钢结构设计实例

1、第19页 共19页设计资料北京地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。车间跨度21m，长度144m，柱距6m，厂房高度15.7m。车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。设计温度高于-20。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5m6.0m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm400mm，混凝土标号为C20。一、选择钢钢材和焊焊条 根据北京地地区的计计算温度度和荷载载性质及及连接方方法，钢钢材

2、选用用Q2335-BB。焊条条采用E43型，手手工焊。二、屋架形形式及尺尺寸无檩屋盖，i1/110，采用用平坡梯梯形屋架架。屋架计算跨跨度为L0L-3300207700mmm，端部高度取取H019990mmm，中部高度取取HH0+1/2iLL19990+00.121000/2230440mmm，屋架杆件几几何长度度见附图图1所示，屋屋架跨中中起拱442mmm（按L/5500考虑）。 为为使屋架架上弦承承受节点点荷载，配配合屋面面板1.5m的的宽度，腹腹杆体系系大部分分采用下下弦间长长为3.0m的的人字式式，仅在在跨中考考虑到腹腹杆的适适宜倾角角，采用用再分式式。屋架杆件几几何长度度（单位位：m

3、m）三、屋盖支支撑布置置根据车间长长度、屋屋架跨度度和荷载载情况，设设置四道道上、下下弦横向向水平支支撑。因因柱网采采用封闭闭结合，为为统一支支撑规格格，厂房房两端的的横向水水平支撑撑设在第第二柱间间。在第第一柱间间的上弦弦平面设设置刚性性系杆保保证安装装时上弦弦杆的稳稳定，第第一柱间间下弦平平面也设设置刚性性系杆以以传递山山墙风荷荷载。在在设置横横向水平平支撑的的柱间，于于屋架跨跨中和两两端共设设四道垂垂直支撑撑。在屋屋脊节点点及支座座节点处处沿厂房房纵向设设置通长长的刚性性系杆，下下弦跨中中节点处处设置一一道纵向向通长的的柔性系系杆，支支撑布置置见附图图2。图中中与横向向水平支支撑连接接的

4、屋架架编号为为GWJJ-2，山墙墙的端屋屋架编号号为GWJJ-3，其他他屋架编编号均为为GWJJ-1。附图2：屋屋面支撑撑布置图图（单位位：mm）四、荷载计计算与组组合1、荷载计计算荷载计算及及汇总表表项次荷载名称计算式标准值kNN/m22设计值kNN/m22备注1防水层（三三毛四油油上铺小小石子）0.40.48沿屋面坡向向分布2水泥砂浆找找平层（20mm厚）0.02200.40.48沿屋面坡向向分布3泡沫混凝土土保温层层（800mm厚厚）0.10.12沿屋面坡向向分布4预应力混凝凝土大型型屋面板板（含灌灌缝）1.41.68沿屋面坡向向分布5屋架和支撑撑自重（0.122+0.0111211）0

5、.350.42沿水平分布布恒载总和2.653.186屋面均布活活荷载0.350.56沿水平面分分布，计计算中取取二者中中的较大大值7雪荷载0.450.638积灰荷载0.60.56可变荷载总总和0.751.19由于屋面坡坡度不大大，对荷荷载的影影响较小小，未予予考虑。风风荷载为为吸力，重重屋盖可可不考虑虑。 2、荷载载组合计算屋架杆杆内力时时，应考考虑如下下三种荷荷载组合合：使用阶段“全跨恒恒荷载+全跨屋屋面均布布活荷载载”和“全跨恒恒荷载+半跨屋屋面均布布活荷载载”。恒荷荷载和活活荷载引引起的节节点荷载载设计值值及分别为为：3.1881.56628.62 kN1.1991.56610.71 k

