钢结构课程设计计算书2011.doc

设计某厂房（无天窗、无吊车、无振动）钢屋架一、 设计资料梯形屋架跨度24m，物价间距6m，厂房长度120m。屋架支撑于钢筋混凝土柱子上，节点采用焊接方式连接，其混凝土强度c25，柱顶截面尺寸400mm400mm。屋面用预应力钢筋混凝土大型屋面板。上弦平面侧向支撑间距为两倍节间长度，下弦平面在柱顶和跨中各设一道纵向系杆。屋面坡度i=1/10。刚材采用q235b钢，焊条e43系列，手工焊。二、 屋架形式和几何尺寸屋架的计算跨度l0=l-300=24000-300=21000mm，端部高度取h0=2000mm，跨中高度h=3200mm三、 屋盖支撑布置 （见图1）四、 荷载计算永久荷载：预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.40knm2防水层（三毡四油上铺小石子） 0.35 knm2 找平层（20mm厚水泥砂浆） 0.0220=0.40 knm2 保温层（泡沫混凝土）厚40mm 0.25knm2 钢屋架及支撑重 0.12+0.01124=0.384knm2 合计 2.784knm2可变荷载：屋面荷载 0.5knm2 雪荷载 0.6knm2由于可变荷载和雪荷载不能同时达到最大，因此去他们中的较大值。取0.6 knm2五、 屋架杆件内力计算与组合永久荷载分项系数1.2，可变荷载分项系数1.4.荷载组合：全跨恒载全跨活载 全跨恒载半跨活载 全跨屋架，支撑自重半跨屋面板重半跨活载节点荷载：永久荷载 f1=1.22.7841.56=30.07kn 可变荷载 f2=1.40.61.56=7.56kn 屋架杆件内力计算表一屋架构件内力组合表（单位：kn） 见表1六、 屋架杆件设计支座斜杆的最大内力设计值为-333.40 kn，查表9.1，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。上弦杆上弦采用等截面，按n=-572.28kn， fg杆件的最大设计内力设计。上弦杆计算长度：平面内：lox=lo=1507mm；在屋架平面外，根据支撑和内力变化情况，取loy =2l0=3014mm。假设x=y=120，查表得=0.437。取强度设计值f=215 nmm2，则需要的截面面积：a=nf=5722800.751215=3544mm2=35.44 cm2需要回转半径：ix=lox=150770=21.5mm iy= loy=1507270=43mm根据需要的a、ix，查角钢型钢表，选用21258010，a=39.4cm2，ix=2.26，iy=6.11,a=10mm。按所选角钢进行验算：x= loxix =1507(2.2610)=66.7 =150y= loyiy=3014(6.1110)=49.3 =150 满足长细比要求。=n/a=572280(39.4102)=145.2 nmm2 f=215 nmm2 ，满足截面要求。下弦杆：下弦采用等截面，按de杆件的最大设计内力值，n=568.97kn；下弦杆计算长度：平面内：lox=lo=3000mm；在屋架平面外，根据支撑和内力变化情况，loy =l0=6000mm，根据屋架平面外上弦杆的计算长度，需要的截面：a=n/f=568.97103/215=26.46cm2，选用2125807，a=28.2cm2，ix=2.30cm， iy=6.04cm。x= loxix = 3002.3=130.4=350y= loyiy=6006.04=99.3 =350满足长细比要求。=n/a=201.8 nmm2 f=215 nmm2满足截面要求。端斜杆：因屋架对称结构以下只设计了左半跨的杆件，右半跨的杆件与左半跨的相同。ba杆杆件轴力n=-333.40kn, lox=253.9cm， loy=l=253.9cm需要的截面积：a=n/f=35.49cm2查角钢型钢表，选用210010：a=38.6cm2 35.49 cm2，ix =3.05cm，iy=4.52cm。按所选角钢进行验算：x= loxix =83.2 =350y= loyiy=56.2 -350=n/ax=19.8nmm2 f=215 nmm2满足截面要求。he杆杆件轴力n=-115.65 kn，lox=271.92kn，loy=339.9kn。查角钢型钢表，选用2636：a=12.28cm2 ，ix=1.94cm，iy=2.97cm。按所选角钢进行验算：x= loxix = 118.5 =150y= loyiy= 96.7 = 150 满足长细比要求。=n/ax=20.13 nmm2 f=215 nmm2满足截面要求。再分式腹无。