24钢结构课程设计计算书

1、1、设计资料0i.i结构形式i.1.2屋架形式及选材1.1.3荷载标准值（水平投影面计）1.2、支撑布置22.1桁架形式及几何尺寸布置2.2.2桁架支撑布置如图2.3、荷载计算44、内力计算55、杆件设计85.1上弦杆8.5.2下弦杆9.5.3端斜杆aB9.5.4 腹杆1.1.5.5 竖杆16.5.6其余各杆件的截面1.66、节点设计206.1 下弦节点“C”206.2上弦节点“B"216.3屋脊节点“HT226.4支座节点“A”236.5下弦中央节点“H”23参考文献27图纸271、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为24m总长90m柱距6门采用梯形钢屋架、1.5X6.0m预应力混

2、凝土大型屋面板，屋架皎支丁钢筋混凝土柱上，上柱截面400X400,混凝土强度等级为C25,屋面坡度为i=1:10。地区计算温度高丁-20°C,无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。屋架采用的钢材及1.2、屋架形式及选材屋架跨度为24m,屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示焊条为：设计方案采用235钢，焊条为E43型。1.3、荷载标准值（水平投影面计）永久荷载:三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m水泥砂浆找平层0.4KN/m保温层0.7KN/m一毡二油隔气层0.05KN/m水泥砂浆找平层0.3KN

3、/m预应力混凝土大型屋面板1.40KN/m屋架及支撑自重（按经验公式q=0.12+0.011L计算）0.384KN/m2可变荷载：屋面活荷载标准值:雪荷载标准值：积灰荷载标准值：0.8KN/m0.5KN/m0.7KN/m2、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图2.1、2.2、2.3所示1501350lcegI11i1500X8=12000图2.124米跨屋架几何尺寸图2.224米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.2桁架支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，桁架支撑布置如图1.1所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t,布置下弦纵

4、向水平支撑。（见下图）ii(i4垂直支撑2-2桁架支撑布置图符号说明：SC上一一上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑；GG刚性系杆；LG柔性系杆3、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大丁雪荷载，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/coSa=j102十1/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。标准永久荷载值:三毡四油防水层:1.005X0.4=0.402kN/m水泥砂浆找平层:1.005X0.4=0.402kN/m保温层:1.005X0.7=0.704kN/m一毡二油隔气层:21.005X0.05=0.050kN/m水泥砂浆找平层:1.005X

5、0.3=0.302kN/m2预应力混凝土大型屋面板:1.005X1.40=1.407kN/m2屋架及支撑自重:0.12+0.011X24=0.384kN/m2共3.833kN/m20.7kN/m一.20.8kN/m可变荷载标准值:屋面活荷载标准值（大丁雪荷载）积灰荷载标准值:共1.5kN/m2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合:3.1、全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点永久荷载设计值:F=(1.35X3.833+1.4X0.7X0.8+1.4X0.9X0.7)X1.5X6=61.56kN荷载组合(1)计算简图如图4.1,表4.1桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数(

6、F=1)内力组合计算杆件内力/kN全跨左牛跨荷载第一种组合FX第二种组合第三种组合左半跨右半跨F1.iX+F2.iXF1.iX+F2.iXF3.iX+F4XF3.iX+F4X上弦杆AB000000000BC,CD-8.72-6.25-2.47-536.80-536.80DE,EF-13.53-9.04-4.49-832.91-832.91FGGH-15.26-9.17-6.09-939.41-939.41HI-14.71-7.38-7.38-905.55-905.55下弦杆ac4.733.481.25269.02269.02ce11.538.03.53709.79709.79eg14.659.

