钢结构设计书

1、钢结构设计书一、 框架选型二、 屋架支撑系统布置三、 荷载计算、组合及内力计算四、 杆件截面设计与计算五、 结点板设计六、 施工图专业：建筑工程班级：99建筑工程学生： 一、 框架选型湖南省XX厂单层装配车间，平面尺寸：21mx120m；车间内设有中级工作制桥式吊车，故选用钢筋混凝土排架结构：柱底与基础的连接形式为刚结结点；柱顶与屋架的连接形式为铰结结点。由于平面纵向长度超过55m，故应在正中设置施工缝，施工缝的处理采用双柱形式，具体平面布置及简图详见图一。二、 屋架支撑系统布置三、荷载计算1、 设计资料湖南省XX厂装配车间，平面尺寸：21mx120m，柱距：7.2m。由于采用大型屋面板和油毡

2、防水屋面，未考虑起拱时的上弦坡度I=1/10。屋架跨度L=21m,每端支座中线缩进0.15m ，计算跨度L0=L-2x0.15=20.7；端部高度取H0=2.m；腹杆形式为人字形；钢材采用Q235-B钢，钢材强调设计值取f=215N/mm2；焊条为E43系列，手工焊。 2、荷载及杆件内力计算 屋面活荷载取雪荷载的0.5kN/m2，由于本设计的坡度为1/10小于0.3，故可不考虑风荷载。 屋架沿水平方向投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（PW=0.117+0.011x跨度）计算，跨度单位为m。 恒荷载：预应力混凝土大型屋面板： 1.5 kN/m2;三毡四油防水层： 0.3 kN/m2100

3、mm厚泡沫混凝土保温层： 0.8 kN/m2屋架和支撑自重： 0.117+0.011x21=0.348 kN/m2合计： 2.948 kN/m2 活荷载：活载或雪载： 0.5 kN/m2积灰荷载： 0.3 kN/m2合计： 0.8 kN/m23、 荷载组合1)全跨永久荷载+全跨可变荷载按可变荷载效应控制的组合Fd=(1.2x2.948+1.4x0.5+1.4x0.9x0.3)x1.5x7.2=41.56KN按永久荷载效应控制的组合Fd=(1.35x2.948+1.4x0.5x0.7+1.4x0.9x0.3)x1.5x7.2=43.63KN取P= 44KN2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载P1=

4、x1.5x7.2=31.84KN P2=( )x1.5x7.2=9.7KN 3) 全跨屋架支撑+半跨屋面板+半跨可变荷载 P3= x1.5x7.2=35.82KN P4=() x1.5x7.2=7.81KN4、 内力计算详见表一。四、杆件截面设计与计算1、 杆件几何尺寸、内力图及节点示意图2、 杆件截面选择(1) 上弦杆EF Nmax=-529.892KN 计算长度 lox=150.8cm loy=2×150.8=301.6cm 需要:AnNf=529.892×103215=24.65cm2截面选取 2100×80×10(短肢相并) A=2×1

5、7.2=34.4cm2 ix=2.35cm iy=4.85cm 验算：x =loxix =150.82.35=64.2<=150y =loyiy =301.64.85=62.2<=150 查表：=0.785 NA=529.892×1030.785×3440=196.2Nmm2<f=215Nmm2 (2) 下弦杆de Nmax=534.16KN 计算长度 lox=300cm loy=2×300=600cm 需要:AnNf=534.16×103215=24.84cm2截面选取 2100×80×8(短肢相并) A=2

6、15;13.9=27.8cm2 ix=2.37cm iy=4.81cm 验算：x =loxix =3002.37=126.6<=350y =loyiy =6004.81=124.7<=350 NA=529.892×1030.785×2780 =192.1Nmm2<f=215Nmm2(3) 竖杆支座竖杆Aa N=-308KN 计算长度 lox=loy=200cm 假设=80， 查表=0.688 AnNf=308×1030.688×215=20.82cm2 截面选取 280×8 A=2×12.3=24.6cm2 ix=2

