钢结构计算书64064

1、湖南科技大学课程设计（论文）题目作者班级学号指导教师24米跨度人字形钢屋架设计贺炀建工一班1052010821王彦老师1.设计任务分配：屋架跨度24米，柱距6.9米，屋架采用人字形屋架人字型腹杆。2.提交设计（论文）材料：1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页2013年6月20日目录第一章设计资料 5第二章屋架尺寸支撑布置 5第三章荷载内力计算及内力组合 6第四章杆件截面选择 9第五章节点设计 14第六章屋架施工图 19第七章结论20参考文献20致 谢 错误！未定义书签。第一章设计资料1.1工程概况某单跨厂房，长度为120m，跨度30m，车间内设有一台200kN的中级工作制的吊 车，计

2、算温度高于-20 C 。1.2设计内容屋架的选型、尺寸的确定，钢材材质的选择；(2) 屋盖支撑体系的设计：上下弦杆水平支撑、垂直支撑及系杆的布置与截面选择;(3) 荷载与杆件内力的计算：节点荷载、杆件轴力计算；(4) 杆件截面的设计：定各杆件的形式、规格；(5) 节点设计：定节点板的形状尺寸、杆端焊缝计算与构造要求；(6) 施工图，绘制一个钢屋架的施工图。1.3结构形式根据课程设计任务选取屋架形式为：跨度30米，厂房总长度为120米，采用字形屋架。1.4设计条件(1) 屋面采用1.5 m x6m的预应力混凝土大型屋面板(重量 1500N/ni)，上铺100mn厚 泡沫砼保温屋(重量800N/m

3、)和三毡四油防水层(重量 300N/m)。(2) 钢屋架简支于钢筋砼柱上，上柱截面为400X400,砼强度等级为 C25,基本风压W=350N/m，屋面均布活载或雪载为500N/m，积灰荷载为500N/R1，无抗震要求。钢材为Q235-B,焊条为E43系列，手工焊。 屋架的坡度为1:10，腹杆采用人字形。 屋架和支撑自重估计公式：Gw =117 11L(N/m2)，其中L为跨度(m )。第二章屋架尺寸支撑布置屋架计算跨度3.2 Lg二L-300 = 23700mm，端部及中部高度均取作2000mm。屋架杆件几何长度见图，支撑布置见图。屋架支断置困第三章荷载内力计算及内力组合3.1荷载计算预应力

4、钢筋混凝土大型屋面板（包括灌缝）泡沫混凝土保温层（100mm厚）三毡四油防水层屋架和支撑自重1. 5N /m0. 8N /m0. 3N /m117 11 24 = 381N/m2 =0.381kN/m222.981kN /m20. 5N /m0.2kN /m2恒荷载总和活荷载(或雪荷载) 积灰荷载可变荷载总和0.7 kN / m2屋面坡度不大，对荷载影响小，可不予考虑；风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不予 考虑。永久荷载设计值：1.2 X 2.98仁3.577kN/m2可变荷载设计值：1.4 X 0.7=0.98kN/m3.2荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：(1) 全跨永久荷载+全跨可

5、变荷载屋架上弦节点荷载：P= (3.577+0.98 )X 1.5 X 6.9=47.16kN(2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P1=3.577 X 1.5 X 6.9=37.02kN P 2=0.98 X 1.5 X 6.9=10.14kN(3) 全跨屋架与支撑+半跨屋面板+ 半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P3=1.2 X 0.381 X 1.5 X 6.9=4.73kN作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载P4= (1.2 X 1.5+1.4 X 0.7 ) X 1.5 X 6.9=28.77kN以上1)，2)为使用阶段荷载组合;3

6、 )为施工阶段荷载组合。3.2内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作 用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载 作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所 有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中 不利内力(正、负最大值)作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。内力计算表表1杆件 名称杆内力系数全跨永久 荷载+全跨 可变荷载P=47.16kNN=PX 全跨永久荷载+半跨 可变荷载P1=37.02kNP2=10.14kNN左=P1X+P

7、2XN右=P1X+P2X全跨屋架支撑+半跨 屋面板+半跨可变荷 载P3=4.73kNP4=28.77kNN左=P3X+P4X N右=P3X+P4X计算内力KNP=1在左 半跨在右 半跨全跨上 弦 杆10-11000000011-13-7.15-2.83-9.99-471.13-443.33-398.53-252.96-128.67-471.1313-15-11.71-5.81-17.52-826.24-769.08-707.50-419.77-250.02-826.2415-17-13.25-8.80-22.05-1039.88-952.85-905.52-485.50-357.47-1039