7、345.31901.85901.85gi15.178.446.73933.87933.87斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-546.64-546.64Bc6.884.762.12423.53423.53cD-5.44-3.14-2.03-334.89-334.89De3.701.901.80227.77227.77eF-2.460.71-1.75-151.44-151.44Fg1.11-0.451.5668.3368.33gH0.021.55-1.531.231.23Hi-1.08-2.471.39-66.48-66.48竖杆Aa-0.500-0.5000.000-30.78-30.7

8、8Cc-1.000-1.0000.000-61.56-61.56Ee-1.000-1.0000.000-61.56-61.56Gg-1.000-1.0000.000-61.56-61.56Ii000.9700005、杆件设计5.1上弦杆整个上弦架采用等截面，按FG、GH杆件之最大设计内力设计。N=939410N（受压）上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：l°x=150.8cm在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：=3乂150.8cm=452.4cm因为loy=3l°x，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）腹杆aB最大内力N=546.04kN，查

9、表9.6.4,中间节点版厚度选用12mm,支座节点板厚度用14mm。设入=60查附录4得叫=0.807。需要截面积:939410Nf0.807215N/mm22=5414mm需要的回转半径:_lox_150.8cm"一60=2.51cmiyloy452.4cm一60=7.54cm根据需要的A,ix,iy查角钢规格表（附录8）,选用21160勺00勺2,A=60.11cm2,ix=2.82cm,iy=7.82cm,b/t=160cm/12cm=13.11，按所选角钢进行验算:lox150.8cml卫=53.48ix2.82cmb1/t=13.11：0.56、/九=0.565414cm/

10、160cm=18.94yzy=60=150满足长细比<肚1=150的要求。截面在x和y平面内皆届b类，由丁人yz>勾，只要求中y，查表得甲y=0.807。N939410N22c-=2=193.66N/mm:：:215N/mm:A0.8076011mmy所需截面合适5.2下弦杆整个下弦杆采用同一截面,按gi杆最大设计值计算。Neg=933.87kN=933870Nlox=300cm，根据桁架下弦支撑布置情况，得loy=1185cm所需截面积:N933870N=,2f215N/mm22=4343mm=43.43cm根据所需截面积查表选用2L160x100x10，不等肢角钢，短肢相并（图

11、5.2）22A=50.63cm>30.83cm,ix=2.85cm,iy=7.78cmoy=loy/iy=1185cm/7.78cm=152.31：=350考虑下弦杆有2,21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积：A=5063mm2-221.510mm2=4633mm2933870N24633mm22=201.57N/mm：215N/mm所需截面适合。5.3端斜杆aB杆件轴力：N=-546.04kN=-546040N（受压）计算长度lox=loy=253.5cm。因为辰二"，故采用不等边角钢，长肢相并，使卜出卜。设入=80,查附录4得,中=0.668N546040N2A=2=38

12、01.89mmf0.668215N/mm需要的回转半径：.lx253ix=iv=3.16cm，80根据需要的A,jx,jy查角钢规格表，选用2L140X90X10,(图5.3)2A=44.522cm图5.3aB杆截面图,jx=4.47cm,iy=3.74cm,宜史=9。t10=56.71b2t=9:0.48,0.482535mm90m13.52yzy1Tloyt442535mm1.0990cm(12902cm2)=75.32-15037.4mm2535cm10cm乂七.yzEx，只求甲y=0.718546040N0.7184452.2mml222=170.81N/mm：215N/mm所选截面合

13、适。5.4腹杆5.4.1 Bc杆杆件轴力：N=423.53kN=423530N所需截面积：A=N=423530N2=1969.91mm2=19.70cm2f215N/mm杆件计算长度：l°x=0.8x260.8cm=208.64cm,l°y=260.8cm选用2L75X8等边角钢（图5.4.1）,A=23.01cm2,i2.28cm,iy=3.57cm1ox208.642.28=91.51loyiy260.873.053.57满足长细比lk=350的要求。N423530N22c-=一=2=184.06N/mm:215N/mmA2301mm2图541Be杆截面图满足要求。5.

