某机械厂单跨单层厂房钢结构设计计算书

目录1、 设计资料21.1结构形式21.2屋架尺寸和选材21.3荷载标准值22、 屋架形式和尺寸22.1计算跨度：22.2屋架中部高度22.3几何尺寸22.4支撑的布置33、 荷载组合计算33.1按永久荷载效应控制的组合33.2按可变荷载效应控制的组合44、 内力计算45、 杆件截面计算55.1上弦杆55.2下弦杆75.3斜腹杆76、 节点设计116.1下弦杆g节点116.2上弦杆b节点126.3屋脊e节点146.4支座f节点157、 参考资料.188、施工图绘制.1821、 设计资料1.1结构形式某机械厂单跨单层厂房，长度72米，柱距6米，跨度24米。屋架采用梯形钢屋架，其两端简支于钢筋混凝土柱上，柱采用混凝土强度等级。柱顶截面尺寸为。1.2屋架尺寸和选材屋架端部高度设计为2.0 m，屋面坡度为1/10，采用Q235-B钢，E43型焊条，手工焊。屋面采用大型屋面板。1.3荷载标准值（1） 恒荷载标准值：（2） 活荷载标准值：2、 屋架形式和尺寸2.1计算跨度：2.2屋架中部高度： 2.3几何尺寸如图1所示。图1 几何尺寸图2.4支撑的布置根据车间长度(72m60m)、屋架跨度和荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为24m18m，所以同样设下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆布置如下图2 上弦横向水平支撑图3 下弦横向及纵向水平支撑3、 荷载组合计算（仅考虑全跨作用永久荷载、可变荷载一种组合情况）计算时，竖向节点荷载取1.5 m6.0 m面积的荷载。3.1按永久荷载效应控制的组合永久荷载分项系数，可变荷载分项系数，组合值系数查土木工程荷载与设计方法（第2版）华南理工出版社 表4-1得。 3.2按可变荷载效应控制的组合永久荷载分项系数，可变荷载分项系数，只有一个活荷载，组合值系数。综上所述：按永久荷载效应控制的组合进行计算，取，计算内力。4、 内力计算 表一杆件符号杆长(m)轴力系数永久荷载和可变荷载（KN）轴力设计值（KN）上弦ab2.8640.00095.6340.000上弦bc3.016-6.75795.634-646.199上弦cd3.016-6.75795.634-646.199上弦de3.016-7.37795.634-705.492下弦fg5.8504.33595.634414.573下弦gh6.0007.57795.634724.619竖杆af2.015-0.50095.634-47.817竖杆cg2.600-1.00095.634-95.634竖杆eh3.2000.46595.63444.470斜杆fb3.660-5.57095.634-532.681斜杆bg3.7803.00895.634287.667斜杆gd4.180-1.19395.634-114.091斜杆dh4.180-0.33395.634-31.846图如图4所示。5、 杆件截面计算 表2 Q235钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表梯形、人字形屋架腹杆最大内力或三角形屋架弦杆端节间内力（kN）171-290291-510511-680681-910中间节点板厚度（mm)6-88101214支座节点板厚度（mm)1010121416 由腹杆最大内力为532.618kN，根据上表选用中间节点板厚度为t=12mm，支座节点板厚度t=14mm。5.1上弦杆 整个上弦杆采用等截面，按最大内力计算： （取两块屋面板宽度）。选用216012，截面的几何特性如下：，验算强度： 验算弯矩作用平面内的稳定： 查教材钢结构附表4.2（b类截面）， 满足要求。 满足要求。验算弯矩作用平面外的稳定：查教材钢结构附表4.2（b类截面），；弯矩和横向荷载作用下，构件产生同向曲率，故取，另取 满足要求。局部稳定验算： 满足要求。综上，216012满足要求。在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块填板。所以，填板每节间2块，5.2下弦杆下弦也不改变截面，按最大内力计算。，选用212512， 满足要求。填板每节间1块，5.3斜腹杆gd杆N=-114.091kN计算长度： 屋架平面内长度: 屋架平面外长度:。初选 2906，A=210.64=21.28cm2，=2.79cm ，=4.12cm。按所选角钢进行验算由于则：查教材钢结构附表4.2（b类截面），求出 所选截面合适。填板每节间3块,fb杆N=-532.681kN计算长度： 屋架平面内长度: 屋架平面外长度:。选用211010，按所选角钢进行验算由于则：查教材钢结构附表4.2（b类截面），求出 所选截面合适。填板每节间2块， bg杆 轴力为N=287.667kN计算长度：屋架平面内长度: 屋架平面外长度:初选2908，。 满足要求。填板每节间2块，cg杆轴力为：N=-95.634KN计算长度：屋架平面内长度: 屋架平面外长度:初选2708，。由于则：所以用，查教材钢结构附表4.2（b类截面），求出 所选截面合适。