钢结构课程设计计算书(最终版)

1、钢结构课程设计计算书设计资料：某车间跨度l=24m，长度84米，柱距6米。屋面坡度i=1/12。房屋内无吊车。不需抗震设防。采用1.5m6m预应力混凝土大型屋面板，100mm厚泡沫混凝土保护层和卷材屋面。当地雪荷载0.5kN/m2，屋面积灰荷载0.75kN/m2。屋架两端与混凝土铰接，混凝土强度等级C25。钢材选用Q235-B。焊条选用E43型，手工焊。屋架尺寸与布置：屋面材料为大型屋面板，故采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度l0=l200=23700mm。设端部高度H0=2000mm，中部高度H=3000，屋架高跨比H/L=3000/23700=1/7.9。屋架跨中拱起50mm，屋架几何尺寸如图

2、所示：1. 荷载计算与组合（1） 荷载标准值（屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算） 永久荷载高分子防水卷材上铺小石子 0.35kN/20mm厚水泥沙浆找平层 0.40kN/冷底子油、热沥青各一道 0.05kN/100mm厚泡沫混凝土保温层 0.60kN/预应力混凝土大型屋面板和灌封 1.40kN/屋架和支撑自重 0.12+0.011l=0.12+0.01124=0.38kN/吊顶 + 0.40kN/ 3.58kN/可变荷载屋面活荷载 0.50kN/屋面积灰荷载 + 0.75kN/ 1.25kN/（2）荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载

3、（端点荷载取半）：P=（3.581.2+1.251.4）1.56=54.41kN 全跨永久荷载+半跨可变荷载有可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：P=3.581.21.56=38.66kN无可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：P=1.251.21.56=15.75kN 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：取屋面可能出现的活荷载P=（1.41.2+0.51.4）1. 56=21.42kN以上，为使用阶段荷载组合，为施工阶段荷载组合。2. 内力计算经计算P=1作用于全跨、左半跨和右半跨，屋架杆件内力系数，然后求出以上三种荷载组合下的杆件内力，列于表1所示，选取最

4、大的杆件内力进行杆件设计。杆件内力计算表杆件 名称杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载P=54.41kN N=P全跨永久荷载+ 半跨可变荷载P1=38.66kN P2=15.75kN N左=P1P2 N右=P1P2全跨屋架支撑+ 半跨屋面板+ 半跨可变荷载 P3=4.1kN P4=21.42kN N左=P3P4 N右=P3P4计算内力 /kNP=1左半跨右半跨全跨上 弦 杆AB0000000BC/CD-6.33 -2.54 -8.87 -482.62 -442.61 -382.92 -171.96 -90.77 -482.62 DE/EF-9.33 -4.70 -14.03 -763.37 -

5、689.35 -616.42 -257.37 -158.20 -763.37 FG/GH-9.75 -6.52 -16.27 -885.25 -782.56 -731.69 -275.55 -206.37 -885.25 HK-7.95 -7.25 -15.20 -827.03 -712.84 -701.82 -232.61 -217.62 -827.03 下 弦 杆ac3.50 1.27 4.77 259.54 239.53 204.41 94.53 46.76 259.54 ce8.19 3.67 11.86 645.30 587.50 516.31 224.06 127.24 645.3

6、0 eg9.69 5.61 15.30 832.50 744.12 679.86 270.29 182.90 832.50 gk9.30 6.41 15.71 854.78 753.82 708.31 263.62 201.71 854.78 斜 腹 杆aB-6.52 -2.37 -8.89 -483.70 -446.38 -381.01 -176.11 -87.21 -483.70 Bc4.87 2.19 7.06 384.13 349.64 307.43 133.26 75.86 384.13 cD-3.52 -2.12 -5.64 -306.87 -273.48 -251.43 -98.

7、52 -68.53 -306.87 De2.04 1.91 3.95 214.92 184.84 182.79 59.89 57.11 214.92 eF-0.83 -1.86 -2.69 -146.36 -117.07 -133.29 -28.81 -50.87 -146.36 Fg0.14 0.84 0.98 53.32 10.09 51.12 7.02 22.01 53.32 Hg0.99 -0.82 0.17 9.25 22.16 -6.34 21.90 -16.87 22.16 （-6.87）Hk-1.99 0.75 1.24 -67.47 -79.28 -36.13 -47.71

8、10.98 10.98 （-9.28）竖 杆Aa-0.50-0.5-27.21 -27.21 -19.33 -12.76 -2.05 -27.21 Cc-10-1-54.41 -54.41 -38.66 -25.52 -4.10 -54.41 Ee-10-1-54.41 -54.41 -38.66 -25.52 -4.10 -54.41 Gg-10-1-54.41 -54.41 -38.66 -25.52 -4.10 -54.41 Kk112108.82 93.07 93.07 29.62 29.62 108.82 （2） 杆件截面选择按腹杆最大内力N=483.70kN，查表选中间节点板厚度为

9、10mm，支座节点板厚度为12mm。整个上弦杆采用等截面，按最大压杆件FG、GH设计内力设计，N=885.25kN。屋架平面内计算长度l=150.5cm，屋架平面外计算长度根据支撑布置和内力情况确定，取两板屋面板宽度l=301.0cm。因为l=2 l，截面选取两不等肢角钢，短肢相并。假设=60，查表得=0.807A=5102.6mm=51.02cmi=2.51cm，i=5.02cm查附表，选216010012短肢相拼。A=60.2cm，ix=12.82cm，iy=7.75cm按所选角钢进行验算：53.438.8满足长细比y只需求出，查轴心受压构件的稳定系数表=0.842=174.65N/mm2

