钢结构设计原理课程设计计算书

1、钢结构设计原理课程设计计算书指导教师：学生姓名：班 级：学 号：设计时间：2桁架设计1设计资料某厂房总长度108m跨度可根据自己的情况从21m和24m两种情况中选用（同等情况 下，前者的评分将较后者低5分），纵向柱距6m厂房建筑采用封闭结合；1 .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i=L/10 ; L为屋架跨度。地区计算温度高于-2（°C,无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦 标高为18m；厂房内桥式吊车为2台50/10t （中级工作制），锻锤为2台5t。2 .屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载 P=1.0作用下杆件的

2、内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为： 学号为单号的同学用 Q235B钢，焊条为 E43型；双号的同学用Q345A钢，焊条为E50型。3 .屋盖结构及荷载无楝体系：采用1.5 x 6.0m预应力混凝土屋板（保证三点焊接，考虑屋面板能起到系 杆的作用）荷 载：屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L, L为屋架跨度，以m为 单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.7kN/m2,雪荷载的基本雪压标准 值为S0=0.35KN/m 2,施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载0.5kN/m2。屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油

3、（上铺绿豆砂）防水层0.40kKN/m2水泥砂浆找平层0.50kN/m2保温层0.80kN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.40kN/m2word文档可自由复制编辑预应力混凝土屋面板2.结构形式与布置1.50kN/m285018O51088 O510851if15150,13501500X 8=12000图2a . 2部跨屋架几何尺寸桁架支撑布置如图? QID&lCC3CC3LG1尸FI ClT£1TGIIG1TCI慧第TCII£1ScTGI索T1I-*产 K-ir.l.EcX-lJTGI皿彭皿TRITRIfeeJJ LL 学RnnQ希架及桁盟

4、上挖支撑布置3.荷载计算屋面坡度i=1/10沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以标准永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找平层保温层一毡二油隔气层1/cos a =1.0050.40*1.005=0.402 kKN/m220.50*1.005=0.503kN/m0.80*1.005=0.804kN/m0.05*1.005=0.503KN/m2水泥砂浆找平层预应力混凝土屋面板屋架及支撑自重：施工活荷载积灰荷载0.40*1.005=0.402kN/m1.50*1.005=1.508kN/mq=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m共 4.506 kN/m20.

5、7 kN/m20.5 kN/m2三种荷载组合全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点荷载设计值（按永久荷载为主控制的组合）F= （1.35X 4.506+1.4X 0.7X 0.7+1.4X 0.9 X 0.5） X 6 X 1.5=66.592kN全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：Fi.i=4.506X 1.35X6X1.5=54.748kN （按永久荷载为主控制的组合）Fi.2=4.506X 1.2X6X 1.5=48.667kN （按可变荷载为主控制的组合）对结构有禾1J 时：Fi.3=4.506X 1.0X6X 1.5=40.554kN半跨节点可变荷载设计值F2

6、.1= （0.7X 0.7+0.9X 0.5） X 1.4X6X 1.5=11.844kN （按永久荷载为主控制的组合）F2.2= （0.7+0.9X0.5） X 1.4X 6X 1.5=14.490kN （按可变荷载为主控制的组合）全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主控制的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F3.1=0.384X 1.2X 6X 1.5=4.147kN对结构有利时：F3.2=0.384X 1.0X 6X 1.5=3.456kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4= (1.2X 1.508+1.4X 0.7) X 6X 1.5=25.10

7、6kN为使用阶段荷载情况，为施工阶段荷载情况。1 .01 .01.01.01.01.01.01.00.5GF5+ 4.73+ 11.53+ 14.65+ 15.17+ 15.17A *B1c2TH-14.71D D TE,5I-14.71acegI图2b . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值1.00.51.0550.00'+ 3.48+ 8.0/ +9.34 W +8.44BB'+ 3.53 7 +1.25ge'c'I icegA'a'图2c. 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值图2 24m跨屋架4.内力计算桁架杆件内力组合

