钢结构设计计算书.doc

一、设计资料1、某车间的跨度27m，柱距为6m，厂房总长度为240m，屋面采用1.5m*6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用），屋面的坡度为i=1/102、屋面永久荷载标准值为2.8kn/m（不含屋架自重），屋面可变荷载标准值为0.5kn/m，屋架采用梯形钢屋架，其屋架支承于钢筋混凝土柱顶3、屋架的计算跨度：lo=27-2*0.15=26.7m4、屋架的中间高度：h=3.340m5、在26.7m的两端高度为：ho=2.005m6、在27m轴线处端部高度为：ho=1.990m7、混凝土强度等级为c25，钢材采用q235-b级，焊条采用e43型，手工焊8、车间的柱网布置图如下：柱网布置图备注：某车间所设计的屋盖无吊车、无天窗、无振动设备，不必进行有关这些的计算。二、结构形式与布置屋架形式及尺寸如下图所示屋架支撑布置图请见a3图纸。三、荷载计算永久荷载：预应力钢筋混凝土大型屋面板：2.8*1.35=3.78屋架和支撑自重：（0.12+0.011*27）*1.35=0.56 总计：4.34 可变荷载：0.5*1.4=0.7 总计：0.7设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：（1）第一种荷载组合：全跨永久荷载及可变荷载：f=（4.34+0.7）*1.5*6=45.36kn（2）第二种荷载组合：全跨永久荷载+半跨可变荷载：全跨节点永久荷载：=4.34*1.5*6=39.06kn半跨节点可变荷载：=0.7*1.5*6=6.3kn（3）第三种荷载组合：全跨屋架包括支撑+半跨屋面自重+半跨屋面活荷载：全跨节点屋面自重：=0.56*1.5*6=5.04kn半跨节点屋面板自重及活荷载：=（3.78+0.7）*1.5*6=40.32kn备注：上述三种荷载组合，其中（1）、（2）种组合为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。四、内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图三个图所示。用电算先解得f=1的屋架各杆件的内力系数（f=1作用于全跨、左半跨、右半跨），然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果详细见表：屋架杆件内力组合表五、杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按ij、jk截面最大内力进行设计：内力n=-871.728kn=-871728n上弦杆计算长度在屋架平面内：为节点间轴线的长度：=150.7cm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化变化情况，=150.7*3=452.1cm因为=3，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并（如图所示）腹杆最大内力，n=463.62kn，查表可知，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm（详见建筑钢结构设计书第169页）设=60，查表可知 =0.807所需面积 a=5024.2需要的回转半径：=2.51cm =7.54cm根据所需要的a，查角钢表（附录中附d-18），先用2l160*100*12，a=60.11,=2.82cm, =7.82cm，现在对所选用的角钢进行验算：=53.44=150=57.81,只需求，查表可知=0.833根据公式：=174.1，可用不等边角钢肢角短肢相并，近似取=，只需算便可截面几何特征：a=50.6347.65=2.85cm =7.70cm=157.89=350=173.38=350选用截面满足要求（3）端斜杆ab杆件轴力：n=-463.625kn=-463625n计算长度：=257.0cm，因为=，所以采用不等肢角钢长肢相并，使得和相近，故选用2l140*90*10截面几何特征：a=44.52=4.47cm =3.73cm=57.63=150=68.88）由于=140.48*=0.48*=8.8所以=5.1*（1+）=78.49所以用来计算，=0.697=149.4215选用2l140*90*10作为端杆ab满足要求（4）腹杆ef-fj此杆在g点处不断开，采用通长杆件最大拉力：nef=132.975kn nfj=166.743kn最大压力：nef=-73.302kn nfj=-69.371kn再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点的中心间距=224.5cm在桁架平面外的计算长度按下列式子计算：=l*(0.75+0.25)=449*(0.75+0.24)=444.51cm选用2l70*5(建筑钢结构设计书d-17)，可知两等边角钢进行组合a=13.75 =2.16cm =3.31cm=103.94=150=134.29 ，应考虑的影响 且=14所以用来计算，查表得=0.381=139.9215拉应力：=121.3215所以所选用的2l70*5的角钢符合截面要求（5）竖杆ec、hen=-67.903kn=-67903kn=0.8l=0.8*259=207.2cm=l=259cm由于内力比较小，所以按=150计算，所求的回转半径为=1.38cm =1.73cm查表可知，选用截面，应略大些，先用2l63*10截面几何特征：a=23.31 =1.88cm =3.07cm=110.2=150=84.36，让你以不必难处，查表可知=0.521=55.9215所以选用的截面2l63*10符合要求其它杆件的截面选择具体请详见附表：六、节点设计（1）下弦节点“b”各杆件的内力图由上表可以求出：这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点中连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例给出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点的连接焊缝。用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“bb”的肢背和肢尖焊缝=8mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=138.24 取16cm肢尖：=79.00mm 取10cm设“bd”杆肢背和肢尖焊缝分别为=8mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=114.23mm 取14cm肢尖：=65.28mm 取8cm由于“cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定：即=5mm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误差，按比例给出节点详图，从而确定节点板的尺寸为：450mm*360mm下弦与节点板连接的焊缝长度为45cm，=6mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，即=607.60-257.46=350.14kn受力较大的肢背处焊缝应力为：=71.38160所以焊缝满足条件（2）下弦节点“c”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“dc”的肢背和肢尖焊缝=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=129.9mm 取14cm肢尖：=46.4mm 取6cm设“cd”杆肢背和肢尖焊缝分别为=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=98.35mm 取11cm肢尖：=35.1mm 取5cm设“ce”杆肢背和肢尖焊缝分别为=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=42.4mm 取6cm肢尖：=15.2mm 取3cm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误差，按比例给出节点详图，从而确定节点板的尺寸为：450mm*240mm下弦与节点板连接的焊缝长度为45cm，=6mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，即=830.18-607.6=222.58kn受力较大的肢背处焊缝应力为：=45.37160所以焊缝满足条件（3）下弦节点“e”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“ge”的肢背和肢尖焊缝=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=43.7mm 取6cm肢尖：=15.59mm 取3cm由于“eh”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定：即=5mm设“ef”杆肢背和肢尖焊缝分别为=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=83.1mm 取10cm肢尖：=29.68mm 取5cm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误差，按比例给出节点详图，从而确定节点板的尺寸为：360mm*260mm下弦与节点板连接的焊缝长度为36cm，=6mm，焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，即=830.18-808.68=21.5kn受力较大的肢背处焊缝应力为：=5.52160所以焊缝满足条件（4）支座节点 “a”为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取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14mm 支座底板的计算支座反力：r=408240n支座底板的平面尺寸采用300mm*380mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压柱顶混凝土的抗压强度为=6.36=12.5式中：混凝土强度设计值，对c25混凝土，=12.5。