钢结构课程设计计算书-跨度为24m

1、0 / 46目目 录录1 1、设计资料、设计资料 .1 11.1 结构形式.11.2 屋架形式及选材.11.3 荷载标准值（水平投影面计）.12 2、支撑布置、支撑布置 .2 22.1 桁架形式及几何尺寸布置.22.2 桁架支撑布置如图.33 3、荷载计算、荷载计算 .4 44 4、内力计算、内力计算 .5 55 5、杆件设计、杆件设计 .8 85.1 上弦杆.85.2 下弦杆.95.3 端斜杆AB.95.4 腹杆.115.5 竖杆.165.6 其余各杆件的截面.166 6、节点设计、节点设计 .20206.1 下弦节点“C”.206.2 上弦节点“B” .216.3 屋脊节点“H”.226.

2、4 支座节点“A”.236.5 下弦中央节点“H”.23参考文献参考文献 .2727图纸图纸.27271 / 461 1、设计资料、设计资料1.11.1、结构形式、结构形式某厂房跨度为 24m，总长 90m，柱距 6m，采用梯形钢屋架、1.56.0m 预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面 400400，混凝土强度等级为 C25，屋面坡度为。地区计算温度高于-200C，无侵蚀10:1i性介质，地震设防烈度为 7 度，屋架下弦标高为 18m；厂房内桥式吊车为 2 台150/30t（中级工作制） ，锻锤为 2 台 5t。1.21.2、屋架形式及选材、屋架形式及选材屋架跨度为 2

3、4m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用 235 钢，焊条为 E43 型。1.31.3、荷载标准值（水平投影面计）、荷载标准值（水平投影面计） 永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 保温层 0.7 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.40 KN/m2屋架及支撑自重(按经验公式计算) 0.384 KN/m2Lq011. 012. 0 可变荷载：屋面活荷载标准值： 0.8 KN/m2雪荷载标准值： 0.5 KN/m2积灰荷

4、载标准值： 0.7 KN/m22 2、支撑布置、支撑布置2.12.1 桁架形式及几何尺寸布置桁架形式及几何尺寸布置如下图 2.1、2.2、2.3 所示 1 9 9 013502 2 9 02 5 9 02 8 9 03 1 9 02608285931193370253528593129339615091508150AacegIBCDFGHI15008=12000 1508 1508 1508150815081508起 拱 5 0 图 2.1 24 米跨屋架几何尺寸图 2.2 24 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值2.2 桁架支撑布置桁架支撑布置 桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出

5、，桁架支撑布置如图 1.1 所示。其中考虑到厂房内有桥式吊车 2 台 150/30t(中级工作制 )，锻锤为 2 台5t，布置下弦纵向水平支撑。 （见下图）桁架支撑布置图符号说明：SC 上上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆桁架及桁架上弦支撑布置桁架及桁架下弦支撑布置垂直支撑 1-1垂直支撑 2-23 3、荷载计算、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以换算为沿水平投影面分布的荷载。005. 110/110cos/12标准永久荷载值：三毡四油防水层：1.0050.4=0.402 kN

6、/m2 水泥砂浆找平层：1.0050.4=0.402 kN/m2保温层：1.0050.7=0.704 kN/m2一毡二油隔气层：1.0050.05=0.050 kN/m2水泥砂浆找平层：1.0050.3=0.302 kN/m2预应力混凝土大型屋面板：1.0051.40=1.407 kN/m2屋架及支撑自重： 0.12+0.01124=0.384 kN/m2共 3.833 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载标准值（大于雪荷载）：0.8 kN/m2积灰荷载标准值： 0.7 kN/m2共 1.5 kN/m2设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1、全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的

7、组合)全跨节点永久荷载设计值：F=（1.353.833+1.40.70.8+1.40.90.7）1.56=61.56 kN荷载组合（1）计算简图如图 4.1，F/2FFFFFFFFF/2FFFFFFFABCDEFGHIabcde表表 4.1 桁架杆件内内力组合表桁架杆件内内力组合表内力系数（F=1）内力组合左半跨荷载第二种组合第三种组合杆件名称全跨左半跨右半跨第一种组合 FF1.i+F2.iF1.i+F2.iF3.i+F4F3.i+F4计算杆件内力/kNAB000000000BC,CD-8.72-6.25-2.47-536.80-536.80DE,EF-13.53-9.04-4.49-832.