8、表杆件名称内力系数（F=1）第一种组合FX第二种组合第三种组合计算杆件内力/kN全跨左半跨右半跨F1.iX + F2,iXF1.iX + F2,iXF3.iX + F4XF3.iX + F4X上弦AB000000000BC、CD-8.72-6.25-2.47-580.682-580.682DE、EF-13.53-9.04-4.49-900.990-900.990FG、GH-15.26-9.17-6.09-1016.19-1016.19HI-14.71-7.38-7.38-979.568-979.568下弦ac+4.73+3.48+1.25314.980314.980ce+11.53+8.0+3

9、.53767.806767.806eg+ 14.65+9.34+5.31975.573975.573gi+ 15.17+8.44+6.731010.2011010.201斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-590.671-590.671Bc+6.88+4.76+2.12+458.153+458.153cD-5.44-3.14-2.03-362.26-362.26De+3.70+1.90+1.80+246.390+246.390eF-2.46、+0.71-1.75-163.816-163.816Fg+1.11-0.45+1.56+73.91755.44(F1.1,F2.1)79.25(F1

10、.1,F2.1)-6.39(F3.1,F4)44.07(F3.1,F4)+79.25,-6.39gH+0.02+1.55-1.531.33223.27(F1.3, F2.2)-17.03(F1.1,F2.1)38.98(F3.2,F4)-38.32(F3.1,F4)-38.32,38.98Hi-1.08-2.471.39-71.919-88.38(F1，1 ,F2- 1)-42.66(F1，1 ,F 2, 1)-66.78(F3,1 ,F4)31.16(F3,2 ,F 4)-88.3831.16竖杆Aa-0.5-0.50-33.296-33.30Cc、Ee、Gg-1.0-1.00-66.592

11、-66.59Ii0+0.97000注：F=66.592kN,F*54.748kN,F1.2=48.667 kN,F1.3=40.554kN;E.1=11.844kN,F2.2=14.490kN;F3.1=4.147kN,F3.2=3.456kN,F4=25.106kN。5杆件设计(1)上弦杆整个上弦采用等截面，按 FG、GH杆件的最大设计内力设计。N=-1016.19kN=-1016190N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度,lox=150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况,取 10y=3 X lox=3X 150.8=452.4cm由于10y=31ox,故截面宜选择两

12、个不等支角钢，短肢相并，如下图:35X80X12腹杆最大内力N=590.671kN ,查表9.6.4,节点板厚度选用12mm,支座节点板厚度选用14mm。设入=60,查附录4得中=0.807 2需要截面积：A=N/(邛尸 1016190/ (0.807X 310) =4062.0mm2需要的回转半径：ix=lox/入=150.8/60=2.51cmiy=loy/入=452.4/60=7.54cm根据需要的A, ix, iy查角钢规格表(附录8),选用2J125X80X 12,A=46.70cm2, ix=3.95cm,y=6.23cm,bi/t=125/12=10.42按所选角车冈进行验算：入

13、 x = lox/ ix=150.8/3.95=38.18因为b1/t=10.42<0.56 Oy/ b1=0.56x 4524/125=20.27故有Xyz=X y= loy/iy=452.46.23=72.62<U =150截面在x和y平面皆属b类，由于入yz >入x只需求呼y ,查表得呼y =0.738N/(yA尸 1016190/ (0.738X4670) =294.85N/mm2<310 N/mm2所选截面合适.(2)下弦杆整个下弦采用同一截面，按 gi杆件的最大设计值设计。N=1010.201kN =1010201N , lox=300cm , loy=11

14、85cm所需截面积_ _2 _2An=N/f=1010201/310=3258.7mm=32.59 cm2选用2L125X80X 12,由于loy >> lox，故用不等支角钢，短肢相并，如图A=46.70cm2 > 32.59cmix=3.95cm , iy=6.23cm,入 oy = loy/ iy=11856.23=190.20<入=350考虑下弦有2 4 21.5mm栓孔削弱，下弦净截面面积2An=4670-2X 21.5X 12=4154mm2(T =N/An=1010201/4154=243.19 N/mn2 <310 N/mnf(3)端斜杆aB杆件轴