6、N施工阶段“屋架及及支撑自自重+半跨屋屋面板自自重+半跨屋屋面活荷荷载”。这时时只有屋屋架及支支撑自重重是分布布于全跨跨的恒荷荷载，而而屋面板板自重及及施工荷荷载（取取屋面活活荷载数数值）即即可能出出现在左左半跨，也也可能出出现在右右半跨，取取决于屋屋面板的的安装顺顺序。当当从屋架架两端对对称安装装屋面板板时，则则不必考考虑此种种荷载组组合。施施工阶段段恒荷载载和活荷荷载引起起的节点点荷载设设计值和和分别为为：0.4221.5663.778 kkN（1.668+00.633）1.56620.79 kN五、内力计计算采用图解法法计算屋屋架在左左半跨单单位集中中荷载作作用下的的杆力系系数。根据算算

7、得的节节点荷载载和杆力力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。杆力组合表表杆件 名称称杆力系数内力值计算杆内力力组合项目P1使用阶段施工阶段P恒3P活1P活2P恒3P活1P活2在左半跨在右半跨全跨全跨恒载在左半跨在右半跨全跨恒载在左半跨在右半跨123456789上弦AB-0.022-0.011-0.033-0.866 -0.211 -0.111 -0.111 -0.422 -0.211 -1.188 4+5+66BC-5.333-2.177-7.5-214.65 -57.008 -23.224 -28.335 -110.81 -45.111 -294.98 4+5+66CD-5.333

8、-2.177-7.5-214.65 -57.008 -23.224 -28.335 -110.81 -45.111 -294.98 4+5+66DE-7.355-3.944-11.229-323.12 -78.772 -42.220 -42.668 -152.81 -81.991 -444.04 4+5+66EF-7.355-3.944-11.229-323.12 -78.772 -42.220 -42.668 -152.81 -81.991 -444.04 4+5+66FG-6.866-5.322-12.118-348.59 -73.447 -56.998 -46.004 -142.62 -

9、110.60 -479.04 4+5+66GH-6.866-5.322-12.118-348.59 -73.447 -56.998 -46.004 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+66下弦ab3.021.094.11117.663 32.344 11.677 15.544 62.799 22.666 161.665 4+5+66bc6.683.099.77279.662 71.544 33.099 36.933 138.888 64.244 384.225 4+5+66cd7.334.6411.977342.558 78.500 49.699 45.255 152.33

10、9 96.477 470.778 4+5+66de5.895.8811.777336.886 63.088 62.977 44.499 122.445 122.225 462.991 4+5+66斜杆aB-5.622-2.033-7.655-218.94 -60.119 -21.774 -28.992 -116.84 -42.220 -300.87 4+5+66Bb3.931.845.77165.114 42.099 19.711 21.811 81.700 38.255 226.993 4+5+66bD-2.622-1.777-4.399-125.64 -28.006 -18.996 -16

11、.559 -54.447 -36.880 -172.66 4+5+66Dc1.191.562.7578.711 12.744 16.711 10.400 24.744 32.433 108.116 4+5+66cF-0.055-1.511-1.566-44.665 -0.544 -16.117 -5.900 -1.044 -31.339 -61.335 4+5+66Fd-1.0661.350.298.30 -11.335 14.466 1.10 -22.004 28.077 -20.994 229.1177+8 77+9dH2.11-1.3330.7822.322 22.600 -14.224

12、 2.95 43.877 -27.665 -24.770 446.8827+8 77+9竖杆Aa-0.533-0.011-0.544-15.445 -5.688 -0.111 -2.044 -11.002 -0.211 -21.224 4+5+66Cb-0.9990-0.999-28.333 -10.660 0.00 -3.744 -20.558 0.00 -38.994 4+5+66Ec-0.9880-0.988-28.005 -10.550 0.00 -3.700 -20.337 0.00 -38.554 4+5+66Gd-0.9770-0.977-27.776 -10.339 0.00