8、91-832.91FG，GH-15.26-9.17-6.09-939.41-939.41上弦杆 HI-14.71-7.38-7.38-905.55-905.55ac4.733.481.25269.02269.02ce11.538.03.53709.79709.79eg14.659.345.31901.85901.85下弦杆gi15.178.446.73933.87933.87aB-8.87-6.53-2.34-546.64-546.64Bc6.884.762.12423.53423.53cD-5.44-3.14-2.03-334.89-334.89De3.701.901.80227.77227

9、.77eF-2.460.71-1.75-151.44-151.44Fg1.11-0.451.5668.3368.33斜腹杆gH0.021.55-1.531.231.23Hi-1.08-2.471.39-66.48-66.48Aa-0.500-0.5000.000-30.78-30.78Cc-1.000-1.0000.000-61.56-61.56Ee-1.000-1.0000.000-61.56-61.56Gg-1.000-1.0000.000-61.56-61.56竖杆Ii000.9700005、杆件设计、杆件设计5.1 上弦杆上弦杆整个上弦架采用等截面，按 FG、GH 杆件之最大设计内力设

10、计。N= 939410 N （受压）上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：cmlox8 .150在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：cmcmloy4 .4528 .1503因为，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图 5.1）oxoyll3腹杆 aB 最大内力=546.04kN，查表 9.6.4，中间节点版厚度选用 12mm，支N座节点板厚度用 14mm。设 =60 查附录 4 得。807. 0需要截面积： 225414/215807. 0939410mmmmNNfNA需要的回转半径： 2.51c608cm.150mlioxxmcmlioyyc54. 7604 .452根据

11、需要的 A，ix，iy 查角钢规格表（附录 8） ，选用，121001602L，211.60cmA ，按所选角钢进行验cmix82. 2cmiy82. 711.1312/160/1cmcmtb算： 48.532.82cm8cm.150 xoxxil94.18c160/c541456. 0/56. 011.13/11mmbltboy15060yyz满足长细比的要求。 150截面在 x 和 y 平面内皆属 b 类，由于 ，只要求 ，查表得xyz y。807. 0y222y/215/66.1936011807. 0394109mmNmmNmmNAN所需截面合适5.2 下弦杆下弦杆整个下弦杆采用同一截

12、面，按 gi 杆最大设计值计算。NkNNeg93387087.339，根据桁架下弦支撑布置情况，得cmlox300cmloy1185所需截面积： 22243.434343/215338709cmmmmmNNfNAreq根据所需截面积查表选用，不等肢角钢，短肢相并（图 5.2） 。101001602L，2283.3063.50cmcmAcmix85. 2cmiy78. 735031.15278. 7/1185/cmcmilyoyoy考虑下弦杆有 221.5mm 的栓孔削弱，下弦净截面面积：2224633105 .2125063mmmmmmA222/215/57.2014633933870mmNm

13、mNmmNAN所需截面适合。5.3 端斜杆端斜杆 aB杆件轴力：受压）(54604004.546NkNN计算长度。因为，故采用不等边角钢，长肢相并，cmlloyox5 .253lloyox使。设 iiyx=80，查附录 4 得，668. 02289.3801/215668. 0546040mmmmNNfNA需要的回转半径：mliixyxc16. 380253根据需要的，查角钢规格表，选用 2L1409010，（图 5.3）Aixiy ，。2522.44cmA cmix47. 4cmiy74. 3910902tb71.5647. 45 .253cmcmilxoxx52.1390253548. 0

14、48. 0922mmmmtblboy 15032.75)09. 11 (4 .37253509. 11222244224210253590cmcmcmtlbmmmmoyyyz又718. 0,yxyz只求图5.3 aB杆截面图222/215/81.1702 .4452718. 0546040mmNmmNmmNANy所选截面合适。5.4 腹杆腹杆5.4.1 Bc 杆杆杆件轴力： NkNN42353053.423所需截面积： 222c70.1991.1969/215423530mmmmmNNfNAn杆件计算长度： ，cmcmlox64.2088 .2608 . 0cmloy8 .260选用 2L75

