张元洪钢结构计算书

目录1.设计资料： 22.结构形式与布置： 23.荷载计算 53.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载 . .53.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载 .63.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+ 半跨屋面活荷载: 64.内力计算 .65.杆件设计 95.1 上弦杆： 95.2 下弦杆： .115.3 斜腹杆 125.4 竖杆： .166.节点设计 .196.1 下弦设计： 19 6.2 上弦设计 236.3 屋脊节点 K . .356.4 支座节点 a .36单层工业厂房屋盖结构梯形钢屋架设计1.设计资料：2（1）某地一机械加工车间，长 84m，跨度 24m，柱距 6m，车间内设有两台35/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高 16.5m，柱顶标高 25m，地震设计烈度 7 度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.56m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2） ，上铺 120mm 珍珠岩制品保温层（容重为 1KN/m3） ，二毡三油上铺小石子防水层（0.4KN/m 2） ，找平层 2cm 厚（0.4KN/m 2） ，卷材屋面，屋面坡度 i=1/8，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级 C20，上柱截面 400400mm。钢材选用Q235B，焊条采用 E43 型。屋面活荷载标准值 0.8KN/m2，积灰荷载标准值0.55KN/m2，雪荷载及风荷载见下表，7 位同学依次按序号进行选取。活载KN/m21 2 3 4 5 6 78基本雪压 0.35 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 0.40基本风压 0.35 0.55 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 0.55（2）屋架计算跨度)(7.23.040ml（3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度中部高度 （为 ） ，屋架跨中起拱 考虑，mh20h3506.7/0l 50/l取 48m.2.结构形式与布置屋架3图 1.梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度（84m60m） 、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格4与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图下图所示：屋架上弦支撑屋架下旋支撑5图 4.垂直支撑 1-1图 5.垂直支撑 2-2SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆3.荷载计算屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载 0.8kN/ 进行计算。2m表 1 荷 载 计 算 表荷载名称 标准值（kN/ ）2m设计值（kN/ ）2m预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.41.351.89二毡三油防水层（上铺小石子） 0.4 0.41.350.54找平层（厚 2cm） 0.4 0.41.350.54悬挂管道 0.1 0.10.35=0.135120mm 珍珠岩制品保温层 10.120.12 0.121.350.162屋架和支撑自重 0.12+0.01124=0.384 0.3841.350.5184永久荷载总和 2.804 3.7854屋面活荷载 0.8 0.81.41.12积灰荷载 0.55 0.551.40.77可变荷载总和 1.35 1.89设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：63.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：KNF0786.51.)89.1754.3(3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载： 068.345.178.31F半跨节点可变荷载： KN.7.923.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重： KNF65.4.158.03半跨节点屋面板自重及活荷载：21)9.(41、2 为使用节点荷载情况，3 为施工阶段荷载情况。4.内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图所示：7图 6屋架计算简图由图解法或数解法解得 F1 的屋架各杆件的内力系数（F1 作用于全跨、左半跨和右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，结果如下：屋 架 构 件 内 力 组 合 表内力系数（F=1）第二种组合 第三种组合杆件名称全跨 左半跨 右半跨 第一种组合 F + + + + 计算杆件内力（KN）AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC,CD -8.07 -6.03 -2.61 -412.00 -377.04 -330.08 -183.64 -100.84 -412.20 DE,EF -12.57 -8.86 -4.76 -642.06 -509.21 -524.14 -273.15 -173.89 -642.06 FG -14.05 -9.08 -6.39 -717.65 -587.36 -609.86 -285.38 -220.25 -717.65 上 弦GH,HI -14.53 -9.56 -6.39 -742.17 -603.71 -626.87 -299.24 -222.49 -742.17 ab 4.17 3.19 1.24 213.00 163.16 177.31 96.69 49.48 213.00 bc 10.69 7.79 3.73 546.03 427.64 440.95 238.47 140.18 546.03 cd 13.51 9.16 5.58 690.07 