7、.44cm iy=3.77cm 验算：x =loxix =2002.44=82<=150y =loyiy =2003.77=53.1<=150查表：=0.679 NA=529.892×1030.679×2460 =184.4Nmm2<f=215Nmm2Bb N=-44KN 计算长度 lox=0.8×213.5=170.8cm loy=213.5cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =170.82.15=79.4<=150y =loy

8、iy =213.53.33=64.1<=150 查表=0.691 NA=44×1030.691×1632 =39Nmm2<f=215Nmm2Dc N=-44KN 计算长度 lox=0.8×243.5=194.8cm loy=243.5cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =194.82.15=90.6<=150y =loyiy =243.53.33=73.1<=150 查表=0.617 NA=44×1030.617

9、5;1632 =43.7Nmm2<f=215Nmm2Fd N=-44KN 计算长度 lox=0.8×273.5=218.8cm loy=273.5cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =218.82.15=101.8<=150y =loyiy =273.53.33=82.1<=150 查表=0.55 NA=44×1030.55×1632 =49Nmm2<f=215Nmm2中竖杆He N=59.708KN 计算长度 lox=0.9&#

10、215;303.5=273.2cm loy=303.5cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =273.22.15=127.2<=350y =loyiy =303.53.33=91.1<=350 NA=59.708×1031632 =36.6Nmm2<f=215Nmm2（4）斜腹杆Ab N=323.224KN 计算长度 lox=0.8×241.3=193cm loy=241.3cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.3

11、2cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =1932.15=89.8<=350y =loyiy =241.33.33=72.5<=350 NA=323.224×1031632 =198.1Nmm2<f=215Nmm2Cb N=-267.872KN 计算长度 lox=0.8×273.3=218.64cm loy=273.3cm截面选取 280×8 A=2×12.3=24.6cm2 ix=2.44cm iy=3.77cm 验算：x =loxix =218.642.44=89.6<=150y =loyiy

12、 =273.33.77=72.5<=150查表=0.624 NA=267.872×1030.624×2460 =174.5Nmm2<f=215Nmm2Cc N=185.46KN 计算长度 lox=0.8×273.3=218.64cm loy=273.3cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =218.642.15=101.7<=350y =loyiy =273.33.33=82.1<=350 NA=185.46×103163

13、2 =113.6Nmm2<f=215Nmm2Ec N=-128.392KN 计算长度 lox=0.8×298.9=239.1cm loy=298.9cm截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =239.12.44=111.2<=150y =loyiy =298.93.77=89.8<=150查表=0.486 NA=128.392×1030.486×1632 =161.9Nmm2<f=215Nmm2Ed N=66.22KN 计算长度 lox=

14、0.8×298.9=239.1cm loy=298.9cm 截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =239.12.15=111.2<=350y =loyiy =298.93.33=89.8<=350 NA=66.22×1031632 =40.6Nmm2<f=215Nmm2Gd N=-24.6384KN 计算长度 lox=0.8×325.2=260.2cm loy=325.2cm截面选取 270×6 A=2×8.16=16.3

15、2cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =260.22.44=121<=150y =loyiy =325.23.77=97.7<=150查表=0.432 NA=24.6384×1030.432×1632 =34.9Nmm2<f=215Nmm2Ge N=-44.2329KN 计算长度 lox=0.8×325.2=260.2cm loy=325.2cm截面选取 270×6 A=2×8.16=16.32cm2 ix=2.15cm iy=3.33cm 验算：x =loxix =260.22.44=12

16、1<=150y =loyiy =325.23.77=97.7<=150查表=0.432 NA=44.2329×1030.432×1632 =62.7Nmm2<f=215Nmm2五、结点板设计用E43焊条角焊缝的抗拉、抗剪、抗压强度设计值160N/mm2。(1) 下弦节点b杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆Ab67323.224 84.15114 158.3 180Bb66-44 21.82 8034.92 80Cb610-267.87271.7912010371137下弦杆abbc6632

17、7.844 肢背：395由腹杆的计算焊缝长度得下弦与结点板焊缝长度为395mm74.11N/mm160N/mm (2) 上弦节点C N=-431.772-(-181.764)=-250KN，偏心距e=100-22=78mm杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆Cb610-267.87271.7912010371137Cc610185.46 53.4 10578105上弦杆BCCD67250 肢尖： 360由腹杆的计算焊缝长度得下弦与结点板焊缝长度为360mm120.8N/mm160N/mm (3) 屋脊节点H拼接计算：拼接角钢采用