14、4.2cD杆杆件轴力:N-334.89kN-334890N（受压）计算长度：lox=0.8285.9cm=228.72cmloy=285.9cm设入=100查附录4得叫=0.555334890NN334890N2所而的d=k=2806.54mmnf0.555215N/mmixlox228.72loy2859=2.29cm,i=2.86cm100y、100选用2L75X10（图5.4.2）,A=28.25cm2,i2.26cm,iy=3.61cmloxix228.72=101.20：=1502.261?图5.4.2DC截面图b/t=75/10=7.5:0.58loy/b=0.582859mm/7

15、5mm=22.11_422_4_2_2_yz=侦10.475b/l0yt2)=(2859/36.1)(10.475754/28592102)=80.65：=150由丁">%yz,只求七=101.20，查附录4,得中x=0.547=206.52N/mm2：215N/mm2N_334890N2;A0.5472825mm2x所选截面满足5.4.3De杆杆件轴力：N=227.77kN=227770NN227770N22所需截面积：An=2=1059.39mm=10.59cmf215N/mm杆计算长度：lox=0.8285.9cm=228.72cmloy=285.9cm选用2L50X6等

16、边角钢，（图5.4.3）2A=11.38cm,ix=1.51cm,iy=2.56cmloxix228.72=151.471.51loy285.9=111.68iy2.56满足长细比<侦】=350的要求。图5.4.3De截面图CJ227770N一21138mm=200.08N/mm2：215N/mm2所选截面满足5.4.4eF杆Nmax=-151.44kN=-151440N(受压)计算长度：l°x=0.8x312.9cm=250.32cm,%=312.9cm设入=100查附录4得=0.555所需的lxlox_250.32_一100=2.50cmIyloy_312.9一100=3.

17、13cm图5.4.4eF杆截面图N151440NArl一f一0.555215N/mm2=1269.14mm2选用2L75X5等边角钢(见图5.4.4),A=14.82cm2,I2.32cm,Iy=3.50cmlox250.32x=107.90<舄=150,lx2.32b/t=75/5=15：0.58loy/b=0.583129mm/75mm=24.20150z=(10.475b4/l°y2t2)=(3129/35.0)(10.475754/3129252)=94.89：由于x>%yz,只求切=107.9，查附录4,得8x=0.587,_N151440N22274.08N/

18、mm：215N/mmA0.5871482mm2x所选截面满足Fg杆杆件轴力N=68.33计算长度lox=0.8311.9cm=249.52cm地45Fg杆截面图1oxn249.52cm150=1.66cm,Iyoy311.9cm150=2.08cm板-311.9cm内力较小，按长】=150选择，需要的回转半径为:查型钢表，选截面Ix和Iy较上述计算的Ix和Iy略大些选用2L63X5(图5.4.5),A=12.286cm2,Ix=1.94cm,iy=3.04cmlox249.52Ix1.94ox=128.62：=150b/t=63/5=12.6:0.58loy/b=0.583119mm/63mm

19、=28.72yz=y(10.475b4/l°y2t2)=(3119/30.4)(10.475634/3119252)=105.75：=150查型钢表，选截面ix和iy较上述计算的ix和iy略大些。由丁效只求人x=128.62,xyz*查附录4,得中=0.519x拉应力：所选截面满足68330N21228.6mm222=55.62N/mm:215N/mm5.4.6 gH杆杆件轴力N=1.23计算长度：lox=0.8339.6cm=271.2cmloy=339.6cm内力较小，按顶】=150选择，需要的回转半径为：lox=271.2cm150=1.80cm,Iyloy=339.6cm15

20、0=2.26cm选用2L63X5(见图5.4.6),A=12.286cm2,ix=1.94cm,iy=3.04cm圣二271=139.8。=15。ix1.94b/t=63/5=12.6:0.58loy/b=0.583396mm/63mm=31.26yy(10.475b4/l0y2t2)=(3396/30.4)(10.475634/3396252)=114.61：=150由丁赤x2yz,只求Ax=139.80，查附录4,得甲x=0.497拉应力：二-=1230N2=1.00N/mm2：215N/mm2A1228.6mm所选截面满足。Hi杆同理选用2L63X5(见图5.4.7),2A=12.28(