13、-3.677 -20.117 0.00 -38.115 4+5+66He-0.066-0.066-0.122-3.433 -0.644 -0.644 -0.455 -1.255 -1.255 -4.722 4+5+66六、杆件截截面选择择1、上弦FFG、GH整个上弦不不变截面面，取上上弦最大大设计杆杆力计算算。N-4779.004kNN，l0 x15008mmm，l0yl130116mmm（按大大型屋面面板与屋屋架保证证三点焊焊接考虑虑，取l1为两块块屋面板板宽）。根根据腹杆杆最大设设计杆力力NaB-3000.887kNN，取中中间节点点板厚度度t10mmm，支支座节点点板厚t12mmm。 先

14、由由非对称称轴选择择截面，假假设60，由附附表4-2查得0.8807（由双双角钢组组成的T形和十十字形截截面均属属b类），需需要的截截面面积积：As227611 mmm227.61ccm2一般角钢厚厚度15mmm，属属第一组组，故取取2155 N/mm22。需要要的回转转半径为为 cm cm上弦应采用用两不等等边角钢钢以短边边相连组组成的T形截面面。根据据需要的的、查附表7-5，选用用2L1440990110（短边边相连）：A42.4cm2，2.56cm，6.77cm（节点板厚10mm），150。验算 ，0.8810故 NN/mmm22155 N/mm22。验算对称轴轴y的稳定定承载力力：b1

15、/t14/1140.556换算长细比比150，查附附表4-2， 0.8836；故， N/mmm22155 N/mm22。满足要求。垫板每节间间放置一一块（满满足l1范围内内不少于于两块），ld150.8/275.4cm40i404.47178.8cm（i为4.47cm）。 2、下弦弦cd 下下弦也不不改变截截面，采采用最大大设计杆杆力计算算，N4700.788 kNN，l0 x30000mmm，l0y207700/2103350mmm，需需要的净净截面面面积为An221900 mmm221.9cmm2选用2L11409010（短边边相连）：A42.4cm2，2.56cm，6.77cm。验算：在

16、节节点设计计时，将将位于下下弦杆连连接支撑撑的螺栓栓孔包在在节点板板内，且且使栓孔孔中心到到节点板板近端边边缘距离离不小于于1000cm，故故截面验验算中不不考虑栓栓孔对截截面的削削弱，按按毛截面面验算（350）故 N/mmm22155 N/mm22。满足要求。垫板每节间间放置一一块，ld1500cm80i804.4473577.6ccm（i为4.447cmm）。 3、端斜斜杆aBN-3000.887 kkN，l0 x25224mmm，l0y25224mmm，需要要的净截截面面积积为An113999 mmm213.99ccm2选用2L1140908（长边边相连）：A36.08cm2，4.5cm

17、，3.62cm，150验算：b2/t90/811.250.448，换算长细比比150，查附附表4-2，0.6675；故， N/mmm22155 N/mm22。满足要求。设两块垫板板，ld84.1cmm40i402.5591033.6ccm（i为2.559cmm）。4、斜腹杆杆dHN46.82 kN，l0 x33995mmm，l0y33995mmm，需要要的净截截面面积积为An2218 mm222.118 ccm2选用2L88055：A15.82ccm2，2.448cmm，3.556cmm，1500验算：b/t880/55160.558，换算长细比比150，查附附表4-2， 0.5549；故，

18、N/mmm22155 N/mm22。满足要求。设两块垫板板，ld84.9cmm40i403.5561422.4ccm（i为3.556cmm）。5、竖杆ddG竖杆不改变变截面尺尺寸，N-388.155 kNN，l0 x0.88l0.882888823110mmm，l0y28888mmm选用2L88055：A15.82ccm2，2.448cmm，3.556cmm，1500验算：b/t880/55160.558，换算长细比比150，查附附表4-2， 0.6628；故， N/mmm22155 N/mm22。满足要求。设两块垫板板，ld72.2cmm40i403.5561422.4ccm（i为3.556