15、8 等边角钢（图 5.4.1） ，201.23cmA cmix28. 2cmiy57. 3 51.9128. 264.208xoxxil05.7357. 38 .260yoyyil满足长细比的要求。 350222/215/06.1842301423530mmNmmNmmNAN 满足要求。 5.4.2 cD 杆杆杆件轴力：受压）(33489089.334NkNN计算长度： cmcmlox72.2289 .2858 . 0cmloy9 .285设 =100 查附录 4 得555. 0所需的 2254.2806/215555. 0334890mmmmNNfNAn，cm29. 2100228.72ox

16、xlicm86. 2100285.9oyyli选用 2L7510（图 5.4.2） ，225.28cmA cmix26. 2cmiy61. 315020.1012.26228.72xoxxil图杆截面图图5.4.3 De杆截面图11.2275/285958. 0/58. 05 . 710/75/mmmmbltboy15065.80)102859/75475. 01 () 1 .36/2859()/475. 01 (2242204tlbyyyz由于，只求，查附录 4，得yzx20.101x547. 0 x222/215/52.2062825547. 0334890mmNmmNmmNANx所选截面

17、满足。5.4.35.4.3 DeDe 杆杆杆件轴力：NkNN22777077.227所需截面积：222c59.1039.1059/215227770mmmmmNNfNAn杆计算长度： cmcmlox72.2289 .2858 . 0cmloy9 .285选用 2L506 等边角钢， （图 5.4.3），238.11cmA cmix51. 1cmiy56. 247.15151. 172.228xoxxil68.11156. 29 .285yoyyil图5.4.2 Dc杆截面图满足长细比的要求。 350222/215/08.2001138227770mmNmmNmmNAN所选截面满足。5.4.45

18、.4.4 eF 杆杆（受压）NkNN514401-51.441-max计算长度：，cmcmlox32.2509 .3128 . 0cmloy9 .312设 =100 查附录 4 得555. 0所需的cm50. 2100250.32oxxlicm13. 3100312.9oyyli2214.1269/215555. 0151440mmmmNNfNAn选用 2L755 等边角钢（见图 5.4.4） ，282.14cmA cmix32. 2 cmiy50. 3，15090.1072.32250.32xoxxil20.24m75/m312958. 0/58. 0155/75/mmbltboy15089

19、.94)53129/75475. 01 ()0 .35/3129()/475. 01 (2242204tlbyyyz由于，只求，查附录 4，得，yzx9 .107x587. 0 x222/215/08.2741482587. 0151440mmNmmNmmNANx所选截面满足。5.4.55.4.5 FgFg 杆杆图杆截面图杆件轴力 N=68.33计算长度：cmcmlox52.2499 .3118 . 0cmloy9 .311内力较小，按选择，需要的回转半径为： 150，cm66. 1150249.52cmoxxlicm08. 2150311.9cmoyyli查型钢表，选截面和较上述计算的和略大

20、些。xiyixiyi选用 2L635（图 5.4.5），2286.12cmA cmix94. 1cmiy04. 315062.1281.94249.52xoxxil72.28m63/m311958. 0/58. 06 .125/63/mmbltboy15075.105)53119/63475. 01 ()4 .30/3119()/475. 01 (2242204tlbyyyz由于，只求，查附录 4，得yzx62.128x519. 0 x拉应力： 222/215/62.556 .122868330mmNmmNmmNAN所选截面满足。5.4.65.4.6 gHgH 杆杆杆件轴力 N=1.23计算长

21、度：cmcmlox2 .2716 .3398 . 0cmloy6 .339内力较小，按选择，需要的回转半径为： 150图杆截面图，cm80. 1150271.2cmoxxlicm26. 2150339.6cmoyyli查型钢表，选截面和较上述计算的和略大些。xiyixiyi选用 2L635（见图 5.4.6），2286.12cmA cmix94. 1cmiy04. 315080.1391.94271.2xoxxil 26.31m63/m339658. 0/58. 06 .125/63/mmbltboy15061.114)53396/63475. 01 ()4 .30/3396()/475. 0

