24钢结构课程设计计算书.docx

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1、1、设计资料01.1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、支撑布置22.1桁架形式及几何尺寸布置22.2桁架支撑布置如图23、荷载计算44、内力计算55、杆件设计85.1上弦杆85.2下弦杆95.3端斜杆aB95.4腹杆115.5竖杆165.6其余各杆件的截面166、节点设计206.1下弦节点“c” 206.2上弦节点“B” 216.3屋脊节点“H” 226.4支座节点“a” 236.5下弦中央节点“h” 23参考文献27图纸271、设计资料1.1、结构形式某厂房跨度为24m,总长90m,柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5 X 6.0m预应力混凝 土大型屋面板，屋

2、架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400X400,混凝土强度等级为 C25,屋面坡度为，= 1:10。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，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。1.2、屋架形式及选材屋架跨度为24m，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。1.3、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0.4KN/m2水泥砂浆找平层0.4KN/m2保温层0.7KN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.3KN/

3、m2预应力混凝土大型屋面板1.40KN/m2屋架及支撑自重（按经验公式q = 0.12 + 0.011乙计算）0.384 KN/m2 可变荷载：屋面活荷载标准值：0.8KN/m2雪荷载标准值：0.5KN/m2积灰荷载标准值：0.7KN/m22、支撑布置2.1桁架形式及几何尺寸布置如下图2.1、2.2、2.3所示图2.124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桁架支撑布置桁架形式及几何尺寸在设计任务书中已经给出，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）60CC

4、 .feOQCxld60001 CClL ：1LCjL il, ir(1(1?a1-LGJL_.l/ily%LLlL.jIiin3LC1L.ilGGSLC1L.ilL_LL_LL 1gs1 r孑GGcLi：lLLll.Ll(l 14CC-L jLX(i：i4zXLL 厂C：1534wL(nti?CCZ?L； 1 3V 匕_Is?j:符号说明：SC上一一上弦支撑；XC下弦支撑；CC垂直支撑;GG刚性系杆；LG柔性系杆3、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1/cos a=J02,/10 = 1.005换算为沿水

5、平投影面分布的荷载。标准永久荷载值:三毡四油防水层:1.005X0.4=0.402kN/m2水泥砂浆找平层:1.005X0.4=0.402kN/m2保温层:1.005X0.7=0.704kN/m2一毡二油隔气层:水泥砂浆找平层:预应力混凝土大型屋面板:1.005X1.40=1.407 kN/m21.005X0.05=0.050 kN/m2 1.005X0.3=0.302 kN/m2屋架及支撑自重:0.12+0.011X 24=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/m20.7 kN/m2积灰荷载标准值:1.5 kN/m2设

6、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组合）全跨节点永久荷载设计值:F= (1.35X3.833+1.4X0.7X0.8+1.4X0.9X0.7)X 1.5X6=61.56 kN 荷载组合(1)计算简图如图4.1,u:a2850bc3QQQd3000ie300030 CC淡工表4.1桁架杆件内内力组合表杆件名称内力系数（F=1）内力组合全跨左牛跨何或第一种组合FX第二种组合第三左半跨右半跨F1iX +F2iXF1 iX +,乂F3 jX+F4X 上 弦 杆AB0000000BC,CD-8.72-6.25-2.47-536.80DE,EF-13

7、.53-9.04-4.49-832.91FG,GH-15.26-9.17-6.09-939.41HI-14.71-7.38-7.38-905.55下 弦 杆ac4.733.481.25269.02ce11.538.03.53709.79eg14.659.345.31901.85gi15.178.446.73933.87斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-546.64Bc6.884.762.12423.53cD-5.44-3.14-2.03-334.89De3.701.901.80227.77eF-2.460.71-1.75-151.44Fg1.11-0.451.5668.33gH0.02

8、1.55-1.531.23Hi-1.08-2.471.39-66.48竖 杆Aa-0.500-0.5000.000-30.78Cc-1.000-1.0000.000-61.56Ee-1.000-1.0000.000-61.56Gg-1.000-1.0000.000-61.56li000.970005、杆件设计5.1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：l = 150.8cmox在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：l = 3x 150.8cm = 452.4cm因为l = Bl”，故