底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成4块，每块板为两人相邻边支承而另两相邻自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为m=式中：底板下的平均应力，=3.58 两支承边之间的对角线长度，=174.5mm 系数，由查表可知（详见课本第48页），为两支承边的相交点到对角线的垂直距离，由相似三角形的关系，每日出=81.95mm，=0.47所以查表可知：=0.0553所以 m=0.0553*3.58*=6028.36底板厚度t=12.97mm 取t=14mm 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，偏于安全地假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即=102060n则焊缝内力为：v=102060nm=102060*60=6123600n.mm设焊缝=6mm，焊缝计算长度=520-20-12=488mm焊缝应力为：=29.12*57.46=114.94mm（6）上弦节点“b”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“bb”的节点板焊缝尺寸与节点“b”相同，设“bb”的肢背和肢尖焊缝=8mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=138.24mm 取16cm肢尖：=79.0mm 取10cm“ab”杆的焊缝尺寸也是按照上述方法,则需煹缝长度为：肢背：=10mm=134.5mm 取16cm肢尖：=8mm=90.6mm 取11cm为了方便在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进和弦肢背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，焊缝强度设计值 应乘以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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为440mm=114.30.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=18.8=160所以所选的截面符合要求（7）上弦节点“d”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“bd”的节点板焊缝尺寸与节点“b”相同，设“bd”的肢背和肢尖焊缝=8mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=114.23mm 取14cm肢尖：=65.27mm 取8cm设“dc”的节点板焊缝尺寸与节点“c”相同.，设“dc”的肢背和肢尖焊缝=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=129.87mm 取14cm肢尖：=46.38mm 取6cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为360mm=81.680.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=14.36=160所以所选的截面符合要求（8）上弦节点“g”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“ge”的节点板焊缝尺寸与节点“d”相同，设“ge”的肢背和肢尖焊缝=5mm和6mm，则需煹缝长度为：肢背：=43.6mm 取6cm肢尖：=15.59mm 取4cm设“gd”的肢背和肢尖焊缝=5mm，则需煹缝长度为：肢背：=75.2mm 取10cm肢尖：=32.24mm 取5cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为350mm=33.20.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=5.9=160所以所选的截面符合要求（9）上弦节点“c”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，由于“cb”杆的内力比较小，所以按照构造来布置，取=5mm，则需煹缝长度为：肢背：=28.4mm 取4cm肢尖：=12.2mm 取4cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为200mm=14.610.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=7.69=160所以所选的截面符合要求（10）上弦节点“e”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160设“ec”杆的肢背和肢尖焊缝=10mm和8mm，则需煹缝长度为：肢背：=21.2mm 取5cm肢尖：=11.37mm 取4cm设“ed”杆的肢背和肢尖焊缝=6mm和5mm，则需煹缝长度为：肢背：=17.4mm 取4cm肢尖：=7.45mm 取4cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为290mm=14.040.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=5.3=160所以所选的截面符合要求（11）上弦节点“f”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，由于“fd”杆的内力比较小，所以按照构造来布置，取=5mm，则需煹缝长度为：肢背：=28.4mm 取4cm肢尖：=12.2mm 取4cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为185mm=14.50.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=14.2=160所以所选的截面符合要求（12）上弦节点“h”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160，设“he”的节点板焊缝尺寸与节点“e”相同，设“he”杆的肢背和肢尖焊缝=10mm和8mm，则需煹缝长度为：肢背：=21.2mm 取5cm肢尖：=11.37mm 取4cm设“hf”的肢背和肢尖焊缝=6mm和5mm，则需煹缝长度为：肢背：=15.91mm 取4cm肢尖：=8.18mm 取4cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为260mm=12.10.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=9.4=160所以所选的截面符合要求（13）上弦节点“i”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160由于“if”杆的内力比较小，所以按照构造来布置，取=5mm则需煹缝长度为：肢背：=28.4mm 取4cm肢尖：=12.2mm 取4cm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为：=*节点板厚度=*10=5mm 取=10mm上弦和节点板间焊缝长度为155mm=17.90.8=128上弦肢尖角焊缝的剪应力为：=9.48=160所以所选的截面符合要求（14）上弦节点“d”用e43型焊条角焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值=160由于“de”杆的内力比较小，所以按照构造来布置，取=5mm则需煹缝长度为：肢背：=20.85mm 取4cm肢尖：=8.9mm 取4cm设“df”的焊缝= 5mm，则需煹缝长度为：肢背：=28.37mm 取4cm肢尖：=12.15mm