屋架杆件截面选用表杆件计算内力 (kn)截面规格截面积a(cm2)计算长度(cm)回转半径(cm)长细比容许长细比名称编号lox(cm)loy(cm)ixiy x y上弦杆所有-572.28 2125801039.40 150.7 301.4 2.26 6.11 66.7 49.3 150 下弦杆所有568.97 212580728.20 300.0 600.0 2.30 6.04 130.4 99.3 350 斜腹杆支座处ba-333.40 210010 38.60 253.90 253.90 3.05 4.52 83.2 56.2 150 其他bb258.52 2636 12.28 209.76 262.20 1.94 2.97 108.1 88.3 350 db-204.41 210010 38.60 229.84 287.30 3.05 4.52 75.4 63.6 150 dc139.53 2636 12.28 229.84 287.30 1.94 2.97 118.5 96.7 350 fc-92.57 210010 38.60 250.56 313.20 3.05 4.52 82.2 69.3 150 fd63.72 2636 12.28 250.56 313.20 1.94 2.97 129.2 105.5 350 hd70.09 2636 12.28 271.92 339.90 1.94 2.97 140.2 114.4 350 he-115.65 210010 38.60 271.92 339.90 3.05 4.52 89.2 75.2 150 竖杆支座处aa20.52 23033.50 200.00 200.00 0.91 1.63 219.8 122.7 350 其他ie72.33 23033.50 256.00 320.00 0.91 1.63 281.3 196.3 350 cb-41.04 2454 6.98 184.00 230.00 1.38 2.24 133.3 102.7 150 ec-49.34 2454 6.98 208.00 260.00 1.38 2.24 150.7 116.1 150 gd-49.34 24546.98 232.00 290.00 1.38 2.24 168.1 129.5 150 七、 填板设计填板厚度等于节点板厚度等于10mm,用填板连接的双角钢构件，可按实腹式构件进行计算，但填板间的距离不应超过受拉杆件80i受压杆件40it形截面i为单个角钢对与填板平行的形心轴的回转半径，十字形截面i为单个角钢的回转半径iv。填板尺寸：厚度=10mm（节点板厚度），宽度b=5080mm，保证b8hf2hf（最小焊缝长度），hf可按构造要求选用。高度t形截面，h=角钢连接边宽度2（1015）mm，即填板伸出角钢连接边1015mm，受压构件除了满足l140i，在构建两个侧向支撑点间的填板数不应小于2个。上弦杆ab （零杆）设置两块填板bc （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板cd （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板de （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板ef （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板fg （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板gh （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板hi （压杆）la=150.7cm2=75.3540i=90.4设置两块填板下弦杆ab（拉杆）la=285cm2=142.580i=186.3设置两块填板bc（拉杆）la=285cm2=142.580i=186.3设置两块填板cd（拉杆）la=285cm2=142.580i=186.3设置两块填板de（拉杆）la=285cm2=142.580i=186.3设置两块填板斜腹杆ba la=253.9cm3=84.640i=122设置两块填板bb la=262.2cm3=87.480i=155.2设置两块填板db la=287.3cm3=95.740i=122设置两块填板dc la= 287.3cm3=95.780i=155.2设置两块填板fc la= 313.2cm3=104.440i=122设置两块填板fd la=313.2 cm3=104.480i=155.2设置两块填板hd la= 339.9cm3=113.80i=155.2设置两块填板he la= 339.9cm3=113.340i=122设置两块填板八、 屋架节点设计刚材采用q235b钢，焊条e43，fwf=160,手工焊。t1角钢厚度，t2节点板厚度。对上弦杆和竖杆，厚度为12mm，节点板厚度为10mm，则肢背焊缝hf11.5t2=1.510=4.74mmhf1t1（12）=12（12）=1110mm 取8mmhf21.5t2=1.510=4.74mm肢尖焊缝 hf21.2t1=1.212=14.4mm 取6mm对其他杆件，厚度为12mm，节点板厚度为10mm，则肢背焊缝hf11.5t2=1.510=4.74mm hf11.2t1 =1.212=14.4mm 取6mmhf21.5t2=1.510=4.74mm肢尖焊缝 hf2t1=12mm 取6mm下弦节点1）设ab杆件的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，内力分配系数0.7,0.3，则所需焊缝长度为肢背：lw1= lw +2 hf= 0.75n20.7 hf1 fwf +2hf=0.75177240（20.78160）+28=90.17mm取95mm肢尖：l