9、截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）腹杆aB最大内力N =546.04kN，查表9.6.4，中间节点版厚度选用12mm，支座节点板厚度用 14mm。设A =60查附录4得中=0.807。需要截面积：A = 939410 =5414 mm 2叱 0.807 x 215 N / mm 2需要的回转半径：i =匚=150.8cm = 2.51c mx 人 60i = L = 452.4cm = 7.54cmy 人 60根据需要的A，ix，iy查角钢规格表（附录8），选用2L160x100x12， A = 60.11cm2，i - 2.82cm，i - 7.82cm，bjt = 160cm/

10、12cm = 13.11，按所选角钢进行验算:=53.48l _ 150.8cmox =i 2.82cmb /1 = 13.11 0.56l /七=0.56 x5414cm/160cm = 18.94:.X =X = 60人=150满足长细比 h=150的要求。截面在x和y平面内皆属b类，由于七土，只要求中，查表得中=0.807。=193.66N/mm2 30.83cm2，i - 2.85cm，i - 7.78cmX = l /i = 1185cm/7.78cm = 152.31人=350考虑下弦杆有2? 21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积:N _ 933870NA4633 mm 2A =

11、 5063 mm 2 一 2 x 21.5 x 10mm 2 = 4633 mm 2=201.57 N / mm2 215 N / mm2所需截面适合。5.3端斜杆aB杆件轴力：N = -546.04kN = -546040N（受压）设入计算长度l = l = 253.5cm。因为l = l，故采用不等边角钢，长肢相并，使iox oyox oyx y=80,查附录4得，中=0.668A = N =546040n中f0.668 x 215N / mm 2=3801.89mm 2需要的回转半径：I 253i = i = x = - = 3.16cm(图 5.3)根据需要的A , l , I查角钢规

12、格表，选用2L140X90X10,图5.3 aB杆截面图A = 44.522cm2 ， l = 4.47cm， l = 3.74cm，史=9。t 10, l253.5cm 人=十=56.71x l4.47cmx2 ； = 9 0.48场=0.48 x 2535mm9-290mm =以522535mm Z4 x (1 + 37.4mm1.09 x 904 x cm4_25352 cm2x102 cm2 = 75.32 X，只求中yz=0.718yN _546040N中 A 0.718 x 4452.2mm 2=170.81N / mm2 215N / mm2所选截面合适。5.4腹杆5.4.1 B

13、c 杆杆件轴力：所需截面积:N = 423.53kN = 423530NA = N = 423530N n f215 N / mm2=1969.91mm 2 = 19.70cm 2杆件计算长度：l = 0.8x 260.8cm = 208.64cm , l = 260.8cmi = 2.28cm，i = 3.57 cmxyox208.642.28=91.51人=J = 2608 = 73.05y i 3.57满足长细比M= 350的要求。N _ 423530NA 2301mm 2=184.06N / mm2 215N /mm2图5：杆截面图选用 2L75X8 等边角钢（图 5.4.1）, A

14、= 23.01cm2,满足要求。5.4.2 cD 杆杆件轴力：N = 334.89kN = -334890N（受压）计算长度：l = 0.8x285.9cm = 228.72cml = 285.9cm334890N设A =100查附录4得中=0.555所需的 A =土 = 055；八 215 N /= 28654 mm 2i = lx =壬=2.29cm ,x 入 100= ox =ox力i = 丁 世=2.86cmy 人 100选用 2L75X10 （图 5.4.2）,A = 28.25cm2， i = 2.26cm， ix=3.61cm-ox-ix人=L = 228.72 = 101.20

15、 人=150x i 2.26图 .4.2 Dc 杆截面图b /1 = 75/10 = 7.5 0.58l /b = 0.58 x 2859mm /75mm = 22.11.人=X (1 + 0.475 x b 4/1 2t 2) = (2859/36.1) x (1 + 0.475 x 754/28592 x 102)= 80.65 X = 150 yz-只求人x = 101.20，查附录4,得中=0.547334890N中 A 0.547 x 2825mm 2=206.52N / mm2 215N / mm2n f 215 N / mm 2所选截面满足。5.4.3 De 杆 杆件轴力：N =