22、1 (2242204tlbyyyz由于，只求，查附录 4，得yzx80.139x497. 0 x拉应力： 222/215/00. 16 .12281230mmNmmNmmNAN所选截面满足。5.4.75.4.7 HiHi 杆杆同理选用 2L635（见图 5.4.7），2286.12cmA cmix94. 1cmiy04. 315097.1381.94269.6xoxxil03.31m63/m337058. 0/58. 06 .125/63/mmbltboy15078.113)53370/63475. 01 ()4 .30/3370()/475. 01 (2242204tlbyyyz由于，只求，

23、查附录 4，得，yzx97.138x487. 0 x图5.4.7 Hi杆截面图222/215/10.1116 .1228487. 066480mmNmmNmmNANx所选截面满足。5.5.15.5.1 竖杆竖杆 Aa,Cc,Ee,Gg：Aa,Cc,Ee,Gg 都受压，各个竖杆采用同类截面，按 Gg 杆件的最大设计内力设计。受压）(6156056.61NkNN，cmcmlox2 .2310 .2898 . 0cmloy0 .289内力较小，按选择，需要的回转半径为： 150，cm54. 1150231.2cmoxxlicm93. 1150289.0cmoyyli查型钢表，选截面和较上述计算的xi

24、yi和略大些。xiyi选用 2L635（见图 5.5），2286.12cmA cmix94. 1cmiy04. 315018.1191.94231.2xoxxil61.26m63/m289058. 0/58. 06 .125/63/mmbltboy15047.98)52890/63475. 01 ()4 .30/2890()/475. 01 (2242204tlbyyyz由于，只求，查附录 4，得，yzx18.119x440. 0 x222/215/88.1136 .1228440. 061560mmNmmNmmNANx所选截面满足。5.5.25.5.2 竖杆竖杆 IiIi：（见图 5.5）按

25、 5.5.1 所选截面验算：KN0N222/215/06 .12280mmNmmNmmNAN 所选截面满足。表表 5.15.1 杆件截面选择表杆件截面选择表杆件计算长度/cm回转半径/cm长细比稳定系数名称编号计算内力/kN截面规格截面面积/cm2oxloylxiyix)(yzy容许长细比xy应力/(N/mm2)上弦FGGH-939.41 2L160X10012 60.11150.8301.62.827.5453.48601500.807193.66下弦gi933.87 2L160100X10 50.631185600.002.857.78105.26152.31350201.57aB-546

26、.64 2L140901044.522 253.5 253.5 3.16 3.16 56.71 75.32 150 0.718 170.81Bc423.532L75823.01208.64260.82.283.5791.5173.05350184.06cD-334.89 2L751028.25228.72285.902.263.61101.2080.651500.543 206.52De227.77 2L50611.38228.72285.901.512.56 151.47111.68350200.08eF-151.442L75514.82250.32312.902.323.50107.909

27、4.891500.587174.08Fg68.33 2L63512.286249.52311.901.943.04128.62105.751500.51955.62gH 1.23 2L63512.286271.2339.601.943.04139.80114.611500.2551.00斜腹杆Hi66.482L63512.286269.6337.01.943.04138.97113.781500.257111.10竖Aa30.78 2L63512.286159.20199.001.943.0488.0665.461500.48762.58杆 Cc-61.56 2L63512.286183.20

28、229.001.943.0494.4375.331500.440113.88Ee-61.56 2L63512.286207.20259.001.943.04106.8185.201500.396113.88Gg-61.56 2L63512.286231.2289.001.943.04119.1898.471500.336113.88Ii 02L63512.286255.203191.943.04131.55104.9335006 6、节点设计、节点设计6.16.1 下弦节点下弦节点“c”“c” （图（图 6.16.1）图6.1 c节点板布置图各类杆件的内力由表 4.1 查得。这类节点的设计步骤