15、力：N=-590.671kN =-590671kN计算长度：lox = loy =253.5cm,由于lox = loy ,故采用不等肢角钢，长肢相并，使 ix= iy。选用2J140X 90X10 ,如图所示:入 x = lox/ ix=253.5/4.47=56.71由于b/t=90/10=9<0.48 Oy / b =0.48X 2535/90=13.52故 X yz= x y 1+1.09X b 4/ (loy2t2) =75.32<入=150由于入yz > Xx，只求华y =0.718(r=N/(中yA尸 590671/ (0.718X4452.2) =184.78

16、 N/mm2 <310 N/mm2所需截面合适(4) Bc杆杆件轴力：N= 458.153KN=458153N杆件计算长度：lox =0.8*260.8cm=208.64cm 10y =260.8cm所需截面积： 2An=N/f=1477.91mm选用2J100X 7等边角钢 如图，入 x = lox/ ix=208.64/3.09=67.52入=350入 y = loy/ iy=260.8/4.53=57.57<入=350(T =N/A n= 458153/2759.2=166.05 N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。(5) cD 杆杆件轴力：N=-362.26

17、KN计算长度：lox =0.8*285.9=228.72cmloy=285.9cm选用2100X 7等边角钢如图，因为 b/t=100/7=14.29<0.58 Oy / b =0.58X 2859/100=16.58所以 入 y = loy/ iy=285.9/4.53=63.11入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =70.59<入=150x=0.751(T=N/(xA尸 362260/ (0.751X2759.2) =174.82N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。(6) De杆杆件轴力：N=246.390KN=246390N杆件计算长度

18、：lox =0.8*285.9cm=228.72cm loy =285.9cm所需截面积：An=N/f=749.81mm2选用2J63X 5等边角钢如图，入 x = lox/ ix=228.72/1.94=117.90<入=350入 y = loy/ iy=285.9/3.04=94.05< 入=350(T =N/A= 246390/1228.6=200.55 N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。(7) eF杆杆件轴力：N=-163.816KN计算长度：lox =0.8*312.9=250.32cm10y=312.9cm选用280X5等边角钢如图，入 x = lox

19、/ ix=250.32/2.48=100.94<入=150因为 b/t=80/5=16<0.58 Oy / b =0.58X 3129/80=22.69所以 入 y = loy/ iy=312.9/3.71=84.34入 yz='y 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =91.04<入=150：x=0.549(T=N/(xA尸 163816/ (0.549x 1582.4)=188.57N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。(8) Fg 杆最大拉力：N=79.25KNword文档可自由复制编辑最大压力：N=-6.39KN计算长度：lox =0.

20、8*311.9=249.52cm10y=311.9cm选用2J63X5等边角钢如图，入 x = lox/ ix=249.52/1.94=128.62<入=150因为 b/t=63/5=12.6<0.58 0y / b =0.58X 3119/63=28.71所以 入 y = loy/ iy=311.9/3.04=102.60X yz= x y 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =107.58<入=150x=0.394(t=n/(xA尸 6390/ (0.394x 1228.6 =13.20N/mm2 <310 N/mm2拉应力:(T=N/A= 79250/1

21、228.6=64.50 N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。(9) gH杆最大拉力：N=38.98KN最大压力：N=-38.32KN计算长度：lox =0.8*339.6=271.68cm10y=339.6cm选用2J63X5等边角钢如图，因为 b/t=63/5=12.6<0.58 Oy / b =0.58X 3396/63=31.26所以 入 y = loy/ iy=339.6/3.04=111.71入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) = 114.61，入=150：x=0.3456=N/(xA尸 38320/ (0.345X 1228.6) =9