8、.8817-18-11.78-11.78-23.55-1110.62-993.63-991.27-450.30-450.30-1110.62下 弦 杆1-23.751.345.09240.04226.97202.02131.9662.63240.042-39.814.3214.13666.37623.98566.90349.07191.12666.373-412.867.3020.16950.75878.74820.34465.34305.38950.754-510.2912.8923.181093.17964.78988.83405.68480.491093.17斜 腹 杆1-11-6.97

9、-2.50-9.47-446.61-422.20-375.93-245.32-116.72-446.6111-25.392.367.74365.02341.96310.47191.68104.51365.022-13-4.62-2.59-7.21-340.02-314.48-293.18-167.02-108.62-340.0213-33.002.365.36252.78229.38222.36111.6693.25252.783-15-2.00-2.59-4.59-216.46-190.66-196.18-79.25-96.23-216.4615-4-0.622.362.98140.5410

10、4.33134.25-3.7481.99140.54-3.744-170.63-2.59-1.97-92.91-66.74-99.198.81-83.838.81 -99.1917-5-1.762.36-0.60-28.30-40.191.72-53.4765.0665.06 -53.47竖 杆1-10-0.500-0.50-23.58-23.63-18.51-16.75-2.365-23.632-12-1.000-1.00-47.16-47.26-37.02-33.5-4.73-47.263-14-1.000-1.00-47.16-47.26-37.02-33.5-4.73-47.264-1

11、6-1.000-1.00-47.16-47.26-37.02-33.5-4.73-47.265-181.841.843.69174.02155.63155.2670.3970.39174.02第四章杆件截面选择按腹杆最大内力-446.61kN，查表选用中间节点板厚度为t=10mm，支座节点板厚 度为 t =12mm。4.1上弦杆整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。Nmax 二-1110.62kNl°x = 150.7cm l°y = 301.4cm假定，=60，则查表得=0.807 （b类）所需截面面积Af所需回转半径lxlox1110.62 1030.807 2152=

12、6401mm空 2.51cm601 oy业=5.02cm60根据需要的A、ix、iy查角钢规格表，选用2匚180 110 12 （短肢相并）150.7= 48.6 ： =150xlx_ loxloylybi3.1301 =34.4 ： =1508.75= 6.1 ：型1.8b.11型型5.91140.475b、y（1 2 厂）l 0yt由'max= 48.6，按b类查表得=0.883111062 103 286.6N/mm2f 215N/mm：0.883 67.4 10填板每个节间放一块，la =75.35cm：40i =40 5.7231.2cm 4.2下弦杆下弦杆也不改变截面，按最

13、大内力计算。N =1093.17 kNlox = 301.5cm loy = 1200 cm所需截面面积215NJ093.17 10l5084.5 N/mm2 f选用2 L 180 110 10 （短肢相并）2L180x110x10y2A =56.8cm ix =3.13cm iy 二8.71cmlox 301.5 =96.3 : =3503.1312008.71= 137.8 ： =350_ NA 56.8 102填板每个节间放一块，1093.17 10 =192.5 N/mm2 ： f =215N/mm150.75cm ： 80i =80 5.8仁 464.8cm4.3端斜杆杆件11-1：

14、lo x选用 2匚 100 X 12xI2A 二 45.6cmix = 3.03cmiy = 4.64cmlox262.23.03 =86.5 吋150b100.58loy8.3-t1.2b10yzy（1啤冥）2 2loyt0.475 104= 56.5 (122) =59.2 ： =150262.2 x1.22由'x查附表得0.645446.61 103二 0.645 45.6102 =151.8 N/mm : f =215N/mm，填板放两块,la =87.4cm ：40i =40 3.03 = 121.2cma4.4斜腹杆杆件 11-2:N =365.02 kNlox = 0.8

15、=0兀 82 3 8.2 cm1 9 loy = I = 2 3 8 cmT12选用 2 L 90 X 72A = 24.6cmix = 2.78cm iy = 4.14cmloxix190.62.78= 68.6 : =350loy238.2iy4.14-57.5 : J -350365.02 103A 24.6 102 = 148.4 N / mm ：:f =215N/mm2填板每个节间放一块，la =119.1cm ：80i =80 2.78 = 222.4cm4.5竖杆杆件 12-2： N - -47.26kN lox =0.8l = 160cm,loy = 200.0cm选用2 L

