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钢结构课程设计计算书 学 院 ：土木与建筑工程学院 专 业 ：土木工程 班 级 ：土木应用11-6班 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 目 录1设计资料32屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置33.荷载和内力计算3（1）荷载计算3（2）荷载组合3（3）内力计算64.截面选择计算7（1）上弦杆7（2）下弦杆8（3）斜腹杆8（4）竖杆105.节点设计计算12（1）上弦节点B12（2）下弦节点c12（3）屋脊节点I13（4）端部支座节点a13钢结构设计计算书1、设计资料 某厂房总长90，跨度24m，纵向中距6m。结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18；厂房内桥式吊车为2台150/30 t（中级工作制），锻锤为2台t 。2、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置学号为单号本设计采用无檩体系考虑，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度L0=L-300=23700mm。端部高度取H0=1990mm，中部高度H=3190mm，屋架杆件几何长度见施工图（跨中起拱按L/500考虑）。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号用Q235钢，焊条采用E43型，手工焊。根据厂房长度(90m60m)、屋架跨度(24m)和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑3道,垂直支撑和系杆，见附图1。3、 荷载和内力计算 （1）、荷载计算 三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.40 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.40 kN/m2 保温层 0.55 kN/m2 一毡二油隔气层 0.05 kN/m2 水泥砂浆找平层 0.30 kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45 kN/m2 屋架和支撑自重 0.12+0.1L=0.12+0.01*24=0.36 kN/ 恒荷载总和 3.51 kN/ 活荷载（或雪荷载0.35 kN/m2） 0.70 kN/m2 积灰荷载 1.20 kN/ 可变荷载总和 1.90 kN/ 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。（2） 荷载组合 节点荷载设计值： 按可变荷载效应控制的组合： Fd=（1.2*3.51+1.4*0.7+1.4*0.9*1.2）*1.5*6=60.336kN其中,永久荷载，荷载分项系数q1=1.2；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数q1=1.4；组合系数1=0.7；积灰荷载，q2=1.4，2=0.9按永久荷载效应控制的组合： Fd=（1.35*3.51+1.4*0.7*0.7+1.4*0.9*1.2）*1.5*6=62.429kN其中,永久荷载，荷载分项系数G=1.35；屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数q1=1.4；组合系数1=0.7；积灰荷载，q2=1.4，2=0.9。故节点荷载取为62.429kN，支座反力为Rd =8 Fd=499.432kN。图1 24米跨屋架几何尺寸图2 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值图3 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值设计屋架时,应考虑以下三种组合:使用阶段组合一: 全跨永久荷载+全跨可变荷载； 全跨永久荷载：1.35*3.51*1.5*6.0=42.647kN 全跨可变荷载：(1.4*0.7*0.7+1.4*0.9*1.2）*1.5*6=19.782kN F1=62.429kN使用阶段组合二: 全跨永久荷载+半跨可变荷载； 全跨永久荷载：F2=42.647kN 全跨可变荷载：F3=19.782kN施工阶段组合三: 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面板活荷载 全跨屋架及支撑自重：F4=1.35*0.351*1.5*6=4.265kN 半跨大型屋面板重+半跨屋面板活荷载：F5= (1.35*1.45+1.4*0.7*0.7)*1.5*6=23.792kN（3）内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算,由图解法或数解法可解出P=1的屋架各杆件的内力系数（节点荷载P=1.0作用于全跨,左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况的内力进行组合，计算如下表数据所示：屋架构件内力组合表杆件名称内力系数（P=1）第一种组合第二种组合第三种组合计算杆件内力全跨（1）左半跨（2）右半跨（3）F1 *(1)F2 *(1)+ F3 *(2)F2 *(1)+ F3 *(3)F4 *(1)+ F5 *(2)F4 *(1)+ F5 *(3)AB0.00 0.00 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 上弦杆BC,CD-8.72 -6.25 -2.47 -544.381 -495.519 -420.743 -185.891 -95.957 -544.381 DE,EF-13.53 -9.04 -4.49 -844.664 -755.843 -665.835 -272.785 -164.532 -844.664 FG,GH-15.26 -9.17 -6.09 -952.667 -832.194 -771.266 -283.257 -209.977 -952.667 HI-14.71 -7.38 -7.38 -918.331 -773.329 -773.329 -238.323 -238.323 -918.331 下弦杆ac4.73 3.48 1.25 295.289 270.562 226.448 102.970 49.913 295.289 ce11.53 8.00 3.53 719.806 649.976 561.550 239.511 133.161 719.806 eg14.65 9.34 5.31 914.585 809.542 729.821 