钢结构单层工业厂房21m跨度的设计计算书

1、1目目 录录一一、设计资料、设计资料.1 11、设计题目 .12、屋架结构荷载.12 2、支撑布置、支撑布置.2 23 3、屋架内力屋架内力.4 44 4、杆件设计杆件设计.5 51.上弦杆.72.下弦杆.83.端斜杆AB.94.腹杆.95 .竖杆 .145 5、节点设计、节点设计.17171.下弦节点“C” .1722.上弦节点“B”.183.屋脊节点“H”.194.支座节点“A” .21一、一、设计资料设计资料1 1、设计题目设计题目某校办工厂厂房总长度 90m，跨度为 21m,纵向柱距 6m，车间内设有两台 50/10t 中级工作制吊车，地区计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度

2、为 7 度，屋架下标高 18m，采用 1.56m 的预应力混凝土大型屋面板（考虑屋面板起系杆作用） ，级防水，卷材屋面。桁架采用梯形钢屋架，屋面坡度为，两端铰支于钢筋混凝土柱上，柱截面尺寸为 450450.柱的混凝土强度等级为 C30，屋架采10:1i用 Q235 钢；焊条为 E43 型.2 2、屋架结构荷载、屋架结构荷载永久荷载： 改性沥青防水层 0.4 KN/m220 厚 1：2.5 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m280 厚泡沫混凝土保温层 0.6KN/m2一毡二油隔气层 0.05 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.5KN/m2悬挂管道0.15 KN/m2屋架和支撑自重(按经验公式0

3、.33KN/m23计算) Lq011. 012. 0永久荷载总和3.43KN/m2可变荷载：基本雪压（不与活荷载同时考虑）0.5KN/m2积灰荷载0.5KN/m2不上人屋面活荷载0.7KN/m2可变荷载总和1.2KN/m2 二、支撑布置二、支撑布置由于厂房长度为 90m，故需在屋架两端部及跨中开间设置上，下弦横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑出分别于上，下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆（如图所示）5符号说明：SC桁架下弦支撑布置图垂直支撑 桁架及桁架上弦支撑布置垂直支撑 图桁架支撑布置图6上上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;

4、GG刚性系杆；LG柔性系杆3 3、屋架内力屋架内力屋架设计中，荷载组合一般考虑以下三种情况：1、全跨永久荷载+全跨可变荷载F=（1.353.43 +1.40.70.7+1.40.90.5）1.56=51.5kN其中屋面活荷载分享系数为 1.4 组合系数为 0.7；机会何在为 1.4；2、全跨永久荷载+半跨可变荷载7永久荷载设计值：F1=1.353.431.56=41.7kN可变荷载设计值：F2=（1.40.7+1.40.90.5）1.56=14.49kN3、半跨屋面板荷载+半跨安装活荷载8 屋面板荷载设计值：F3 =1.51.351.56=18.2kN 安装活荷载设计值：F4=1.40.71.

5、56=8.82kN内力计算内力计算: :9杆件名称内力系数第一种组合F*第二种组合第三种组合计算杆件内力全跨左半跨右半跨F1* F2*F1* F2*F3* F4*F3* F4*上弦AB000000000BC,CD -7.472-5.31-2.162-399.752-388.5243-342.90978-182.8246-155.05924399.752DE,EF -11.26 -7.339-3.923-602.517-575.96751-526.46967-269.69838-239.56926602.517FG,GH -12.18 -6.861-5.319-651.63-607.32189-

6、584.97831-282.19002-268.58958651.63下弦ac4.13.011.09219.35214.5849186.7641101.168284.2338219.35ce9.7446.6633.081521.304502.87167450.96849236.10846204.51522521.304eg11.9627.3264.636639.967604.96914565.99104282.32372258.59792639.967gh11.7685.8845.884629.588575.98476575.98476266.07448266.07448629.588腹杆aB

