钢结构计算书.pdf

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1、 一、设计题目：梯形钢屋架 二、设计资料（1）某工业厂房（上海市）:梯形钢屋架跨度为 21m,长度 90m，柱距 7。5m，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm 厚彩钢复合板（外侧基板厚度0。5mm,内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉,屋面板自重标准值按 0.20 kN/m2计算)，檩条采用冷弯薄壁 C 型钢.屋面排水坡度 i=1：20,有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上,柱顶标高 9。0m，柱截面尺寸为 400400mm。不考虑灰荷载.屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值按 0.402/mkN计算。基本雪压取 0.42/mkN,基本风压取 0.452/mkN。（2）屋架计算

2、跨度：mmml7.2015.02210（3）跨中及端部高度：采用缓坡梯形屋架,取屋架在 21m 轴线处的端部高度 mh990.10，屋架中间的高度 h=2.515m 则屋架在 20。7m 处，两端的高度为9975.10h。三、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图所示 根据厂房长度 90m、跨度及荷载情况,设置四道道上、下弦横向水平支撑.因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间,该水平支撑的规格和中间柱间支撑的规格有所不同.在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载,在设置横向水平支撑的柱间，于屋

3、架跨中和两端各设置一道垂直支撑.梯形钢屋架支撑布置如图 2 所示。桁架上弦支撑布置图 桁架下弦支撑布置图 垂直支撑 22 梯形钢屋架支撑布置图 SC-上弦支撑；XC-下弦支撑:CC-垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆 四、荷载计算及内力组合 1。荷载计算 屋面活荷载为 0。62/mkN，雪荷载为 0.42/mkN,计算时取两者最大值。故取屋面活荷载 0。62/mkN进行计算.风荷载：基本风压为 0.452/mkN,查表可知,风压高度变化系数为 1。0，当屋面夹角（2.86）小于 15时,迎风坡面体形系数为0.6，背风坡面体形系数为-0。5，风载为吸力，起卸载作用,所以负风的设计值（垂直屋面）

4、为 迎风面：1=1。40.61.000.450.3782/mkN 背风面:2=1。4.0.51.000。450.3152/mkN 对于轻型钢屋架,当风荷载较大时,风吸力可能大于屋面永久荷载，腹杆中的内力可能变号，必须考虑风荷载组合，但此处风荷载小于永久荷载，可不考虑风荷载的组合。（因为1 2均小于屋面永久荷载 0.65（荷载分项系数取 1。0），由此可见，风吸力较小)而且在截面选择时,对内力可能变号的腹杆,不论在荷载作用下是拉杆还是压杆，均控制其长细比不大于 150。设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。荷 载 计 算 表 荷载名 称彩 钢 复 合 板（100mm）屋 架、檩 条、拉 条 及 支

5、撑自重永 久 荷 载 总和屋面活荷载可 变 荷 载 总和0.650.50.50.25*1.2=0.30.4*1.2=0.480.780.5*1.4=0.70.7标准值（）设计值（）0.250.4 1.全跨永久荷载全跨可变荷载 全跨永久荷载及可变荷载：43.195.775.1)7.078.0(FkN 2.全跨永久荷载半跨可变荷载：全跨节点永久荷载：24.105.775.178.01FkN 半跨节点可变荷载 2.95.775.17.02FkN 3。全跨屋架(包括支撑）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷载 全跨节点屋架自重 3.65.775.148.03F kN 半跨节点屋面板自重及屋面活荷载 96.1

6、45.775.1)84.03.0(4FkN 左跨内力图和右跨内力图 全跨内力图 内力表 第一种组合全跨左半跨 右半跨 F*F1*+F2*F1*+F2*F3*+F4*F3*+F4*AB000000000BC-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3CD-8.3-5.4-2.3-161.3-134.7-106.2-123.2-82.5-161.3DE-12.8-7.3-4.3-248.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7EF-12.8-7.3-4.3-248.7-198.0-170.6-176.1-137.1-248.7