19、cmm）。其余各杆的的截面选选择见表表。需注注意连接接垂直支支撑的中中央竖杆杆采用十十字形截截面，其其斜平面面计算长长度为l00.99l，其其它腹杆杆除Aa和Ba外，l0 x0.88l。屋架杆件截截面选择择表杆件 名称称内力（kNN）计算长度（cm）截面形式和和规格截面面积（cm2）回转半径（cm）长细比容许长细比比稳定系数计算应力（N/mmm2）l0 xl0yixiyxy yyz上弦AB-1.144 150.88301.662L140090010042.42.566.7758.9541500.810BC-285.53 150.88301.662L140090010042.42.566.775

20、8.9541500.8183CD-285.53 150.88301.662L140090010042.42.566.7758.9541500.8183DE-429.81 150.88301.662L140090010042.42.566.7758.9541500.81125EF-429.81 150.88301.662L140090010042.42.566.7758.9541500.81125FG-463.69 150.88301.662L140090010042.42.566.7758.9541500.81135GH-463.69 150.88301.662L140090010042.42

21、.566.7758.9541500.81135下弦ab156.447 30010352L140090010042.42.566.7711715335036bc371.994 30010352L140090010042.42.566.7711715335087cd455.770 30010352L140090010042.42.566.77117153350107de448.008 30010352L140090010042.42.566.77117153350106斜杆aB-291.24 252.44252.442L1400900836.0884.53.6256821500.6755120Bb

22、219.666 259.88259.882L1400900836.0884.53.6258841500.661192bD-167.13 286.22286.222L1400900836.0884.53.6264901500.621175Dc104.669 285.22285.222L1400900836.0884.53.6264901500.621148cF-59.339 312.55312.552L80515.8222.483.56126951500.588832Fd-20.994 229.117311.55311.552L80515.8222.483.56126951500.588832d

23、H-24.770 446.882339.55339.552L80515.8222.483.561371011500.549954竖杆Aa-20.556 159.22 1992L80515.8222.483.5664511500.856615Cb-37.669 182.33 227.992L80515.8222.483.5674741500.726633Ec-37.331 206.66 258.332L80515.8222.483.5683821500.675535Gd-36.993 231288.882L80515.8222.483.5693891500.628837He-4.577 243.

24、22 3042L80515.8222.483.5698921500.60885注：角钢规规格共3种七、节点设设计在确定节点点板的形形状和尺尺寸时，需需要斜腹腹杆与节节点板间间连接焊焊缝的长长度。先先算出各各腹杆杆杆端需要要的焊缝缝尺寸。其其计算公公式为：角钢肢背所所需焊缝缝长度：角钢肢尖所所需焊缝缝长度：如腹杆aBB，设计计杆力N3000.877 kNN，设肢肢背与肢肢尖的焊焊脚尺寸寸各为hf18mmm，hf26mmm。因aB杆系不不等边，角角钢与长长肢相连连，故K10.665，K20.335。则： mm mm其它腹杆所所需焊缝缝长度的的计算结结果见表表4。未列列入表中中的腹杆杆均因杆杆力很小

25、小，可按按构造取取 hf，l1l28hf+10855+10050 mm表4 腹杆杆杆端焊缝缝尺寸杆件 名称称设计内力（kN）肢背焊缝肢尖焊缝l1（mmm）ht（mmm）l2（mmm）ht（mmm）aB-300.87 125 890 6Bb226.993 100 870 6bD-172.66 80860 6Dc108.116558406表中1l、12为取整整后数值值1、下弦节节点“b”按表4所列列Bb、bD杆所需需焊缝长长度，按按比例绘绘制节点点详图，从从而确定定节点板板的形状状和尺寸寸（附图图4）。由由图中量量出下弦弦与节点点板的焊焊缝长度度为4880mmm，焊脚脚尺寸hf5mmm，焊缝缝承受

