-A-2hf)202(445221516)20587mm，取74cm40.7hfffw40.78160由于角钢的边长140mm>125mm,

23、故需要将角钢的两端各切去一角。下弦与节点板的连接焊缝。按两侧下弦内力的15%来计算，取hf8mm,设计节点板尺寸:lwK 05Nmax2 0.7hfffw0.75 0.15 7662002 0.7 8 16048.1mm ,取节点板长：b=500mm>2(48.1+16+10)=149mm肢尖:肢背:0.15 N 0.15 0.25 7662002 0.7hflw2 0.7 8 22411.5N / mm2< ffw 160N/mm2w2ff 160N/mm0.15N0.150.7576620037.4N/mm220.7hflw20.78224满足要求，如图12。(5)支座节点a为

24、了便于施焊，下弦杆角水平肢的底面与支座底板的净距取150mm,在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度与节点板的高度相等，厚度为12mm1)支座底板的计算3支反力R9F943.110N387900N支座底板的平面尺寸采用240240mm,如果仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承3.1421.52o压面积为An240240256874mm24验算柱顶混凝土的抗压强度R387900N2226.8N/mmfc9.6N/mmAn56874mm2底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为Ma12a1为两支

25、承边之间的对角线长度a152021202169.7mm为系数，b1/a1,由表查得，b1为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离60.50，查表得：0.058场_22Ma10.0586.8169.711358Ngmm/mm一,、6M611358"底板厚度t一18.3mm取t=20mm'f22052)加劲肋与节点板的连接焊缝计算aB杆NaB432.6kN肢背：hf 8mm0.75 432.6 1030.7 2 8 16018.1mm加2hf 取 20cm肢尖：hf =6mmlw0.25 432.6 1030.7 2 6 16080.5mm加 2hf 取 10cmab 杆 Nab 230.82kN工 j 0.75 229.0 10肢背：hf 8mm lw 96mm力口2hf 取 12cm0