7、FG-13.8-6.1-6.1-268.1-197.4-197.4-167.0-167.0-268.1ab4.63.11.189.475.657.269.743.489.4bc11.06.83.4213.7175.2143.9158.6113.9213.7cd13.77.05.2266.2204.7188.1178.2154.6266.2Ba-7.5-5.0-1.9-145.7-122.8-94.0-112.9-71.8-145.7Bb5.93.61.8114.693.577.084.460.8114.6Db-4.4-2.2-1.7-85.5-65.3-60.7-56.6-50.0-65.3D

8、c2.90.81.656.337.144.428.839.356.3Fc-1.60.4-1.6-31.1-12.4-31.1-4.4-31.1-31.1Fd0.3-1.61.45.2-12.015.6-19.320.120.1Aa-0.5-0.50.0-9.7-9.7-5.1-9.7-3.2-9.7Cb-1.0-1.00.0-19.4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4Ec-1.0-1.00.0-19.4-19.4-10.2-19.4-6.3-19.4Gd0.40.10.17.85.05.03.83.87.8竖腹杆第二种组合内力系数（F=1）杆件类型 杆件编号上弦计算杆件内力第三种

9、组合下弦斜腹杆 五、杆件设计 1。上弦杆 整个上弦采用等截面,按 EF 杆件的最大设计内力设计，即 -268.1kNN 上弦杆计算长度 在屋架平面内:为节间轴线长度，即 mllox752.10 在屋架平面外，本屋架为有檩体系，且认为檩条与支撑的交叉点不连接，根据布置和内力情况，取oyl为支撑之间的距离，即 mloy504.3 根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢短肢相拼，腹杆最大内力145.7kNN，查表 2。8，节点板mmt6,支座节点板厚度mmt8 假定80，查 Q235 钢的稳定系数表，可得688.0(由双角钢组成的 T 形和十字形截面属于 b 类）,则需要的截面积

10、为:237.2052215688.01063.303mmfNA 需要的回转半径：mmmlioxx9.21801752 mmmlioyy8.43803504 根据需要 A,xi，yi查角钢规格表，选用 2680100，肢背距离 6mm，则：22120mmA，mmix24，mmiy4.45 按所选角钢进行验算:732417520 xxxil 2.774.4535040yyyil 满足长细比 150的要求。因为6.19100/350456.0/56.07.166/100/101bltby,所以2.77yyz 由于xy，只需要求x。查表707.0X，则 MPaMPaaMPANy21587.178212

11、0707.0101.2683 故所选截面合适.2。下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆件计算。266.2kNN mmlox3500，mmloy10350220700（因跨中有通长系杆），所需截面积为 22338.121238215102.266cmmmfNA 选用 265075,因为xyll00，故用不等肢角钢,短肢相并，肢背间距 6mm，2238.1252.14cmcmA，cmix42.1，263.3cmiy 3505.24642.13500 xxxil 3501.28563.310350yyyil 因为28.7775/1035056.0/56.05.126/75/101blt

12、by,所以3501.285yyz，满足要求。端斜杆 aB 杆件轴力：-145.7kNN 计算长度：2002625mmllyx 假设假定80，查 Q235 钢的稳定系数表,可得688.0（由双角钢组成的 T 形和十字形截面属于 b 类），则需要的截面积为：23985215688.0107.145mmfNA 需要的回转半径：mmlioxx8.32802625 mmlioyy8.32802625 根据需要 A,xi，yi查角钢规格表，选用 275690，肢背间距 6mm，则 276.19cmA，cmix86.2,226.2cmiy 1508.9186.26.2620 xxxil 1502.11626

13、.26.2620yyyil 因为5.2256/262648.0/48.087/56/202bltby，所以 9.119726265609.112.11609.112242242yz0tlbyy 因为yzx，只需求yz，查表得437.0yz，则 MPaMPaANy2157.1681976437.0107.1453，截面合适.4。斜腹杆 Fd 最大拉力 kN6.22N 最大压力 -22.2kNN 计算长度 在屋架平面内 mmlx8.23960 在屋架平面外 mmlly29960 选用 2470，肢背间距 6mm,查角钢规格表得 214.11cmA，cmix18.2,cmiy14.3 1509.10