21、6m,ix=1.94cm,iy=3.04cm|ox269.6'I *、.x=138.97<九=15U_ix1.94l、-I廿b/t=63/5=12.6<0.58loy/b=0.583370mm/63mmy31.03Iyz=y(10.475b4/l°y2t2)=(3370/30.4)(10.475634/3370252)=113.78：=150图547Hf截面图由丁>Zyz，只求人x=138.97，查附录4,得中x=0.487,=111.10N/mm2：215N/mm2N_66480N:A0.4871228.6mm2x所选截面满足5.5.1竖杆Aa,Cc,Ee

22、,Gg：Aa,Cc,Ee,Gg都受压，各个竖杆采用同类截面，按Gg杆件的最大设计内力设计。N=61.56kN=_61560N(受压)l°x=0.8X289.0cm=231.2cm,loy=289.0cm内力较小，按»】=150选择，需要的回转半径为：lox231.2cm一150=1.54cm,loy289.0cmeiy=1.93cm150查型钢表，选截面ix和iy较上述计算的ix和iy略大些。选用2L63X5(见图5.5),2A=12.28c6n,ix=1.94cm,iy=3.04cmy图5,5竖杆戳面'xloxix231.21.94=119.18<=150b

23、/t=63/5=12.6：0.58loy/b=0.582890mm/63mm=26.61写=y(10.475b4/l°y2t2)=(2890/30.4)(10.475634/2890252)=98.47：150由丁舄x兀yz,只求舄x=119.18，查附录4,得8=0.440,x=113.88N/mm2：215N/mm2N_61560N:A0.4401228.6mm2x所选截面满足竖杆li:(见图5.5)按5.5.1所选截面验算：N=0KNN0N.，22c-=2=0N/mm：215N/mmA1228.6mm2所选截面满足表5.1杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面而积/cm2

24、计算长度/cm回转半径/cm长细比容许长细比入稳定系数应力b/(N/mm2)名称编号Lx1oyixiy丸x兀y(*yz)x<py上弦FGGH-939.4121160X100X1260.11150.8301.62.827.5453.48601500.807193.66下弦gi933.87:2L160X100X1050.631185600.002.857.78105.26152.31350201.57斜腹杆aB-546.6421140X90X1044.522253.5253.53.163.1656.7175.321500.718170.81Bc423.532L75X823.01208.642

25、60.82.283.5791.5173.05350184.06cD-334.892L75X1028.25228.72285.902.263.61101.2080.651500.543206.52De227.772L50X611.38228.72285.901.512.56151.47111.68350200.08eF-151.442L75X514.82250.32312.902.323.50107.9094.891500.587174.08Fg68.331.2366.4830.782L63X512.286249.52311.901.943.04128.62105.751500.51955.62

26、1.00gH2L63X512.286271.2339.601.943.04139.80114.611500.255Hi2L63X512.286269.6337.01.943.04138.97113.781500.257111.10竖杆Aa2L63X512.286159.20199.001.943.0488.0665.461500.48762.58Cc-61.562L63X512.286183.20229.001.943.0494.4375.331500.440113.88Ee-61.562L63X512.286207.20259.001.943.04106.8185.201500.396113

27、.88Gg-61.562L63X512.286231.2289.001.943.04119.1898.471500.336113.88li02L63X512.286255.203191.943.04131.55104.9335006、节点设计6.1下弦节点“c”（图6.1）图6.1苗点板布置图各类杆件的内力由表4.1查得。hf和lw,这类节点的设计步骤是：先根据复杆的内力计算与复杆与节点版连接焊缝的尺寸，即然后根据lw的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。杆的肢背和用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=160N/mm2。设“Bc”肢尖焊缝hf=