16、50 X 5iy = 2.53cml oxloyiy由-x =130.7,2A 二 9.6cmix 二 1.53cm160104.6 ： =1501.53200.0 =79.1 ： =1502.53查附表得,=0.52547.26 1030.525 9.6 102 =93.8N/mm : f =215N/mm，填板放二块,la = 66.7cm ： 80i = 40 1.53 = 122.4cm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(cm)所选截面截面积A(cmf)计算应力2 (N/mm )容许长 细比入填板数loxloy上弦杆17-18-1110.62150.7

17、301.42 L 180汇 110X267.4186.61501下弦杆4-51093.17301.51507.52 L 180x110>d056.8192.53501斜 腹 杆11-1-446.61262.2262.22 L100X 1245.6151.8150211-2365.020.8X 238.2= 190.6238.22 L90X 724.6148.435012-13-340.020.8X 262.2= 209.8262.22 L100X 1245.698.6150213-3252.780.8X 238.2= 190.6238.22 L90X 724.6102.835013-15

18、-216.46209.8262.22 L90X 724.6116.4150215-4140.540.8X 238.2= 190.6238.22 l75X 720.3269.235014-17-99.19209.8262.22 l75X 720.3279.6150217-565.060.8X 238.2= 190.6238.22 l50X 59.667.83501竖1-10-23.63200.0200.02 l50X 59.646.935022-12-47.260.8X 200.0= 160.0200.02 l50X 59.693.81502腹 杆3-14-47.260.8X 200.0= 16

19、0.0200.02 1N_ 2hf2 工 2 6 =106.5mm，取 110mm。 0.7hf2ff2 0.7 6 16050X 59.693.815024-16-47.260.8X 200.0= 160.0200.02 l50X 59.693.815025-18174.020.8X 200.0= 160.0200.02 l90X 724.670.71502第六章节点设计5.1下弦节点“ 2”(1) 腹杆与节点板间连接焊缝长度计算 11-2杆：肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸分别取 人门=8mm, hf2 =6mm,所需焊缝长度:肢背1 w1w20.7hf1ff2 汉 365.02 "03

20、2hf1 =32151.8mm2X0.7X8160，取 160mm；1 3肢尖1 w2一 N- 365.02 1013-2杆：肢背及肢尖焊缝的焊脚尺寸分别取hf1 =8mm, hf6mm，所需焊缝长度:肢背：Iw1ot1 Nw2 0.7hf1 f f2U-340.02 10332 8 = 142.5mm，取 150mm；2 0.7 8 160肢尖：Iw2w2 0.7hf2ff2hf1 340.02 1032=32 6 = 96.3mm，取 100mm。2 0.7 6 16012-2杆：由于内力较小，焊缝尺寸按构造要求确定，取hf = 5mm。(2) 确定节点板尺寸根据上面求得的焊缝长度，按构造

21、要求留出杆件间应有的间隙并考虑制作和装配误 差，按比例绘出节点大样，从而确定节点板尺寸为505mm 365mm。(3)下弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算下弦杆与节点板间连接焊缝长度为 505mm,取hf = 5mm，焊缝所受的力为左右两个弦杆的内力差验算：务ANf _2 0.7hflw N =666.37 -240.04 = 426.33KN ,对受力较大的肢背处焊缝进行强度30.7 426.33 102 r w271.8 N / mm2 ： ff =160N/mm2 2 0.7 6 (505 -10)5.2上弦节点“ 11”上弦节点图(1) 腹杆与节点板间连接焊缝长度计算11-1杆：肢背及肢

22、尖焊缝的焊脚尺寸分别取 hfi =8mm，hf2 =6mm，所需焊缝长度:-2汉446.61 汇 103w1肢背：4w 2hf1=32 8=182.2mm，取 190mm ；<0.7hf1ffw2 沃0.7 沃 8汇1601 3N- 446.61 103肢尖：I w2 - 2hf2=32 6 =122.8mm，取 130mm。2 0.7hf2f；2 0.7 6 160(2) 确定节点板尺寸为455mm 315mm(3) 上N12弦杆与节点板间连接焊缝的强度验算为了便于在上弦搁置大型屋面板，将节点板上边缘缩进肢背8mm，肢背采用塞焊缝,承受节点集中何载 P=47.26KN，取 hf =-6

23、mm，1期=lw2 = 455 -10 = 445mm。2347.26 10二 f2 汉 0.7h f 11 w1"2 0.7 6 445=12.4N/mm2 1.22 160 =195.2N/mm26M2"2x0.7hf2lw1则焊缝强度为:(；)2 ；（需）2 +96.82 =11仆/亦"=1环饰肢尖焊缝承担弦杆内力差N =471.13-0 =471.13KN，偏心距e = 125 一30 = 95mm , 偏心力矩 M -N e=471.13 0.095 =44.75KN M，取 hf2 =10mm，则3对厶N :471.13x102275.6N / mm