w2= lw +2 hf=0.25n20.7 hf1 fwf +2hf =0.25177240（20.76160）+26=45mm取50mm2）设bc杆件的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，内力分配系数0.7,0.3，则所需焊缝长度为肢背：lw1= lw +2 hf= 0.75n20.7 hf1 fwf +2hf=0.7431.99（20.78160）+28=196.8mm取200mm肢尖：l w2= lw +2 hf=0.25n20.7 hf1 fwf +2hf =0.3431.99（20.76160）+26=92.35mm取95mm3）cb 杆件的内力较小，肢背和肢尖焊缝均按构造要求取值hf=6mm 。4）设bb 杆件的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，内力分配系数0.7,0.3，则所需焊缝长度为肢背：lw1= lw +2 hf= 0.7n20.7 hf1 fwf +2hf=0.7258.52（20.78160）+28=117mm 取120mm肢尖：l w2= lw +2 hf=0.3n20.7 hf1 fwf +2hf =0.3258.52（20.76160）+26=69.7mm 取70mm5）设db 杆件的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，内力分配系数0.7,0.3，则所需焊缝长度为肢背：lw1= lw +2 hf= 0.7n20.7 hf1 fwf +2hf=0.7204.41（20.78160）+28=95.8mm 取120mm肢尖：l w2= lw +2 hf=0.3n20.7 hf1 fwf +2hf =0.3204.41（20.76160）+26=57.6mm 取60mm验算下弦杆与节点板的连接焊缝，内力差，n=nbcnab=254.75kn量的实际节点板长为370，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm，则计算长度为lw=371.2=35.8肢背焊缝应力为=（0.75254.75）（20.76358）=63.5 fwf=160上弦节点上弦节点上弦节点b节点 如图，腹板bb、ba的杆端焊缝，肢背和肢尖焊缝均取值hf=6m，内力分配系数0.7,0.31）杆件：ba肢背： lw1= lw +2 hf= 0.7n（20.7 hf1 fwf）+2hf=0.7333400（20.76160）+26=185.6mm 取190mm肢尖： l w2= lw +2 hf=0.3n（20.7 hf1 fwf）+2hf =0.3333400（20.76160）+26=86.4mm 取90mm2）杆件bb肢背： lw1= lw +2 hf= 0.7n（20.7 hf1 fwf）+2hf=0.7333400（20.76160）+26=185.6mm 取190mm肢尖： l w2= lw +2 hf=0.3n（20.7 hf1 fwf）+2hf =0.3333400（20.76160）+26=86.4mm 取90mm上弦杆ab,bc 杆件的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6m，内力分配系数0.75,0.251）ab杆n=0肢背： lw1= lw +2 hf=2hf=28=16mm 取16mm肢尖： l w2= lw +2 hf=2hf =26=12mm 取12mm2）bc杆肢背： lw1= lw +2 hf= 0.75n（20.7 hf1 fwf）+2hf=0.75292530,317080（20.78160）+28=171mm 取175mm肢尖： l w2= lw +2 hf=0.25n（20.7 hf1 fwf）+2hf =0.25292530,317080（20.76160）+26=81mm 取85mm验算：偏心距e=12528.3mm=96.7n=nbcnba =317.08kn偏心力矩m=en=96.7317.08=306620nm采用hf2=10mm，l w2=41.52=39.5cmnf= 317.08（20.710395）=57.4mf=6317.08（20.7103952）=0.87（f1.22）2+f2=57.4 fwf=160拼接节点e肢背： lw1= lw +2 hf= 0.7n（20.7 hf1 fwf）+2hf=0.7115650（20.78160）+28=61.2 mm 取65mm肢尖： l w2= lw +2 hf=0.3n（20.7 hf1 fwf）+2hf =0.3115650（20.76160）+26=37.86mm 取40mm下弦拼接角钢的连接焊缝，设肢背和肢尖焊缝hf= 6mm，按下式计算l w=anf/（40.7 hf1 fwf）+2hf=2840215/（40.76160）+12=239.2， 取240,拼接角钢选用21258010，切成，长度为2 l w+10mm=490 mm。接头的位置视材料长度而定，最好设在跨中节点处；当接头不在节点处时，应增设垫板。