7、-7.684 -5.641-2.043-411.094-402.16089-350.02587-189.60242-157.86806411.094Bc5.8083.961.848310.728299.574268.97112140.6328122.00496310.728cD-4.409 -2.633-1.776-235.8815-222.00747-209.58954-103.46686-95.90812235.8815De2.7921.2221.57149.372134.13318139.175761.5924464.6618149.372eF-1.572 -0.047-1.525-84

8、.102-66.23343-87.64965-29.02494-42.060987.64965Fg0.328-1.0391.36717.548-1.3775133.48543-3.1943818.0265433.48543gH0.7131.913-1.238.145557.4514712.344129.849262.392657.45147Aa-0.5-0.541-0.043-26.75-28.68909-21.47307-13.87162-9.4792628.68909Cc-1-10-53.5-56.19-41.7-27.02-18.256.19Ee-1-10-53.5-56.19-41.7

9、-27.02-18.256.19Gg-1-10-53.5-56.19-41.7-27.02-18.256.19四、杆件设计四、杆件设计1、上弦杆、上弦杆10整个上弦架采用等截面，按 FG、GH 杆件最大设计内力计算。 -651.6FGN（受压）上弦杆计算长度： (取两块屋面板宽度） 。150.8oxlcm301.6oylcm假定 =60 查附录 1.2：。807. 0 322651.6 1037.60.807215 10reqNAcmf， 150.82.51cm60oxxreqli301.65.03cm60oyyreqli查角钢规格表，选用短肢相拼，2 125 80 10L219.71 239

10、.42Acm，2.24xicm6.11yicm双角钢 T 形截面绕对称轴（y 轴）应弯扭屈曲计算换算长细比：11 150.867.3 1502.24xxxli 73.58yoyyil11125/12.50.56/0.56 301.6m/12.5m13.510oybtlbmm2 2221441125301.613.7(1)3.7(1)56.9 15052.71052.7 12.5oyyzltbtb满足长细比的要求。由于 ，查表得。 yzx0.68832222411.1 10214.3/215/0.688 27.88 10NNN mmN mmAmm所选截面合适。4、腹杆、腹杆4.1 Bc 杆杆杆件

11、轴力： 310.7BcNkN杆件计算长度：，0.80.8 261.3209.0oxllcmcmcmloy3 .261 ，3222310.7 101445.114.45c215/nreqNNAmmmfN mm选用 2L636 等边角钢，15，22 7.2914.58Acm1.93xlcm2.99ylcm 209.01083501.93oxxxli 261.387.43502.99oyyyli满足长细比的要求。32222310 10213.1/215/14.58 10nNNN mmN mmAmm4.2 cD 杆杆杆件轴力： 235.9cDNkN 杆件计算长度： ，0.80.8 286.4229.1

12、2oxllcmcmcmloy4 .286假定 =100 查附录 1.2 得555. 0163222235.9 1019.770.555 215 10/reqNNAcmfN cm,229.122.29cm100oxxreqli286.42.86cm100oyyreqli选用 2L757，222 10.1620.32Acmcm，2.30 xlcm3.48ylcm,229.1299.6 1502.30oxxxli286.482.3 1503.48oyyyli11/75/710.70.56/0.56 286.4/7.521.38oybtlb42 242210(1 0.475/)82.3 (1 0.47

13、5 7.5 / 286.40.7 )85.4 150yzyyblt由于，查附录 1.2，得yzx0.5551732222235.9 10209.2/215/0.555 20.32 10NNN mmN mmAmm所选截面满足。4.34.3 DeDe 杆杆杆件轴力： 149.4NkN杆件计算长度： ， cmcmlox12.2294 .2868 . 0cmloy4 .286 3222149.4 106.95215 10/nreqNNAcmfN cm 选用屋架需采用的最小角钢 2L505 就可满足要求，261. 9cmA cmlx35. 1cmly45. 2 229.12169.723501.35ox

14、xxli18 286.4116.903502.45oyyyli满足长细比的要求。32222149.4 10163.1/215/9.16 10nNNN mmN mmAmm所选截面满足。4.44.4 eF 杆杆杆件轴力：84.1NkN 杆件计算长度：， 0.80.8 312.4249.92oxllcmcmcmloy4 .312假定 =120 查附录 1.2 得555. 0249.922.08cm120oxxli312.42.60cm120oyyli322284.1 108.950.437 215 10/reqNNAcmfN cm19选用 2L636 等边角钢，214.58Acm，1.93xicm2