24、N / m m2 0.7hf2lw2 2 0.7 10 44566 44.75 1022 = 96.8N / mm2 0.7 10 4455.3屋脊节点“ 18”(1)拼接角钢长度的计算各腹杆杆端焊缝计算从略。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸，一般可不计算。这里只进行拼接计算，拼接角钢采用与上弦杆相同截面2 l 180X 110 X 12，除脚背处割棱外，竖直肢需切去丄=t hf 12 10 5 = 27mm，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(取hf =10mm)为：、Tw0.7hf f1110.62 1030.7 10 160二

25、 991.6mm共4条焊缝，则每条焊缝实际他要：lw2hf -9916 2 10 = 267.9mm44所需拼接角钢总长度为：l = 2lw 20 = 2 267.9 20二556mm，取拼接角钢长度600mm。 确定节点板尺寸为500mm 260mm(3)上弦杆与节点板连接焊缝强度验算上弦角钢肢背与节点板之间的槽焊缝承受节点荷载P焊缝强度验算同上弦节点“ 1T，计算过程略。上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝强度按上弦内力的15%验算。设hf = 10mm，节点板长度为500mm，节点一侧焊缝的长度为l500 -10 -10二230mm，则20.15N0.15 1110.62 1C3247.5 N

26、 / m m2 0.7hflw2 0.7 10 23036M 6 0.15 1110.62 10952 = 2 汇 0.7hflW2汉0.7汉10 汉 2502=108.5 N / m 吊对M :108.5 22（1.22）475= 115.3N/mm2 ： ffw =160N / mm2焊缝强度满足要求。5.4支座节点“ 10”各杆杆端焊缝计算从略。在节点中心线上设置加劲肋，其厚度为12mm(1)支座底板的计算支座反力：R=378.1kN，混凝土强度等级为C25, fc=11.9N/mm2所需底板净面积：An = R = 471.0 10 = 31773mm2 fc11.9锚杆直径取d =2

27、4mm，锚杆孔直径为50mm，则所需底板面积：3.14 汉 522A =317.7 2 4 5377.3cm24按构造要求取用底板面积为a b= 28 28二784cm2455.4cm2。垫板采用100 100 20,孔径d°=26m m。实际底板净面积为：An =7 8 4 245一. 1 45=7 214用44底板实际应力:378.1 103724.4 1022 2a1(14一；2)2(件1；)2=18.9cm= 5.2N/mm : fc=11.9N/mm13 4直二四 =0.5，查表得-0.056，贝a118.9Mqa； =0.056 5.2 18.92 = 10402 N m

28、m所需底板厚度:6 10402205=17.5mm用t二20mm，底板尺寸为280 280 20(2)加劲肋与节点连接焊缝计算加劲肋厚度取与中间节点板相同，采用12mm，加劲肋尺寸为310 140 12，加劲肋下端争角宽度和切角高度均取为15mm，焊脚尺寸取为8mm一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为:r 378 1i12厂丁二94,偏心距(MO 巧)= 67mmM 二V e =94.5 0.067 =6.33kN m验算焊缝强度:二 30.2N /mm2f94.5 "032 0.7 8 (310-15-2 8)=43.6N / mm26 汉 6.33S062 0.7 8 (310-

29、15- 2 8)2(3) 节点板、加劲肋与底板连接焊缝计算采用hf =8mm，实际焊缝总长度：、lw =2 2 80 2 (2 8-0 1-4 2 1-5) 1 2mm焊缝强度验算：r378 1 x 103-f72.1 N/mm2 ： ： f = 1.22 160 = 195.2N / mm20.7hf'Tw 0.7 8 936满足要求。第六章屋架施工图人字形钢屋架施工图如图所示第七章结论通过此次设计，我知道如何去选取钢屋架各种钢材， 知道了如何使用PKPM ,知道了 如何使用结果内力求解器，知道了如何去选择不同截面去选择不等边角钢和等边角钢， 知道了如何去布置屋架几何尺寸，知道了不如何去完成一份完整的设计，要保持足够的 耐心，细心去完成每一份设计。参考文献1 沈祖炎主编钢结构设计中国建工出版社， 20032 戴国欣主编钢结构(第三版)武汉理工大学出版社，2007.123 GB50017-2003.钢结构设计规范中国建工出版社，20034何斌陈锦昌陈炽坤主编建筑制图M北京，高等教育出版社，2005,4.GB 50009-2001.建筑结构荷载规范S.北京，中国建筑工业出版社，2001办公室卫生管理制度一、主要内容与适用范围1 本制度规