555.18 575.44 284.80 198.12 690.07 下 弦de 13.39 7.46 7.61 683.94 585.62 614.75 243.08 246.71 683.94 aB -8.66 -6.64 -2.59 -442.34 -339.09 -332.32 -201.16 -103.11 -442.34 Bb 6.79 4.94 2.37 346.82 271.64 263.31 151.28 89.06 346.82 bD -5.32 -3.56 -2.26 -271.74 -219.69 -241.82 -111.01 -79.54 -271.74 Dc 3.52 2.00 1.95 179.80 153.09 162.88 64.84 63.63 179.80 cF -2.28 -0.81 -1.97 -116.46 -111.19 -112.27 -30.25 -58.33 -116.46 Fd 0.96 -0.34 1.67 49.04 61.11 65.36 44.91 44.91 61.11, -2.61dR 0.85 2.38 -1.96 43.42 -4.38 -11.56 61.59 43.49 69.44, -43.49RI 1.58 3.11 -1.96 80.70 20.49 13.15 82.67 40.08 106.73, -40.08斜 腹 杆GR 0.65 0.65 0.00 33.20 22.14 22.35 18.77 3.03 33.60 Aa -0.50 -0.50 0.00 -25.54 -25.54 -17.03 -14.44 -2.33 -25.55 Cb -1.00 -1.00 0.00 -51.08 -51.08 -34.06 -28.88 -4.67 -51.08 Ec -1.00 -1.00 0.00 -51.08 -51.08 -34.06 -28.88 -4.67 -51.08 Gd -1.50 -1.50 0.00 -76.62 -76.62 -51.09 -43.31 -6.99 -76.62 HR -1.00 -1.00 0.00 -51.08 -51.08 -34.06 -28.88 -4.67 -51.08 竖 杆Ie 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1F1 3F322445.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按 GH,HI 杆件的最大内力设计，即 KN17.42上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度，即在屋架平面外，本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支持布置和内力变化情况，取 为支撑点间的距离，即oyl mloy60根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如下图所示。腹杆最大内力 ，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取 12mm,支KN34.2座节点板刚度取 14mm。设 ，查 Q235 钢的稳定系数表，可得 （由双角钢组成的 T 形和十字形截面均属于70 751.0b 类） ，则需要的截面积为 23.4962157.04mfNA需要回转半径：， mlioxx 6.21705 mlioyy 7.8570根据需要 A， ， 查角钢规格表，选用 ，肢背间距 a=12mm，则： xiy 182Lmlox15210， ， 25680mAix3.1miy1.87按所选角钢进行验算：， ，y8 MPaANx .461.270所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm100mm10mm，则间距 ，取 80cm。cmicmld 4.986.240375.4.29杆件 Dc杆件轴力 KN8.179计算长度 0.82953=2362.4m， oxl mloy2953选用 ，查角钢规格表得802L， ，246mAix6.4iy6，3509.3xoil 350829yoilMPaN21.7246018所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取 60mm100mm10mm，则间距 ，取 100cm。cmicmld 8.1964.280.9735.2杆件 cF杆件轴力 KN46.1计算长度 0.83298=2638.4m， oxl mloy3298选用 ，查角钢规格表得802L14， ，2460mAix6.4miy36，1507.38xoil 1506.928yoil ， ， y.x MPaANx 2.4517.所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm100mm10mm，则间距 ，取 100cm。cmicmld 8.1964.2805.824.39杆件 Fd杆件轴力 KN1.6计算长度 0.83298=2638.4m， oxl loy3298选用 ，查角钢规格表得802L， ，246mAix6.4miy6，35017.3xoil 3506.91328yoilMPaN282460所选截面满足要求填板放两块，尺寸取 60mm100mm10mm，则间距 ，取 110cm。cmicmld 8.1964.2809.1038.2杆件 RG杆件轴力 KN6.3计算长度 0.82110=1688m， oxl mloy210选用 ，查角钢规格表得42L， ，296mAix6.19iy.3，508.xoil 3509.62.01yoil ， ， y4MPaANx648.21所选截面满足要求15填板放两块，尺寸取 60mm83mm10mm，则间距 ，取 80cm。cmicmld 8.1569.803.7021（4）竖杆杆件 Aa杆件轴力 KN5.2计算长度 0.82000=1600m， oxl mloy20由于杆件内力较小，按 选择，需要回转半径为15，mix67.105iy3.0选用 ，查角钢规格表得42L， ，28Aix3.miy4.27，15093.1760xoil 1503.yoil ， ， yMPaANx 8765.02所选截面满足要求。填板放两块，尺寸取 60mm76mm12mm，则间距 ，取 68cm。cmicmld 2.6973.1407.630.2杆件 HR杆件轴力 KN8.51计算长度 0.81656=1324.8m， oxl loy165选用 ，查角钢规格表得462L， ，287mAix3.17miy4.27，5086.3xoil 1504.6.15yoil ， ， y0MPaANx 987.2所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm76mm10mm，则间距 ，取 60cm。