284.700 188.818 914.585 gi15.17 8.44 6.73 947.048 813.915 780.088 265.505 224.820 947.048 斜腹杆aB-8.87 -6.53 -2.34 -553.745 -507.455 -424.569 -193.192 -93.504 -553.745 Bc6.88 4.76 2.12 429.512 387.574 335.349 142.593 79.782 429.512 cD-5.44 -3.14 -2.03 -339.614 -294.115 -272.157 -97.908 -71.499 -339.614 De3.70 1.90 1.80 230.987 195.380 193.402 60.985 58.606 230.987 eF-2.46 0.71 -1.75 -153.575 -90.866 -139.530 6.400 -52.128 -153.575 Fg1.11 -0.45 1.56 69.296 38.436 78.198 -5.972 41.850 78.198 gH0.02 1.55 -1.53 1.249 31.515 -29.414 36.963 -36.316 36.963 Hi-1.08 -2.47 1.39 -67.423 -94.920 -18.562 -63.372 28.465 -94.920 竖杆Aa-0.50 -0.50 0.00 -31.215 -31.215 -21.324 -14.029 -2.133 -31.215 Cc,Ee,Gg-1.00 -1.00 0.00 -62.429 -62.429 -42.647 -28.057 -4.265 -62.429 Ii-1.00 0.97 0.00 -62.429 -23.458 -42.647 18.813 -4.265 -62.429 注:表内负值表示压力;正值表示拉力。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算起主要控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。全跨荷载作用下屋架杆件的内力图如下图所示:4、 截面选取腹杆端部用侧焊缝连接腹杆最大内力553.745kN，由屋架节点板厚参考P183表7.4 Q235钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表可知,选用中间节点板厚为t=12mm，支座节点板厚取t=14mm。（1） 上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算：Nmax=-952.667kN；l0X=150.8cm，l0y=300.0cm（l1 取两块屋面板宽度）。 由于2 l0Xl0y ，故截面宜选用两个不等肢角钢，如下图所示：选用2L140x90x14（短肢相并），肢背间距a=12mm,A=61cm，iX=2.51cm，iy=6.93cm x= l0x /iX =150.8/2.51=60.08 =150 y= l0y /iy =300/6.93=43.29 =150, 满足要求双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比yz b/t=14/1.4=100.56 l0y /b=0.56*300/14=12, 故按yzy=43.29x=60.08 故由max=x=60.08，按b类查附表4.2，得=0.807 =N/A=952.667*103/(0.807*61*102)=193.5N/mm2f=215N/mm2填板每个节间一块（满足l1 范围内不少于两块）la =1508/2=754mm 40i=40*25.1=1004mm 。（2） 下弦杆同理整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=947.048kN，l0X=300cm,l0y=1200cm,连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm（gi），可不考虑螺栓孔削弱。选2L140x90x12（短肢相并），A=52.8cm，iX=2.54cm，iy=6.89cm,见下图： x= l0x /iX =300/2.54=118.11 =350 y= l0y /iy =1200/6.89=174.17 =350, 满足要求 =N/A=947.048*103/52.8*102=179.37N/mm2f=215N/mm2填板每个节间一块，la =3000/2=1500mm 80i=80*25.4=2032mm 。（3） 斜腹杆 杆件aB：N=-553.745KN，l0X=253.5cm，l0y=253.5cm选取2L140x90x10(长肢相连)，A=44.6cm，iX=4.47cm，iy=3.73cmx= l0x /iX =253.5/4.47=56.7 =150 y= l0y /iy =253.5/3.73=68y故由yz按b类查附表4.2，得=0.716，则=N/A=553.745*103/(0.716*44.6*102)=173.4N/mm2f=215N/mm2填板放两块,la =2535/3=845mm 40i=40*37.3=1492mm 杆件Bc：N=429.512KN，l0X=0.8*260.8=208.6mm，l0y=260.8mm选取2L100x10，A=38.52c，iX=3.05cm，iy=4.6cm x=l0x/iX=208.6/3.05=68.39 =350 y=l0y/iy=260.8/4.6=56.70y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.761，则 =N/xA=429.512*103/(0.761*38.52*102)=146.5N/mm2f=215N/mm2填板每个节间一块，la=2086/2=1043mm 80i=80*30.5=2440mm 杆件cD：N=-339.614 KN，l0X=0.8*2859=2287mm，l0y=2859mm选取2L90x8，A=27.88cm，iX=2.76cm，iy=4.17cm x=l0x/iX=228.7/2.76=82.86 =150 y=l0y/iy=285.9/4.17=68.56y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.669，则 =N/xA=339.614 *103/(0.669*27.88*102)=182.08N/mm2f=215N/mm2 填板每个节间两块，la=2287/3=762mm 40i=40*27.6=1104mm 杆件De：N=230.987 KN，l0X=0.8*2859=2287mm，l0y=2859mm选取2L90x8，A=27.88cm，iX=2.76cm，iy=4.17cm