22、0.41N/mm2 <310 N/mm2拉应力：(T =N/A= 38980/ 1228.6=31.73N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。(10) Hi 杆最大拉力：N=31.16KN最大压力：N=-88.38KN计算长度：lox =0.8*337=269.6cmloy=337cm选用2J63X5等边角钢如图，入 x = lox/ ix=269.6/1.94=138.97<入=150因为 b/t=63/5=12.6<0.58 Oy / b =0.58X 3370/63=31.03所以 入 y = loy/ iy=337/3.04=110.86入 yzKy 1

23、+0.475X b 4/ (loy2t2) = 113.78，入=150:x=0.349(T=N/(xA尸 88380/ (0.349X 1228.6) =201.12N/mm2 <310 N/mm2拉应力：(T =N/A= 31160/1228.6=25.36N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。word文档可自由复制编辑(11)竖杆Aa杆件轴力：N=-33.3KN计算长度：lox =0.8*199=159.2cmloy=199cm内力较小，按入=150选择，需要的回转半径为：ix=lox/入=159.2/150=1.06cm , iy=loy/入=199/150=1.3

24、3cm选用2匚63X 5等边角钢如图，_ _2A=12.286cm2入 x = lox/ ix=159.2/1.94=82.06< 入=150因为b/t=63/5=12.6<0.58 Oy / b =0.58X 1990/63=18.32所以 入 y = loy/ iy=199/3.04=65.46入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) = 70.41入=150由于入x 入yz,只需求中x ,甲x=0.675(T=N/(xA尸 33300/ (0.675X 1228.6 =40.l5N/mm2 310 N/mm2(12)竖杆 Cc,Ee,Gg：按Gg杆件的最大设

25、计内力设计。杆件轴力：N=-66.59KN计算长度：lox =0.8*289=231.2cmloy=289cm内力较小，按入=150选择，需要的回转半径为：ix=lox/入=231.2/150=1.54cm , iy=loy/入=199/150=1.93cm选用2J63X5等边角钢如图，入 x = lox/ ix=231.2/1.94=119.18入=150因为 b/t=63/5=12.60.58 Oy / b =0.58X 2890/63=26.61所以 入 y = loy/ iy=289/3.04=95.07入 yzKy 1+0.475X b 4/ (loy2t2) =98.48入=150

26、由于入x 入yz,只需求邛x ,3=0.417(T=N/(xA尸 66590/ (0.417X 1228.6 =l29.98N/mm2 310 N/mm2(13)竖杆 Ii :已知 N=0KN lox =3190cmloy=3190cm选用十字形截面2匚63 X 5等边角钢如图入 x = lox/ ix=319/1.94=164.43< 入=200入 y = 1“/ iy=319/3.04=104.93< 入=200 所选截面满足。表杆件截面选择表杆件计算内截回截回计算长度回转半径长细比容许长细稳定系数中应力b名称编号力/kN规格面积/2 cmloxloyixiy入x入y比入%(N

27、/ mm2)上弦FG、GH-1016.192L12546.70150.8452.43.956.2338.1872.621500.738294.85X 80X 12下弦gi1010.2012L125X 80X 1246.7030011853.956.2375.95190.20350243.19斜腹杆aB-590.6712L140X 90X 1044.522253.5253.54.473.7456.7175.321500.718184.78Bc458.1532L100X 727.592208.64260.83.094.5367.5257.57350166.05cD-362.262L100X 727

28、.592228.72285.903.094.5374.0263.111500.751174.82De246.3902L63 x512.286228.72285.901.943.04117.9094.05350200.55eF-163.8162L80 x515.824250.32312.902.483.71100.9484.341500.549188.57Fg+79.25,-6.392L63 x12.286249.52311.901.943.04128.62102.601500.39464.505gH-38.32,39.982L63 x512.286271.20339.601.943.04140

29、.04111.711500.34690.41Hi+31.16,-88.382L63 x512.286269.60337.001.943.04138.97110.861500.349201.12竖杆Aa-33.32L63 x512.286159.20199.001.943.0482.0665.461500.67540.15Cc-66.592L63 x512.286183.20229.001.943.0494.4375.331500.594129.98Ee-66.592L63 x512.286207.20259.001.943.04106.8085.201500.511129.98Gg-66.59