cmicmld 2.6973.1402.536.116杆件 Cb杆件轴力 KN08.51计算长度 0.82375=1900m， oxl mloy2375选用 ，查角钢规格表得462L， ，287mAix3.17iy4.，50893.10xoil 1507.86.23yoil ， ， y4MPaANx49.102所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm76mm10mm，则间距 取 60cm。,2.6973.14038.594.27cmicmld 杆件 Ec杆件轴力 KN0.1计算长度 0.82750=2200m， oxl loy2750选用 ，查角钢规格表得4562L， ，287mAix3.17miy4.，503.10xoil 150362750yoil ， ， y4MPaANx841.2所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm76mm10mm，则间距 取 69cm。,2.6973.14075.6842cmicmld 杆件 Gd杆件轴力 KN.计算长度 0.83125=2500m， oxl loy3125选用 ，查角钢规格表得4632L， ，29mAix6.19miy.017，1506.27.1950xoil 150.32.01yoil ， ， y4MPaANx964.7所选截面满足要求。填板放三块，尺寸取 60mm83mm10mm，则间距 取 78.2cm,4.7896.14013.7845.2cmicmld 18表 3 屋 架 杆 件 截 面 选 择 表计算长度/cm 回转半径/cm 长细比 稳定系数 名称 杆件编号内力/kN 0xl0yl截面规格截面面积/ 2cmxiyixy容许长细比 xy计算应力 NA2()m上弦 GH、HI-742.17 151.2 600.0 18011010 56.80 3.13 8.71 48.31 68.89 150 0.758 184.03下弦 cd 690.07 300 1185.0 18011010 56.80 3.13 8.71 95.80 136.05 350 121.49Aa -25.55 160 200 564 8.78 1.73 2.74 92.5 73 150 0.605 48.1aB -442.34 257 257 125808 32.00 4.01 3.35 60.09 76.72 150 0.709 194.96Bb 346.82 212.2 265.2 758 23.00 2.28 3.42 93.05 77.54 350 150.8Cb -51.08 190 237.5 564 8.78 1.73 2.74 109.8 86.7 150 0.494 117.8bD -271.74 236.2 295.3 808 24.60 2.46 3.6 96 82 150 0.581 190.13Dc 119.8 236.2 295.3 808 24.60 2.46 3.6 96 82 350 78Ec -51.08 220.0 275.0 564 8.78 1.73 2.74 127.2 100.4 150 0.460 145.1cF -116.46 263.8 329.8 808 24.6 2.46 3.6 107.2 91.6 150 0.517 91.5Fd 61.11 263.8 329.8 808 24.6 24.6 3.6 107.2 91.6 350 24.84Gd -76.62 250.0 312.5 634 9.96 1.96 3.02 127.6 103.5 150 0.4 192.3dR 69.44-43.49215.7 451.9 634 9.96 1.96 3.02 117.6 149.6 150 0.31 140.9RI 106.73-40.08215.7 451.9 634 9.96 1.96 3.02 117.6 149.6 150 0.31 107.2RG 33.6 168.8 2110 634 9.96 1.96 3.02 86.1 69.9 150 0.648 52.1腹杆HR -51.08 132.5 165.6 564 8.78 1.73 2.74 76.58 60.44 150 0.710 81.94Ie 0 0.9 310.0=279.0634 9.96 1.96 3.02 142.4 92.4 200 0196.节点设计1.下弦设计（1）下弦节点 b已知采用用 E43 型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfMpa=设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝mhf68和内力分配系数计算）： 肢背： ，取 160 。lw14526087.2341 m肢尖： ，取 100 。l 98.设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：mhf和肢背： ，取 120 。lw1782607.21431 m肢尖： ，取 90 。l 9.“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。hf5根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 300mm350mm。20下弦节点“b”下弦与节点板连接的焊缝长度为 35.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差mhf6，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN03.126.0345N，焊缝强度满足要求。MPafaw10.287156.7）（ （2）下弦节点 c已知采用用 E43 型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfpa=设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝mhf68和内力分配系数计算）： 肢背： ，取 100 。lw 9.1216087.2931 m肢尖： ， 取 60 。l 6.5.设“cF”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：mhf8和肢背： ，取 80 。lw 3.5921607.2431 m肢尖： ，取 60 。