29、是：先根据复杆的内力计算与复杆与节点版连接焊缝的尺寸，即和，然后根据的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后fhwlwl验算下弦杆与节点版的连接焊缝。用 E43 型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。设2f/160mmNfw“Bc”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的焊缝长度为：mmhf8mmhf6cm19244.165/16087 . 024235307 . 027 . 02后取，加肢背：fwfewhmmmmNmmNfhNl11cm254.94/16067 . 024235303 . 023 . 02后取，加上肢尖：fwfewhmmmmNmmNfhNl 设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝和，则所需的

30、焊缝长度mmhf7mmhf6为：cm1725 .149/16077 . 023348907 . 027 . 02后取，加肢背：fwfewhmmmmNmmNfhNl9cm246.61/20067 . 023441903 . 023 . 02后取，加上肢尖：fwfewhmmmmNmmNfhNl “Cc”杆内力很小，焊缝尺寸可按构造要求取mmhf56cm37.38/16057 . 02614007 . 027 . 02，取肢背：mmmmNmmNfhNlwfew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。mmmm360300下弦与节点板

31、连接的焊缝长度为 36cm,所受的力为左右两下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为：NNNN41860829117970978722fmm/N160mm/N40.10712mm360mm6mm7 . 02N41860875. 0焊缝强度满足要求。6.26.2 上弦节点上弦节点“B”(“B”(图图 6.2)6.2) 图 6.2 “B”节点板布置图Bc 杆（2L 756）与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背，肢尖cmlw19cmlw13 aB（2L1409010）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和，则所需的焊缝长度为：mmhf10mmhf8cm192

32、62.158/160107 . 0254664065. 0265. 02后取，加上肢背：hfwfewmmmmNmmNfhNlcm13277.106/16087 . 02564664035. 0235. 02后取，加上肢尖：hfwfewmmmmNmmNfhNl 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为：mm01h612mm2121f ，节点板厚度mmhf上弦与节点板间焊缝长度为 505m

33、m。同书上节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽肯定是安全，可不必验算。肢尖焊缝验算如下：2wf21mm/N06.79102505107 . 020536803Nlh7 . 02NN mmmmmmNf2222fMmm/N91.92485107 . 029553680667 . 026 mmmmmmNlhMwf 22222Mf2Nfmm/N160mm/N8 .10222. 191.9206.7922. 1满足要求。6.36.3 屋脊节点屋脊节点“I”“I” （图（图 6.36.3）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

34、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。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。设焊缝，则所需焊缝计算长度（一条焊缝）：mmhf10mmmmNmmNlw45.208/160107 . 049338702拼接角钢的长度取。mmmm90.41645.2082450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，节点板长mmhf10度为 40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，cmcmcmcmlw1721240焊缝应力为：2mm/N85.58170107 . 0293387015. 0mmmm

35、NNf22Mmm/N34.197170107 . 026mm9593387015. 0f 22222Mf2Nfmm/N160mm/56.56122. 134.19785.5822. 1图屋脊节点 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、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆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。6.46.4 支座节点支座节点“a”“a” （图（图 6.46.4）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

36、肋的高度与节点板的高度相等，厚度为 14mm。6.4.16.4.1 支座底板的计算支座底板的计算支座反力： NkNkNFR49248048.49256.6188 图6.4 支座节点板布置图67 120810190666666支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用 280mm350mm，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 280180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度：222/5 .12/77. 950400492480mmNfmmNmmNARcn式中，为混凝土强度设计值，对 C25 混凝土，cf2/5 .12mmNfc底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板

37、和加劲肋将底板分成四块，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：21aM式中，为底板下的平均应力：22/04.10180280506160mmNmmN为两支承边之间的对角线长度：1ammmma8 .15621490214140221 为系数，由 b1/a1查表 8.4.1 而定，b1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：，mmmmb4 .708 08 .1564 .7011ab查表 8.4.1 得050. 0mmmmNmmmmNaM/35.120108 .156/77. 9050. 022221底板厚度：mmmmmmNmmmmNfMt2030.18/215/35.12010662又根据构造要求，桁架跨度，取。mm1824mmt20mmt206.4.26.4.2 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。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的 1/4，即：NNR12312044924804则焊缝内力为：， NV123120mmNmmNM474012021390