10、 l0x，选用不等边角钢，短肢相拼。所需截面An=3975.7mm2=39.76cm2由型钢表选21409010，A=44.6cm2，ix=2.56，iy=6.77=191.7N/mm2 f=215N/mm2（满足）=117.19=350 （满足）=175.04=350 (满足)（3） 斜腹杆aB杆NaB=483.70kN，l0x=l0y=l=251.8cm选用21258010，长肢相拼，查表得A=39.4cm2，ix=3.98cm，iy=3.31cm截面验算：=63.4=150 （满足）=76.1=150 (满足)由于，只需求出，查表得=0.706=173.89N/mm2 f=215N/mm

11、2Bc杆NBc=384.13kN，l0y=l=260.1cmAn=1786.7mm2=1787cm2选用2707，查型钢表得A=18.84cm2，ix=2.14cm，iy=3.28cm=97.24=350 （满足）=79.3=350 (满足)Fg杆NFg=53.32kN，cm，l0y=l=302.3cm选用2635，查型钢表A=12.28cm2，ix=1.94cm，iy=2.96cm=124.6=150 （满足）=102.1=150 (满足) gH杆最大拉力NgH=+22.16kN，最大压力=16.87kN按照最大压力进行设计，cm，l0y=l=324.3cm同理，按压杆容许长细比进行控制。选

12、用2635，查型钢表A=12.28cm2，ix=1.94cm，iy=2.96cm=133.73=150 （满足）=109.6=150 (满足)由于，只需求出，查表得=0.370=37.1N/mm2 f=215N/mm2Hk杆最大拉力NHk=+10.98kN，最大压力NHk=79.28kN按照最大压力设计，cm，l0y=l=324.3cm选用2635，查型钢表A=12.28cm2，ix=1.94cm，iy=2.96cm=133.73=150 （满足）=109.6=150 (满足)由于，只需求出，查表得=0.370=37.1N/mm2 f=215N/mm2（4）竖杆竖杆GgNGg=54.41kN，

13、cm，l0y=l=275cm选用2505，A=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.38cm=143.79=150 （满足）=115.54=150 (满足)=172.3N/mm2 f=215N/mm2中间竖杆KkNKk=+108.82kN，斜平面cm选用2565，查表得A=10.84cm2，i0x=2.17cm=124.42=350 （满足）=100.39N/mm2 f=215N/mm2（满足）4.节点设计（1）下弦节点c角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值=160N/mm2设Bc杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为肢背=150.1mm，取200mm肢尖=85.7mm

14、，取100mm设cD杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为肢背=119.9mm，取150mm肢尖=68.5mm，取80mmCc杆件内力很小，焊缝尺寸可以按照构造要求确定，取hf=5mm根据上述所求的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作和装配等误差，确定出节点板尺寸为400360.下弦与节点板连接的焊缝长度为400mm，hf=6mm，焊缝左右两个弦杆的内力差645.30259.54=385.76kN受力较大的肢背处的焊缝为=62.1N/mm2 f=160N/mm2所以焊缝满足要求。（2）上弦节点BBc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同设aB杆的肢背和肢尖焊缝hf=10mm和8

15、mm肢背=151.2mm，取200mm肢尖=80.9mm，取100mm为了便于在上弦上搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进进上弦肢背8mm，用塞焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。塞焊缝作为两条焊缝计算，设计强度乘以0.8的折减系数。考虑到屋面坡度1/12较小，可假设集中荷载p上弦垂直。肢背和肢尖焊缝hf=6mm和8mm，上弦与节点板间焊缝长度为400mm。上弦肢背塞焊缝应力=44.9N/mm2=128N/mm2=78.7N/mm2=128N/mm2(3)屋脊节点弦杆的拼接，一般都采用同号角钢作为拼接角钢，为了使拼接角钢在拼接处能紧贴被连接的弦杆并偏于施焊，将拼接角钢的尖角削除，并截去竖肢的一部分。设

16、焊缝hf=8mm，拼接角钢与弦杆的连接焊缝的最大内力NHK=827.03kN，每条焊缝长度需=231mm拼接角钢的总长度为=2（231+28）+20=514mm，取l=550mm。拼接角钢竖肢应切去的高度=10+8+5=23mm，取=25mm，即竖肢余留高度为75mm。上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝，应取上弦内力N的15%进行计算，即N=0.15N=0.15827.03=124.1kN，其产生的偏心弯矩M=Ne=124.110370=8683kNmm现取节点尺寸如图所示，设肢尖焊脚尺寸hf=8mm，则焊缝计算长度lw2=200285=179mm。验算肢尖焊缝强度：=134.1N/mm2 =160N/mm2（4）支座节点为便于施焊，底板上表面至下弦角钢净距离为125mm。底板计算支座反力R=8P=根据构造需要，取底板尺寸为。锚栓采用2M24，并用图示U形缺口，如图7-40。柱采用C25混凝土，其轴心抗压强度设计值。作用于