填板每节间放2块填板，其余杆件截面选择见表3表3 屋架杆件截面选用表杆件符号内力计算长度截面面积回转半径长细比计算应力填板数上弦ab0.00 286.4300.021601274.884.957.0360.9342.67 0.002上弦bc-646.199 301.6300.021601274.884.957.0360.9342.67 135.4302上弦cd-646.199 301.6300.021601274.884.957.0360.9342.67 135.4302上弦de-705.492 301.6300.021601274.884.957.0360.9342.67 143.3492下弦fg414.573 585.0600.021251257.823.835.63152.74106.5771.7011下弦gh724.619600.0600.021251257.823.835.63156.66106.57125.421竖杆af-47.817201.5201.5270816.742.133.3894.6059.6148.3822竖杆cg-95.634208.0260.0270816.742.133.3897.6576.9280.8052竖杆eh44.470 288.0288.0270816.742.133.30135.2187.27 72.9411斜杆fb-532.618 366.0366.021101042.523.385.00108.2873.20176.9672斜杆bg287.667 324.0378.0290827.882.764.17109.5790.65 103.1802斜杆gd-114.091 334.4418.0290621.282.794.12119.86101.46106.5673斜杆dh-31.846334.4418.0290621.282.794.12119.86101.4629.74636、 节点设计已知采用用E43型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。6.1下弦杆g节点（图4）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。设bg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内力分配系数计算）： 肢背：肢尖： gd杆杆端焊缝同理计算，其中cg杆内力较小，焊缝尺寸可按构造确定，取。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565mm285mm。下弦与节点板连接的焊缝计算长度为，。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处的焊缝应力为： ，焊缝强度满足要求。图46.2上弦杆b节点（图5）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。设fb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内力分配系数计算）： 肢背：肢尖：设bg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内力分配系数计算）： 肢背：肢尖：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。用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。塞焊缝作为两条角焊缝计算。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P=95.634kN与上弦垂直。上弦肢背塞焊缝内的应力由下面计算得到：肢尖焊缝承担弦杆内力差，偏心距e=16-4.5=11.50m，偏心力矩，采用，则对N:对M：则焊缝强度为：图56.3屋脊e节点（图6）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。设eh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内力分配系数计算）： 肢背：肢尖： 弦杆一般都采用同号角钢(2L16012)进行拼接，为了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），并按上弦坡度热弯。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。设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝，则焊缝在接头一侧的总长度为每条焊缝实际长度为：拼接角钢的总长度图66.4支座f节点（图7）(1)fb杆的肢背和肢尖焊缝尺寸在计算上弦杆b节点时已计算，取肢背焊缝长度215mm，肢尖焊缝长度120mm。设fg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内力分配系数计算）： 肢背： 肢尖： af杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取。(2) 支座底板的计算：支座反力：采用对C30的钢筋混凝土柱，,锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，所需底板净面积：则所需底板毛面积为：设支座底板的平面尺寸采用，垫板用10010020mm，孔径26mm。实际底板净面积底板实际应力： 底板下的平均应力： 两边支承之间的对角线长度 两边支承的相交点到对角线的垂直距离 支座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为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为：则单位宽度的最大弯矩为： 底板厚度：所以底板尺寸为。加劲肋与节点板的连接焊缝计算一个加肋的连焊缝风所承受的内力取为加劲肋高度、厚度取与中间节点板相同(40014012mm