15、.99yicm，249.92129.5 1501.93oxxxli312.4104.5 1502.99oyyyli/63/510.50.58/0.58 312.4/6.328.76oyb tlbcmcm42 24220(1 0.475/)104.5 (1 0.475 6.3 /312.40.6 )106.7 150yzyyblt由于，查附录 1.2，得，yzx0.3903222284.1 10147.9/215/0.390 14.58 10NNN mmN mmAmm所选截面满足。4.54.5、 FgFg 杆杆20，max33.5FgNkNmin3.2FgNkN 0.80.8 312.4249.

16、92oxllcmcm312.4oyllcm 将 Fg 杆按的拉杆设计，但考虑到该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号，故宜按压杆的容许长细比进行控制。为了使角钢型33.5FgNkN号不要太多，偏于安全选择已有型号相近的角钢，现选用 2L636。 ， ， 214.58Acm1.93xicm2.99yicm249.92129.5 1501.93oxxxli312.4104.5 1502.99oyyyli拉应力：3222233.5 1022.98/215/14.58 10NNN mmN mmAmm21所选截面满足。4.64.6 gHgH 杆杆，57.5gHNkN0.8 339.0271.2oxlcmc

17、mcmloy0 .339将 gH 杆按的拉杆设计，但考虑到该杆在其他荷载组合时可能产生内力变号，故宜按压杆的容许长细比进行控制。为了使角钢57.5gHNkN型号不要太多，偏于安全选择已有型号相近的角钢，现选用 2L636., , 214.58Acm1.93xicm2.99yicm271.2140.5 1501.93oxxxli339.0113.4 1502.99oyyyli22拉应力： 3222257.5 1039.4/215/14.58 10NNN mmN mmAmm所选截面满足。5 5 竖杆竖杆各个竖杆采用同类截面，按 Gg 杆件的最大设计内力设计。min56.2GgNkN ，cmcmlo

18、x2 .2310 .2898 . 0cmloy0 .289内力较小，按选择，需要的回转半径为： 150，cm54. 1150231.2cmoxxlicm93. 1150289.0cmoyyli选用 2L636，23，214.58Acm1.93xlcm2.99ylcm231.2119.79 1501.93oxxxli28996.66 1502.99oyyyli/63/610.50.58/0.58 2890m/63m26.61oyb tlbmm42 24220(1 0.475/)99.66 (1 0.475 63 / 28906 )102.14 150yzyyblt由于，查附录 1.2，得，yzx

19、0.4373222256.19 1088.19/215/0.437 14.58 10NNN mmN mmAmm所选截面满足要求。6杆件内力（KN）截面形式和规格截面面积计算长度回转半径长细比N/焊缝名称 编号loxloyixiy肢背肢尖上弦 A-H-651.62L12539.42 150.8 301.6 2.24 6.1167.349.4 56.9 150 0.807 212.9下弦 a-h6402L10030.943001035 1.745.2 172.4 206.2350207腹杆aB-411.12L10080827.88253253 3.14 3.4880.672.7 80.6 150

20、0.688 214.38-180 6-200Bc310.7 2L63614.58209 261.3 1.93 2.9910887.4350213 7-170 6-170cD-235.9 2L75720.32 229.1 286.42.3 3.4899.682.3 85.4 150 0.555 209.28-120 6-160De149.4 2L5059.61 229.1 286.4 1.35 2.24 169.7 127.8350156 6-120 6-120eF-84.1 2L63614.58 249.9 312.4 1.93 2.99 129.5 104.5 106.7 1500.39 1

21、47.96-120 6-120Fg33.5 2L63614.58 249.9 312.4 1.93 2.99 129.5 104.51500.395.96-120 6-120gH57.5 2L63614.58 271.2339 1.93 2.99 140.5 113.4150 0.34111.66-120 6-120Aa102.6 2L63614.58 159.2119 1.93 2.9982.5 103.1150 0.67510.46-120 6-120Cc-56.19 2L63614.58 183.2229 1.93 2.999577150 0.5946.496-505-50Ee-56.1