26、节节点左、右右弦杆的的内力差差NNbc-NNab3844.255-1661.6652222.6 kN。验算算肢背焊焊缝的强强度：51 N/mm22 (为1600 N/mm22)满足要求。肢肢尖的焊焊缝应力力更小，定定能满足足要求。竖竖杆bC下端应应伸至距距下弦肢肢尖为220mmm处，并并沿肢尖尖和肢背背与节点点板满焊焊。 附图4：下弦弦节点“b” 2、上弦弦节点“B” 按按表4所列腹腹杆Ba、bB所需焊焊缝长度度，确定定节点板板形状和和尺寸，如如附图5所示。量量得上弦弦与节点点板的焊焊缝长度度为4000mmm，设hf5mmm，因节节点板伸伸出上弦弦肢背115mmm，故由由弦杆与与节点板板的四条

27、条焊缝共共同承受受节点集集中荷载载P28.62+10.7139.33 kN和弦杆杆内力差差NNBC-NNAB2944.988-1.182933.8 kN的共同同作用。忽忽略P对焊缝缝的偏心心并视其其与上弦弦垂直，则则上弦肢肢背的焊焊缝应力力为：附图5：上上弦节点点“B”81 NN/mmm2 (为1600 N/mm22)满足要求。由由于肢尖尖的焊缝缝hf也为5mmm，故故应力更更小，定定能满足足要求。 3、下弦弦中央拼拼接节点点“e（附图6）附图6：下下弦中央央拼接节节点“e”（1）拼接接角钢计计算 因节点点两侧下下弦杆力力相等，故故用一侧侧杆力Ned4622.911 kNN计算。拼拼接角钢钢采

28、用与与下弦相相同的截截面2LL1400900100，设与与下弦的的焊缝的的焊脚尺尺寸hf8mmm，竖直直肢应切切去t+hhf+510+8+5523 mm，节节点一侧侧与下弦弦的每条条焊缝所所需计算算长度为为： mm拼接角钢需需要的长长度为： L2（lw+16）+102（1299+166）+103000 mmm为保证拼接接节点处处的刚度度取，L5000 mmm。（2）下弦弦与节点点板的连连接焊缝缝计算 下弦与与节点板板的连接接焊缝按按0.115Need计算算。取焊焊脚尺寸寸hf5mmm，节点点一侧下下弦肢背背和肢尖尖每条焊焊缝所需需长度l1、l2分别为为： mm mm 在附图66中，节节点板宽宽

29、度是由由连接竖竖杆的构构造要求求所决定定的，从从图中量量得每条条肢背焊焊缝长度度为1555mmm，每条条肢尖焊焊缝长度度为1220mmm，满足足要求。4、屋脊节节点“H”（附图7）（1）拼接接角钢计计算 附图7：屋脊脊节点“H”拼接角钢采采用与上上弦相同同的截面面2L1440990110。设两两者间的的焊脚尺尺寸hf8mmm，竖直直肢应切切去t+hhf+510+8+5523 mm。按按上弦杆杆力NGH4799.044 kNN计算拼拼接角钢钢与上弦弦的焊缝缝，节点点每侧每每条焊缝缝需计算算长度为为： mm拼接角钢需需要的长长度为： L2（lw+16）+102（1344+166）+203200 m

30、mm为保证拼接接节点处处的刚度度取，L7000 mmm。（2）上弦弦与节点点板间焊焊缝计算算 上弦与与节点间间在节点点两侧共共8条焊缝缝，共同同承受节节点荷载载P与两侧侧上弦内内力的合合力。近近似地取取sintan0.1，该合合力的数数值为： 2NNsinn-P24479.040.11-399.33356.48 kN设焊脚尺寸寸hf5mmm，每条条焊缝所所需要长长度为： mm由图量得焊焊缝长度度为2220mmm。满足足要求。5、支座节节点“a”（附图8）（1）底板板计算 附图8：支座座节点“a”底板承受屋屋架的支支座反力力R7P7339.3332755.311 kNN，柱采采用C20混凝土土，混凝凝土的轴轴心抗压压强度设设计值fc10 N/mmm2。底板板需净面面积An为： mm2锚栓直径dd25mmm，锚锚栓孔布布置见附附图8，栓孔孔面积为为：A5004002+255259663 mmm2底板需面积积为 AAsAn+A275