mlw 8.406217.028421“cE”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。mhf5根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例下弦节点“c”绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 260mm340mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为 34.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差mhf6，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN04.16.34507.9N，焊缝强度满足要求。MPafaw10.1042.2 ）（ （3）下旋节点 d已知采用用 E43 型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 。160wfpa=设“Fd 的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力mhf68和分配系数计算）： 肢背： ，取 80mm.lw 7.38216087.231肢尖： ，取 60mm.ml 22设“dR 的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：mhf68和肢背： ，取 80mm.lw 8.412107.29431肢尖： ，取 60 .l .96.6 m“Gd 的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取 。hf5根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 260mm340mm。下弦节点“d”下弦与节点板连接的焊缝长度为 34.0cm， 。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差mhf6，受力较大的肢背处的焊缝应力为kN13.694.807.6N，焊缝强度满足要求。MPafaw1082.23）（ (4)下弦节点 e1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：下弦与节点板连接的焊缝长度为 50cm， 。焊缝所mhf823受的力为弦杆的内力 ，则需焊缝长度为:kN94.683，取 =250mm17.04wffwhl m83.0621687.0wl拼接角钢长度不小于 2 250+16=516mm。取 540mm。为了保证施焊方便和保证连接焊缝的质量，还需将连接角钢的竖直肢切去 =t+ =10+8+5=23mm。mhf52）竖杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。 kNN59.102%68394设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm，弦杆一侧需焊缝长度为肢背： ，取 =80mmmlw89.621067.259133wl肢尖 ，按构造要求，取焊缝长度 50mm，lw4.37.03 wl取 =60mm3）节点板尺寸：按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸:图 14.下弦节点“e” MPafaw1601.846508.7239）（ 24焊缝强度满足要求。2 上弦设计（1）上弦节点“A”“Aa”杆肢背和肢尖的焊脚尺寸 和 6mm。mhf8肢背： ，取 80 。lw 51.216087.2531 m肢尖： ，取 60mm。l 34.8.设“AB”杆的焊缝尺寸为 。节 点 板 厚 实 度 hh ff 5,102 221 为了便于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。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：上弦节点“A”（2）上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。25已知： kN34.2-aB设“aB”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的mhf610和角焊缝内力分配系数计算）：肢背： ，取 170 。lw 5.21607.2431 肢尖： ，取 140 。ml .71.为了便于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。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得到： 。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 5,102 212肢尖焊缝承担弦杆内力差 ，肢背采用塞焊缝，承受节点荷kNN34421载 。kNF08.51上弦与节点板间焊缝长度为 400mm，则 MPaf 01.8)40(57.23f 718 Pa160.09.)2.7(22 ff）（节点如图:26上弦节点“B”（3）上弦节点“C”“Cb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同， mhf5肢背： ，取 50 。lw 4.052167.025831 肢尖： ，取 50mm。l 设“BD”杆的焊缝尺寸为 。节 点 板 厚 实 度 mhh ff 5,102 221 为了便于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。槽焊缝作为两条角焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以 0.8 的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦肢背槽节点如图：27上弦节点“C”竖杆与节点板间焊缝长度为 50 则 MPaf 12583.60)15(7.023满足要求。（4）上弦节点“D”“bD”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。肢背： ，取 120 。mlw 09.1782607.21431 肢尖： ， 取 90 。l 4“Dc”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。肢背: ，取 100