18、与上弦杆相同截面2100×80×10，需将拼接角钢削棱和去掉肢的一部分，竖肢需切去=t+hf+5mm=10+6+5=21mm，取=30mm，并按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（hf=10mm）lw=N0.7hf ffw=521.224×1030.7×10×160=465.38mm共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：lw=465.384+20=136.35mm拼接角钢尺寸取2×200mm。杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆He6659.7

19、08 25.3380 43.1 80(4) 下弦拼接点e拼接计算：拼接角钢采用与上弦杆相同截面2100×80×8，需将拼接角钢削棱和去掉肢的一部分，竖肢需切去=t+hf+5mm=10+6+5=21mm，取=30mm。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度（hf=10mm）lw=N0.7hf ffw=534.16×1030.7×10×160=467.1mm共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：lw=467.14+20=136.77mm拼接角钢尺寸取2×200mm。杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为

20、N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆He6659.708 25.3380 43.1 80Ge66-44.232921.878035.0480Ie66-44.232921.878035.0480下弦杆deef1010534.16 肢背：420焊缝长度为420mm69.79N/mm160N/mm (5) 支座结点a杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆Aa610-308 80.75120116.25 150下弦杆ab660肢背：180焊缝长度为180mm0N/mm160N/mm A. 支座底板的计算支座反力 R=308kN，混凝土强度

21、C25，fc=12Nmm2所需底板净面积：An=308×10312=25667mm2=256.67cm2锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm。则所需底板毛面积：A=An+A0=256.67+2×4×5+3.14×524=316.29cm2按构造要求采用底板面积为a×b=28×36=1008cm2>316.29cm2；垫板采用100×100×20，孔径26mm。实际底板净面积为：An=1008-2×4×5-3.14×524=948.4cm2底板实际应力：q=308×

22、;103948.4×102=3.3Nmm2a1=(140-122)2+(180-122)2=219.6mm b1=134×174219.6=106.2cmb1a1=106.2219.60.5，查表得=0.056则：M=qa2=0.056×3.3×219.62=8912N·mm所需底板厚度：t6×8912215=15.77mm，用t=20mm。底板尺寸为280×360×20B. 加劲肋与结点板的连接焊缝计算： 加劲肋高度、厚度节点板相同（360×180×12），故焊脚尺寸hf取8mm，加劲肋下端切

23、角宽度和切角高度均取为15mm。 一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取V=R/4=308/477KN， M=Ve=77000×180/2=6930×103N·mm 设焊缝hf=8mm，焊缝长度LW=a-c-2hf360-15-16=329mm，则焊缝应力为C. 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算 采用hf=8mm，实际焊缝总长度：lw=2a+2(b-t-2c)-12hf=2×280+2×(360-12-30)-12×8=1292mm 焊缝应力计算：f=308×1030.7×8×1292=42.57Nmm2&

24、lt;fffw=1.22×160=195.2Nmm2(6) 上弦节点A N=-181.764KN，偏心距e=100-22=78mm杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆Aa610-308 80.75120 116.25150Ab610323.224 84.15 120121150上弦杆AB66-181.764肢尖： 250由腹杆的计算焊缝长度得下弦与结点板焊缝长度为250mm158.5N/mm160N/mm (7) 上弦节点B 、D、F。 N=0，按构造取焊缝长度，采用hf=6mm，由腹杆的计算焊缝长度得尺寸结点板，节点板长250mm，上弦杆与节点板连接均采用满焊。杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（mm）腹杆Bb66-44 21.82 8034.92 80Dc66-44 21.82 8034.92 80Fd66-4421.828034.92 80(8) 上弦节点G N=-529.892-(-521.224)=8.668KN，偏心距e=100-22=78mm杆件hf轴力N肢尖Lw(mm)选用肢背Lw(mm)选用(其中下弦为N)肢尖肢背KN（mm)（m