x=l0x/iX=228.7/2.76=82.86 =350 y=l0y/iy=285.9/4.17=68.56y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.669，则 =N/xA=230.987 *103/(0.669*27.88*102)=123.84N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=2287/3=762mm 80i=80*27.6=2208mm 杆件eF：N=-153.575 KN，l0X=0.8*3129=2503mm，l0y=3129mm选取2L70x6，A=16.32cm，iX=2.15cm，iy=3.33cm x=l0x/iX=250.3/2.15=116.42 =150 y=l0y/iy=312.9/3.33=93.96y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.456，则 =N/A=153.575*103/(0.456*16.32*102)=206.36N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=2503/3=834mm 40i=40*21.5=860mm 杆件Fg：N=78.198 KN，l0X=0.8*3119=2495mm，l0y=3119mm选取2L70x6，A=16.32cm，iX=2.15cm，iy=3.33cm x=l0x/iX=249.5/2.15=116.05 =350 y=l0y/iy=311.9/3.33=93.66y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.458，则 =N/xA=78.198 *103/(0.458*16.32*102)=104.62N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=2495/3=831.67mm 80i=80*21.5=1720mm 杆件gH：N=36.963 KN，l0X=0.8*3396=2717mm，l0y=3396mm选取2L70x6，A=16.32cm，iX=2.15cm，iy=3.33cm x=l0x/iX=271.7/2.15=126.37 =350 y=l0y/iy=339.6/3.33=101.98y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.405，则 =N/xA=36.963*103/(0.405*16.32*102)=55.92N/mm2f=215N/mm2填板每个节间一块，la=2717/2=1359mm 80i=80*21.5=1720mm 杆件Hi：N=-94.920 KN，l0X=0.8*3370=2696mm，l0y=3370mm选取2L70x6，A=16.32cm，iX=2.15cm，iy=3.33cm x= l0x/iX=269.6/2.15=125.40 =150 y=l0y/iy=337.0/3.33=101.20y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.409，则 =N/xA=94.920*103/(0.409*16.32*102)=142.20N/mm2f=215N/mm2填板每个节间三块，la=2696/4=674mm 40i=40*21.5=860mm(4)竖杆 杆件Aa：N=-31.215 KN，l0X=1990mm，l0y=1990mm选取2L63x6，A=14.58cm，iX=1.93cm，iy=3.06cm x=l0x/iX=199/1.93=103.11 =150 y=l0y/iy=199/3.06=65.03y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.535，则 =N/xA=31.215*103/(0.535*14.58*102)=40.02N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=1990/3=663mm 40i=40*19.3=772mm 杆件Cc：N=-62.429 KN，l0X=0.8*2290=1832mm，l0y=2290mm选取2L63x6，A=14.58cm，iX=1.93cm，iy=3.06cm x=l0x/iX=183.2/1.93=94.92 =150 y=l0y/iy=229/3.06=74.83y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.588，则 =N/xA=62.429*103/(0.588*14.58*102)=72.82N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=1832/3=611mm 40i=40*19.3=772mm 杆件Ee：N=-62.429 KN，l0X=0.8*2590=2072mm，l0y=2590mm选取2L63x6，A=14.58cm，iX=1.93cm，iy=3.06cm x=l0x/iX=207.2/1.93=107.36 =150 y=l0y/iy=259/3.06=84.64y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.509，则 =N/xA=62.429 *103/(0.509*14.58*102)=84.12N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=2072/3=691mm 40i=40*19.3=772mm 杆件Gg：N=-62.429 KN，l0X=0.8*2890=2312mm，l0y=2890mm选取2L63x6，A=14.58cm，iX=1.93cm，iy=3.06cm x=l0x/iX=231.2/1.93=119.79 =150 y=l0y/iy=289/3.06=94.44y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.438，则 =N/xA=62.429*103/(0.438*14.58*102)=97.76N/mm2f=215N/mm2填板每个节间两块，la=2312/3=771mm 40i=40*19.3=772mm 杆件Ii：N=-62.429 KN，l0X=3190mm，l0y=3190mm选取2L70x6，A=16.32cm，iX=2.15cm，iy=3.33cmx=l0x/iX=319/2.15=148.37 =150 y=l0y/iy=319/3.33=95.80y ,故由x按b类查附表4.2，得x=0.314，则 =N/xA=62.429*103/(0.314*16.32*102)=121.83N/mm2f=215N/mm2填板每个节间三块，la =3190/4=798mm 40i=40*21.5=860mm 屋架杆件截面选用表杆件名称杆件号内力设计值N（KN）计算长度(mm)所用截面截面积A（2）计算应力(N/mm2)容许长细比杆件端部的角钢肢背与肢尖焊缝（mm）填板数l0Xl0y上弦杆FG-952.667150830002L140x90x1461.00193.5150-1下弦杆gi947.0483000120002L140x90x1252.800179.37350-1斜腹杆aB-553.745253525352L140x90x1044.60173.415010-190,6-1502Bc429.512 0.8*2608=208626082L100x1038.52146.53508-180,6-1201cD-339.614 0.8*2859=228728592L90x827.88182.081508-150,6-1002De230.987 0.8*2859=228728592L90x827.88123.843506-130，5-802eF-153.575 0.8*3129=250331292L70x616.32206.361506-90，5-802Fg78.198 0.8*3119=245931192L70x616.32104.623502gH36.963 0.8*3396=271733962L70x616.3255.923501Hi-94.920 0.8*3370=269633702L70x616.32142.21503竖杆Aa-31.215 199019902L63x614.5840.021502Cc-62.429 0.8*2290=183222902L63x614.5872.821502Ee-62.429 0.8*2590=207225902L63x614.5884.12150 2Gg-62.429 0.8*2890=231228902L63x614.5897.76150 2Ii-62.429 319031902L70*616.32121.831505-80，5-8035、节点设计计算用E43焊条进，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ffw=160 N/mm2，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）（1）、上弦节点B斜杆Ba与节点板连接焊缝计算N=-553.745KN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为h=10mm和h=6mm。所需焊缝长度为：肢背：lw=2*553.745*103/(3*2*0.7*10*160)+2*10=184.81mm 取lw=190mm肢尖：lw=1*553.745*103/(3*2*0.7*6*160)+2*6=149.34mm 取lw=150mm斜杆Bc与节点板连接焊缝计算N=429.512KN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：肢背：lw=2*429.512 *103/(3*2*0.7*8*160)+2*8=175.79mm 取lw=180mm肢尖：lw=1*429.512 *103/(3*2*0.7*6*160)+2*6=118.53mm 取lw=120mm上弦杆与节点板连接焊缝计算节点板缩进9mm,肢背采用塞焊缝，承受节点荷载Q=62.429kN,h=t/2=7mm,l=l=44-1.4=42.6cm =62.429*103/(2*0.7*7*426)=14.95/mm2 *ffw=1.22*160=195.2N/mm2 肢尖焊缝承担弦杆内力差N=544.381-0=544.381KN,e=14-25=11.5cm偏心力矩M=Ne=544.381*11.5=62.60kN*m ,初选hf2=10mm，则有：对V：f=N/(2*0.7hf2lw)= 544.381*103/(2*0.7*10*426)=91.28N/mm2对M：f=6M/(2*0.7hf2lw2)= 6*62.60*106/(2*0.7*10*4262)=155.12N/mm2(f/f)2+f21/2=(141.02/1.22)2+82.981/2=156.52N/mm2160N/mm2（2）、下弦节点c斜杆Bc与节点板连接焊缝计算N=429.512KN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为h=8mm和h=6mm。所需焊缝长度为：肢背：lw=2*429.512*103/(3*2*0.7*8*160)+2*8=175.79mm 取lw=180mm肢尖：lw=1*429.512*103/(3*2*0.7*6*160)+2*6=118.53mm 取lw=120mm斜杆Dc与节点的连接焊缝计算N=-339.614KN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为8mm和6mm。所需焊缝长度为：肢背：lw=2*339.614*103/(3*2*0.7*6*160)+2*6=142.34mm 取lw=150mm肢尖：lw=1*339.614*103/(3*2*0.7*5*160)+2*5=96.23mm 取lw=100mm竖杆Cc与节点的连接焊缝计算N=-58.711KN，内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取肢背与肢尖的焊脚尺寸为5mm。下弦杆与节点板连接焊缝计算验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差N=719.806-295.289=424.517KN。有斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度是42cm，角焊缝计算长度为lw=420-12=408mm，采用hf=6mm，肢背焊缝应力为：=2N/(3*2*0.7hflw)= 2*424.517*103/(3*2*0.7*6*408)=82.58N/mm2ffw=160N/mm2（3）、屋脊节点I腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆角钢拼接时，拼接角钢采用与上弦杆相同截面2L140*90*14，除倒棱外，竖肢需切去=（t+hf+5）mm=14+10+5=29mm,取=30mm，并按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝在接头一侧的总长度(hf=10mm)：lw=N/0.7hfffw=918.331*103/0.7*10*160=819.94mm共四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：lw=819.94/4 +20=22