22、9 2L63614.58 207.2259 1.93 2.9910787150 0.5117.56-120 6-120Gg-56.19 2L63614.58 231.2289 1.93 2.9912097150 0.4378.826-120 6-120minA=N/Axyyz80106310246 6、节点设计、节点设计1 1、下弦节点、下弦节点“c”“c” （图（图 6.16.1）Bc 杆（2L 636）.310.7BcNkN 肢背：maxminminmax71.21.2 67.21.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm且3120.750.75 310.7 10148170 m

23、22 0.7 7160/wwefNNlmmmh fmmN mm，取肢尖：maxminmax661.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm 且3220.650.65 310.7 1015017022 0.7 6160/wwefNNlmmmmh fmmN mm，取cD 杆（2L757）.235.9cDNkN肢背：maxminminmax81.21.2 78.41.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm且3120.750.75 235.9 1098.7m22 0.7 8160/wwefNNlmmh fmmN mm，取120m肢尖：maxminmax6(1 2)5 61.51.

24、5 104.74fffhmmhtmmhtmm 且3220.650.65 235.9 1014416022 0.7 6160/wwefNNlmmmmh fmmN mm，取25Cc 杆（2L636）.56.2CcNkN肢背：maxminminmax61.21.2 67.21.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm且3120.750.75 56.2 1031.45022 0.7 6160/wwefNNlmmmmh fmmN mm，取肢尖：maxminmax561.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm 且3220.650.65 56.2 10335022 0.7 5160/w

25、wefNNlmmmmh fmmN mm，取下弦与节点板连接的焊缝长度为 330mm，取。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力mmhf6差，受力较大的肢背处焊缝应力为：521000219000302000NNNN22f0.75 302000N84.8N/ mm160N/ mm2 0.7 6mm330mm 12mm焊缝强度满足要求。2 2、上弦节点、上弦节点“B”(“B”(图图 6.2)6.2) B B 节点板详图节点板详图Bc 杆（2L 636）.310.7BcNkN 肢背：maxminminmax71.21.2 67.21.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm且263120.750.

26、75 310.7 10148170cm22 0.7 7160/wwefNNlmmh fmmN mm，取肢尖：maxminmax661.51.5 104.74fffhmmhtmmhtmm 且3220.650.65 310.7 1015017022 0.7 6160/wwefNNlmmmmh fmmN mm，取杆 aB（2L100808），取 aB 杆的肢背和肢尖的焊缝和，411.1BcNkN 8fhmm6fhmm则所需的焊缝长度为：肢背：3120.750.75 411.1 10172180cm22 0.7 8160/wwefNNlmmh fmmN mm，取肢尖：3220.650.65 411.1

27、 1019822 0.7 6160/wwefNNlmmmmh fmmN mm，取200一般上弦杆肢背的槽焊缝承受节点荷载 P 不大，因此一般可不验算，按构造全长满焊.弦杆肢尖焊缝：弦杆肢尖焊缝承受相邻节间弦杆的内力差和由其产生的偏心弯矩 399.7ABBCNNNKN399.7 0.0623.98MNeKN m 32f2 w399.7 10119N / mm2 0.7h l2 0.7 6400NfNNmmmm6M22222266 23.98 10107N/ mm2 0.72 0.7 6400ffwMN mmh lmmmm 22M22N22ff107119148N/ mm160N/ mm1.221

28、.22满足要求。3 3、屋脊节点屋脊节点“H”“H”27拼接角钢长度：拼接角钢长度：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，并便于施焊，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。A=39.42cm2, 21028fhtmm 2239.42 10215236.54 0.74 0.7 8160/wwffAfNlmmh fmmN mm12(2)2 (236.52 8)280521,52010wfllhammlmm 取 5108523,=25fthmmmm 取即竖肢余留高度为 55mm.4 4、支座节点、支座节点“a”“a”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 12