30、2L63 x512.286231.20289.001.943.04119.1895.071500.417129.98li02L63 x512.286319.00319.001.943.04164.43104.9320006.节点设计(1)下弦节点“ c”见图阻59各类杆件的内力由表查得。用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值_ w 2f f = 200N / mm。设“ Bc”杆的肢背和肢尖焊缝hf =8mrnf口 hf = 6mm则所需的焊缝长度为:肢背:0. 7N _0.7 4581532hef fw2 0. 7 8 200143. 17,力口 2hf 后取 16m肢尖:0.3N

31、 _0. 3 4581532hef fw2 0. 7 6 20081.81,加上 2hf 后取 10cm设“cD杆的肢背和肢尖焊缝hf = 8mmf口 hf = 6mm则所需的焊缝长度为:0. 7N0. 7 362260肢背：lw113.20mm 力口2hf 后取 13cm2hef fw2 0. 7 8 200肢尖:0. 3N0. 3 3622602 0. 7 6 20064. 69mm 力口上 2hf 后取 8cm"CC杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取hf = 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等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为300

32、mm 460mni下弦与节点板连接的焊缝长度为46cm, hf = 6mm所受的力为左右两下弦杆的内力差，N - 76780N - 31498N = 45 2 82N ,受力较大的肢背处焊缝应力为:0. 75 4528262 0.7 6460 - 12=109.87N/ mrn :二 200N/ mrn焊缝强度满足要求。(2)上弦节点“ B”见图Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点“ c”相同。二 10mmf口 hf = 8mmaB杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算，设aB杆的肢背和肢尖的焊缝hf则所需的焊缝长度为:肢背：l w0. 65N2f0.65 59067120?7_10200=137.

33、 12mm 加上 2 hf 后取 16cm肢尖:0. 35N二 2f0. 35 59067120778200=90. 29mm 加上 2 hf 后取 11cm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。计算时可略去上弦坡度的影响, 而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：11_一%, = 工下点板厚度 = x 12mm= 6mm h； = 10mm22上弦与节点板间焊缝长度为 505mm选择：505*290节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢

34、尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下:N1- N220.7hflw580682 - 02077_10485=85. 52N / mrn6M220. 7hflw6 580682 95220. 7104852=100. 51N/ mmi十M 2；f1. 2285.52)22100. 511.22=118. 75N/ mrn :二 200N/ mrri满足要求o(3)屋脊节点"I”(见图)00200弦杆一般都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。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头

35、一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝hf =10mm,则所需焊缝计算长度（一条焊缝）97956840. 710200=174. 92mm拼接角钢的长度取460mm 2174.92 = 349.85mm上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，验算略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝， 应按上弦内力的15%计算。设肢尖焊缝hf =10mm,节点板长度为40cm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为4017cm,焊缝应力为:0.1597956820.7101702: 61.74N/ mm0. 15 97956895 622 0. 7101702_2=- 207. 00N/ mn2(61.74 2 +2207.

36、 001.22 ,i 180.56N / mm2200N/ mrn因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的 上弦和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦与节点板的连接用工地焊缝。腹杆Hg与节点板的连接 焊缝的计算长度与以上几个节点相同。（4）支座节点“a” （见图）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 = 8F = 8 66,592 kN = 532, 736kN支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mm<

37、 350mm如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力,则承压面积为280X200mm=56000mm验算柱顶混凝土的抗压强度:R 532736An : 56000fc为混凝土强度设计值，对 cC30混凝土，% =14. 3N / mrmc=9. 35N / mm! ： fc = 14. 3N / mm2c底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为:M -a；式中，。为底板下的平均应力532736280200mm=9. 51N / mm2ai为两支承边之间的对角线长度:a13为系数,由b/a1查表8.4.1140而定,14、22214+ 1002)2mm= 162. 3mmbi为两支承边的相交点到对角线 a1的垂直距离。由相似三角形的关系，得:,133 93b1 = mm=