14、918.26.2390 xxxil 1503.7614.36.2390yyyil b/t=70/4=17。50.58yl0/b=0.582996/70=24.88.264299670475.018.24475.01224224yz0tlbyy 因为xzy,只需求x，查表得493.0 x，则 压应力：MPaMPaANx21515.411114493.0106.223 拉应力：MPaMPaAN2153.191114102.223 5.竖杆 cE -21.3kNN 计算长度：cmlx5.1870，cmlly4.2340 由于杆件内力较小，按 150选择，需要的回转半径为 cmlixx25.11505

15、.1870 cmliyy56.11504.2340 查型钢表,选用 2450，肢背间距 8mm,其几何尺寸为 28.7 cmA，cmix54.1，cmiy35.2 1508.12154.15.1870 xxxil 1506.9935.24.2340yyyil 因为5.124/50/tb2.2750/234458.0/58.00bly，所以 1034234450475.016.99475.01224224yz0tlbyy 又因为xyz，只需求x，查表得426.0 x，则 MPaMPaANx2151.64780426.0103.213 6。斜腹杆 Bb 最大拉力 114.6kNN 计算长度 在屋架

16、平面内 mmlx2.21750 在屋架平面外 mmlly27190 选用 2580，肢背间距 6mm,查角钢规格表得 282.15cmA,cmix48.2，cmiy49.3 1508.8748.252.2170 xxxil 1509.7749.39.2710yyyil b/t=80/5=160.58yl0/b=0.582719/80=19.74.275271980475.018.24475.01224224yz0tlbyy 因为xzy，只需求x，查表得635.0 x，则 MPaMPaANx2151141582635.0106.1143 截面形式和规格 截面面积/cm /mm /mmAB021.

17、221.943.87377.21500BC-161.321.221.943.87377.2150-7.60703CD-161.321.221.943.87377.2150-7.60703DE-248.721.221.943.87377.2150-11.7313EF-248.721.221.943.87377.2150-11.7313FG-268.121.221.943.87377.2150-12.6478ab89.414.5214.236.3246.5285.13506.15551bc213.714.5214.236.3246.5285.135014.7197cd266.214.5214.23

18、6.3246.5285.1350 18.33271Ba-145.7 9056719.7628.622.691.8116.2150-7.37475Bb114.6 80515.8224.834.987.877.9150 7.246334Db-65.3 9056719.7628.622.691.8116.2150-3.30445Dc56.3 80515.8224.834.987.877.9150 3.561757Fc-31.1 9056719.7628.622.691.8116.2150-1.57328Fd20.1 70411.1421.831.4109.976.3150 1.802783Aa-9.

19、7 5047.815.423.5121.899.6150-1.24615Cb-19.4 5047.815.423.5121.899.6150-2.49231Ec-19.4 5047.815.423.5121.899.6150-2.49231Gd7.8 80515.8224.834.987.877.9150 0.491277竖腹杆 100806 75506上弦下弦斜腹杆回转半径长细比计算应力/MPa杆件类型容许长细比内力杆件型号yixix)(yzy 六、节点设计 1.下弦节点 b 各杆件的内力由表查得。设计步骤：由腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即fh和wl，然后根据wl的大小按比例绘出

20、节点板的形状的尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用 E43 型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值MPafwf160。设“Bb杆的肢背和肢尖焊缝mmhf4，则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背:mmfhNlwfew5.8916040.721146007.027.0，取mm90。肢尖:mmfhNlwfew4.3816040.721146003.023.0，取mm40。设“bD”杆的肢背和肢尖焊缝mmhf6,则所需的焊缝长度为 肢背：mmfhNlwfew5116040.72653007.027.0，取mm60。肢尖：mmfhNlwfew2216040.72653

21、003.023.0，取mm30。“Cb”杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定,取mmhf4。根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差,按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 220310 下弦与节点板连接的焊缝长度为mm310，mmhf6。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差kNN2.12489.7-9.213，受力较大的肢背处的焊缝应力为 MPaMPa1602.37)12310(67.0212420075.0 焊缝强度满足要求。2.上弦节点“B”“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“aB”杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算得 -145.7kNaBN 设“

22、aB”杆的肢背和肢尖焊缝mmhf5,则所需的焊缝长度为（按等肢角钢连接的角焊缝内力分配系数计算）肢背：mmfhNlwfew9116050.721457007.027.0，取mm100.肢尖:mmfhNlwfew3916050.721457003.023.0,取mm40.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mm6.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，计算时可略去屋架上弦坡度的影响,而假定集中荷载 P 与上弦垂直。上弦槽焊缝所需长度可由下面计算得 21fh节点板厚度mmhmmf4,3621 mmfhplwffw7.2116047.02194007.0