28、8mm和hf=6mm,则所需的焊缝长度为：肢背:0.7N1w_OX#w2heff0.7423530NTZ.220.78mm160N/mm=165.44mm,加2hf后取19cm肢尖:lw0.3N2heffw0.3423530N20.76mm160N/mm2=94.54mm，加上2hf后取11cm设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=7mm和hf=6mm,则所需的焊缝长度为:肢背:lw0.7N2heffw0.7334890N20.77mm160N/mm2=149.5mm,加2hf后取17cm肢尖:0.3N_0.3344190N2heffw20.76mm200N/mm2=61.46mm，加上2hf后取

29、9cm0.761400NCd'杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取hf=5mm肢背：lw=2hfw=60n/2=38.37mm,取6cm根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间有间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为300mmx360mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为36cm,所受的力为左右两下弦杆的内力差，0.75418608NN=709787N-291179N=418608N,受力较大的肢背处焊缝应力为：22f=107.40N/mm:160N/mm0.76mm360mm-12mm焊缝强度满足要求。6.2上弦节点“B”(图6.2)图6.2“B”节点板布置图B

30、c杆(2L75X6)与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背lw=19cm，肢尖lw=13cmaB(2L140X90x10)杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算，设aB杆的肢背和肢尖的焊0.65546640N缝hf=10mm和hf=8mm,则所需的焊缝长度为：肢背：匕=°6哭=53if=158.62mm,加上2h后取19cm2hefT20.710mm160N/mm2f心t0.35N0.355646640N肢尖：y=2hw=60n/=106.77mm,加上2hf后取13cm为了便丁在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来，槽焊缝作为两

31、条角焊缝计算，焊缝强度设计值应乘以0.8的折减系数。计算时可略去上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：.11-一.一hf=-=下点板厚度=x12mm=6mm,hf=10mm22上弦与节点板间焊缝长度为505mm同书上节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：N1M20.7hflw536803N-0=79.06N/mm26M.220.7hflw6536806N95mmTTT2220.710mm485mm2=92.91N/mm2fN21.22=.79.062292.91*22i=102.8N/mm&

32、lt;160N/mm11.22)20.710mm505mm-210mm满足要求6.3屋脊节点“I”（图6.3）弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便丁施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度。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=10mm，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：,933870Nlw-2-208.45mm40.710mm160N/mm拼接角钢的长度取450mma2k208.45=416.90mm。上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%

33、计算。设肢尖焊缝hf=10mm，节点板长度为40cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw=4°四-1cm-2cm=17cm，焊缝应力为:22=58.85N/mm0.15933870N20.710mm170mm0.1593387095mm6220.710170=197.34N/mm21.2258852i58.85.12*7.34:11.22J22=156.56/mm:160N/mm图一3屋脊节点因桁架的跨度较大，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。腹杆Hg与节点板的

34、连接焊缝的计算长度与以上几个节点相同。6.4支座节点“a”（图6.4）为了便丁施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距取160mm在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为14mm6.4.1支座底板的计算支座反力：R=8F=861.56kN=492.48kN=492480N支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280m心350mm如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280X180mm=50400mm验算柱顶混凝土的抗压强度：R492480N222=9.77N/mm:fc=12.5N/mmAn50400mm式中，fc为混凝土强度设计值,对C25混凝土，fc

35、=12.5N/mm2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：M=Poai2式中，。为底板下的平均应力:-506160N2-=2=10.04N/mm280180mmai=2/14''140I+90、2)<a1为两支承边之间的对角线长度:214mm=156.8mm26为系数，由b1/a1查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离。由相似三角形的关系，得:灯二3mm=70.4mm,&=皿=0.45156.8 a1156.8查表8.4.1得P=0.050=0.0509.77N/mm2156.82mm2=12010.35Nmm/mm底板厚度:6M612010.35Nmm/mm“=18.30mm：20mm2215N/mm乂根据构造要求，桁架跨度24ma18m,t>20mm,取t=20mm6.4.2加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似。偏丁安全的假定一个加劲肋的受力为桁架R492480NK1支座反力的1/4,即：一=123120N4490-13则焊缝内力为：V=123120N,M=123120Nxmm=474