下弦杆角钢与节点板的连接焊缝，以该节间的最大轴力n的15%计算，设hf=6mm，则 l w=0.15n/（40.7 hf1 fwf）+2hf=0.15568970/(40.76160)+26=43.75mm8hf+12=60mm 取45mm屋脊节点i弦杆一般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（一般为t+f+mm=23mm）。拼角钢的这部分削弱，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mm，则所需要焊缝计算长度为（一条焊缝）：l w=553910/(0.710160)= 494.4mm每条焊缝实际长度l w=250+=270mm拼接角钢总长度l=2 l w+10=2270+10=500取500mm根据焊缝长度取节点板的设计尺寸： 500mm240mm500-10-20470mmf= 553910（20.710470）=84.2故节点板的设计满足要求。支座节点焊缝计算1）杆件：ba，肢背： lw1= lw +2 hf= 0.7n（20.7 hf1 fwf）+2hf=0.7333400（20.76160）+26=185.6 mm 取190，mm肢尖： l w2= lw +2 hf=0.3n（20.7 hf1 fwf）+2hf =0.3333400（20.76160）+26=86.4mm 取90mmab杆件的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，内力分配系数0.7,0.3，则所需焊缝长度为肢背：lw1= lw +2 hf= 0.75n20.7 hf1 fwf +2hf=0.75177240（20.78160）+28=90.17mm 取95mm肢尖：l w2= lw +2 hf=0.25n20.7 hf1 fwf +2hf =0.25177240（20.76160）+26=45mm 取50mm2）杆件：aa肢背： lw1= lw +2 hf= 0.7n（20.7 hf1 fwf）+2hf=0.720520（20.78160）+28=24 mm 取30mm肢尖： l w2= lw +2 hf=0.3n（20.7 hf1 fwf）+2hf =0.320520（20.76160）+26=16.5mm 取20mm底板计算支座反力：r=8f=37.638kn fc=11.9 nmm2 所需底板面积为an=（37.63kn10008）11.9=25297mm2取锚栓直径为d=20mm，锚孔直径为40mm，则所需底板面积为a=an +aa=252 .97+244+3.14444=253.01 cm2按构造要求采用底板面积为ab=250250=625cm2253.01 cm2底板净面积：an=625244=580.44 cm2垫板采用10010020mm，底板实际应力为q=（37.63kn1000788）580.44100=5.19 nmm2a1=（12.51.22）2+（12.51.42）2=16.8cmb1=11.811.916.8=8.36cmb1a1=0.5查表得：=0.056m=qa12=0.0565.1916.816.8=8203nmm所需板厚：t6mf=68203215=15.1t16mm，t =20mm，底板尺寸为（25025020）mm加劲肋与底板连接焊缝计算，一个加劲肋的链接焊缝所承受的内力为v=r4=737.634=65.85knm=ve=65.85(2504122)= 3720knm加劲肋高度与支座节点板高度相同，厚度与中间节点板相同25048510。采用hf=6mm，验算焊缝应力：485-12=473mmvf= 65.85（20.710473）=10.3mf=63720（20.7104732）=7.1（f1.22）2+f2=11.8 fwf=160节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。取hf=8mm，lw=2（50+202）120.8=170.4cm焊缝实际应力：f=37.638kn （0.781704）=31.54 nmm21.22160=195.2 nmm2材料表编号截面尺寸个数长度/个（m）总质量kg密度12125801020.28 278.299211.1kg/m2212580720.37 367.3515.5kg/m3230320.08 5.17861.37kg/m4210010 20.90 59.79615.1kg/m52636 20.35 23.33765.72kg/m62454 20.16 10.85042.74kg/m7210010 21.03 68.85615.1kg/m82636 20.41 27.11285.72kg/m92454 20.18 12.332.74kg/m10210010 21.13 75.19815.1kg/m112636 20.45 30.20165.72kg/m122454 20.21 14.30282.74kg/m132636 20.46 30.8885.72kg/m14210010 21.32 87.88215.1kg/m15230320.12 