23、2 上弦与节点板间焊缝长度为mm330，则 角钢肢背与节点板角焊缝所受应力为 MPafMPalhPNNkwfwf1288.04.67833047.0222.121940016130075.07.0222.122222211 根据上面求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为 190330 3.屋脊节点“G（1）弦杆和拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为了使拼接角钢与弦杆之间能够紧密结合，并便于施工，需将拼接角钢的尖角削除,且截去垂直肢的一部分宽度(一般为mmhtf5）.拼接角钢的这部分削弱,可以靠节点板来补偿,接头一

24、边的焊缝长度按弦杆内力计算.设拼接角钢与弦杆之间的角焊缝mmhf6,则所需焊缝计算长度为（一条焊缝)mmlw7.9916067.04268100 拼接角钢总长度fwshll22b(b 为弦杆杆端空隙）=mm4.24320627.992，所以拼接角钢长度取mm250（2）弦杆和节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板之间的的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算与节点“B处槽焊缝验算方法类似，此处验算过程略。上弦肢尖与节点板的连接焊缝,应按上弦内力的%15计算,kN2.4015.01.268N,并考虑此力产生的弯矩。设肢尖焊缝mmhf6,取节点板长度mm350，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为mmlw148

25、2072350，焊缝应力为 MPaNf3.3214867.0240200 MPaMf3.6014867.02464020062 MPaMPaMfNf1605922.13.603.3222.12222 中竖杆与节点板的连接焊缝计算：kN1.20N，内力较小，焊缝尺寸可按构造确定,取焊脚尺寸为mmhf4，焊缝长度mm40 下弦跨中节点 d 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算 拼接角钢和下弦杆截面相同，传递弦杆内力kN2.266N，设肢尖肢背焊脚尺寸均为 6mm，则 需 焊 缝 长 度mmfhNlwffw9916060.742662007.04，则 拼 接 角 钢 长 度fwshll22b=mm242206

26、2992,取 250mm 弦杆和节点板的连接焊缝计算:按下弦杆内力的%15计算，kN402.26615.0N，设肢背，肢尖焊缝mmhf4,则 节点一侧所需焊缝长度为:肢背：mmfhNlwfew5.3316040.724000075.0275.0 肢尖:mmfhNlwfew2.1116040.724000025.0225.0 （3）腹杆和节点板的连接焊缝计算，由于腹杆受力较小，其连接焊缝可按构造确定.5。支座节点“A 为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底面的净距取mm160。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，厚度取mm8。（1）支座底板的计算。支座反力为 NFR1

27、164001940066 设支座底板的平面尺寸采用mmmm 300200，取加劲肋宽度为 90mm,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237600188200mm。验算柱顶混凝土的抗压强度;MPafMPaARcn5.121.337600116400 式中 cf混凝土强度设计值，对 C25 混凝土,MPafc5.12 支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋把底板分为四块，每块板为两相邻边支承而另两相邻边自由的板，每块板的单位宽度最大弯矩为 222M 式中 底板下的平均应力,即MPa1.3；2两边支承之间的对角线长度,即mm6.1319028100222 2系数

28、，由22ab查表确定 2b为两边支承的相交点到对角线2a的垂直距离。由此得 mmb7.656.13196902，50.06.1317.6522ab 查表得0602.02，则单位宽度的最大弯矩为 mmNM9.32316.1311.30602.02222 底板厚度为 mmfMt5.92159.323166，取mmt10 加劲肋与节点板的连接焊缝计算。偏于安全的假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的41，即N291004116400，则焊缝内力为 NV29100 213095004529100mmNM 设焊缝mmhf6，焊缝计算长度mmlw38812400，则焊缝应力为 MPaMPa1606.10522.138867.021309500638867.0229100222 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部支座反力NR116400，初设mmhf6,实际的焊缝总长度为:mmlw65612-8-904122002）（，取 660mm 所需焊缝尺寸:mmhf57.11606607.0116400，采用mmhf4.