7.8091.37kg/m16梯形上底210，下底500，高485，厚1023122.087.9kg/m3174153451020.022621657.9kg/m3183652951020.017012657.9kg/m319梯形上底100，下底195，高305，厚1062.13240757.9kg/m3204253751020.025181257.9kg/m3213903151020.01941037.9kg/m3223854201020.02554867.9kg/m3234053451020.022076557.9kg/m3243453751020.020441257.9kg/m3254853151020.02388967.9kg/m3262502401020.009487.9kg/m327506010100.002377.9kg/m328801201080.00606727.9kg/m32950701080.0022127.9kg/m3302125801022.32 154.84511.1kg/m31212580723.42 227.8515.5kg/m325005001014.443757.9kg/m3338010010162.27527.9kg/m334801001081.13767.9kg/m3总重量4614.35kg图1：22杆件内力系数（f=1）单项荷载内力内力组合最不利组合活载恒载第一种第二种第三种名称编号左半跨右半跨全跨左半跨f2*右半跨f2*全跨f1*全跨屋架支撑自重f4*半跨屋面板重f5*半跨屋面板重f5*1231323451462461.00 452.00 上弦杆ab0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 bc-6.22 -0.46 -8.68 -187.04 -13.83 -65.62 -36.00 -94.05 -3.48 -266.49 -252.66 -79.45 -317.08 -53.31 -226.51 -143.87 -317.08 cd-6.22 -0.46 -8.68 -187.04 -13.83 -65.62 -36.00 -94.05 -3.48 -266.49 -252.66 -79.45 -317.08 -53.31 -226.51 -143.87 -317.08 de-9.01 -4.47 -13.48 -270.93 -134.41 -101.91 -55.90 -136.23 -33.79 -507.25 -372.84 -236.32 -463.06 -224.11 -360.63 -326.55 -507.25 ef-9.01 -4.47 -13.48 -270.93 -134.41 -101.91 -55.90 -136.23 -33.79 -507.25 -372.84 -236.32 -463.06 -224.11 -360.63 -326.55 -507.25 fg-9.14 -6.07 -15.20 -274.84 -182.52 -114.91 -63.03 -138.20 -45.89 -572.28 -389.75 -297.44 -476.07 -291.45 -383.76 -383.76 -572.28 gh-9.14 -6.07 -15.20 -274.84 -182.52 -114.91 -63.03 -138.20 -45.89 -572.28 -389.75 -297.44 -476.07 -291.45 -383.76 -383.76 -572.28 hi-7.36 -7.36 -14.72 -221.32 -221.32 -111.28 -61.04 -111.28 -55.64 -553.91 -332.60 -332.60 -393.64 -338.00 -338.00 -393.64 -553.91 下弦杆ab3.47 1.24 4.71 104.34 37.29 35.61 19.53 52.47 9.37 177.24 139.95 72.89 176.34 66.19 133.25 109.29 177.24 bc7.97 3.51 11.48 239.66 105.55 86.79 47.61 120.51 26.54 431.99 326.45 192.33 407.77 179.69 313.80 273.66 431.99 cd9.30 5.29 14.59 279.65 159.07 110.30 60.50 140.62 39.99 549.02 389.95 269.37 480.77 259.57 380.15 360.19 549.02 de8.41 6.71 15.12 252.89 201.77 114.31 62.70 127.16 50.73 568.97 367.20 316.08 442.75 315.20 366.32 391.63 568.97 斜腹杆ba-6.52 -2.34 -8.86 -196.06 -70.36 -66.98 -36.74 -98.58 -17.69 -333.40 -263.04 -137.35 -331.38 -124.80 -250.49 -205.69 -333.40 bb4.76 2.11 6.87 143.13 63.45 51.94 28.49 71.97 15.95 258.52 195.07 115.38 243.59 107.89 187.