16、 227.77kN = 227770NN227770N所需截面积： A =一 = 1059.39mm2 = 10.59cm2l = 285.9cm oy选用2L50X6等边角钢，（图5.4.3）A = 11.38cm2， i = 1.51cm， i = 2.56cm,2空=151.471.51= ox =oxiXl285.9=-oy = 111.68i2.56y1?图.4.3 De满足长细比侦】=350的要求。杆截面图杆计算长度：l = 0.8x285.9cm = 228.72cm227770NA 1138 mm 2=200.08N /mm2 215N /mm2所选截面满足。5.4.4 eF

17、杆N = -151.44kN = -151440 N (受压)计算长度：l = 0.8x 312.9cm = 250.32cm , l = 312.9cm设A =100查附录4得中=0.555所需的l _ox =力250.32100=2.50cml312.9oy = 人 100=3.13cm图5,44出杆截面图_N _151440Nn 一祯0.555 x 215N / mm 2=1269.14mm 2选用 2L75X5 等边角钢(见图 5.4.4), A = 14.82cm2, i = 2.32cm , i = 3.50cm xy人=L = 250.32 = 107.90 X = 150 ,x

18、 i 2.32b/1 = 75/5 = 15 0.58loy/b = 0.58x3129mm/75mm = 24.20X =X (1 + 0.475xb4/1 2t2) = (3129/35.0)x(1 + 0.475x754/31292 x52) = 94.89 X ,只求Xx=107.9，查附录 4,得中=0.587 ,xN _151440N中 A 0.587 x 1482mm 2=274.08N / mm2 215N / mm2所选截面满足。5.4.5 Fg 杆杆件轴力N=68.33计 算 长 度l = 0.8 x 311.9cm = 249.52cml = 311.9cmi=么=向=1

19、.66cm，x 人150l 311.9cm oy =人150=2.08cm内力较小，按侦=150选择，需要的回转半径为:查型钢表，选截面i和i较上述计算的i和i略大些。 x yx y选用 2L63X5 (图 5.4.5)，A = 12.286cm2，i = 1.94cm，i = 3.04cm人 =1 =24952 = 128.62 人=150x i 1.94xb/1 = 63/5 = 12.6 0.58loy/b = 0.58x3119mm/63mm = 28.72.人=X (1 + 0.475 x b 4 / ly 2t2)= (3119/30.4) x (1 + 0.475 x 634/3

20、1192 x 52) = 105.75 X，只求X = 128.62，查附录4，得中=0.519拉应力：所选截面满足。N _ 68330N A 1228.6mm 2=55.62N /mm2 215N /mm25.4.6 gH 杆杆件轴力N=1.23计算长度：l = 0.8x339.6cm = 271.2cml = 339.6cmoy内力较小，按Ix= 150选择，需要的回转半径为：图46川杆截面图l 271.2cme =X 150=1.80cm，l 339.6cm oyX 150=2.26cm查型钢表，选截面i和i较上述计算的i和i略大些。 尤 y尤 y选用 2L63 X 5 (见图 5.4.

21、6)，A = 12.286cm2，i = 1.94cm，i = 3.04cm xy. l2712.人=* = 139.80 人=150x i1.94b/1 = 63/5 = 12.6 0.58l /b = 0.58x3396mm/63mm = 31.26.3 =X (1 + 0.475xb4/10 2)=(3396/30.4)x(1 + 0.475x634/33962 x52) = 114.61 X，只求X = 139.80，查附录4,得中=0.497拉应力:N _ 1230NA 1228.6mm 2=1.00 N / mm 2 215 N / mm 2所选截面满足。5.4.7 Hi 杆同理选

22、用2L63 X 5(见图 5.4.7 )，N _66480N中 A 0.487 x 1228.6mm 2=111.10 N / mm 2 215 N / mm 2A = 12.2 8 Cm2，i = 1.94cm，i = 3.04cmX = L = 696 = 138.97 X = 150 x i 1.94b/1 = 63/5 = 12.6 0.58l /b = 0.58x3370mm/63mm X =X (1 + 0.475 x b 4 /10 心=(3370/30.4) x (1 + 0.475 x 微 / 33702 x 52) = 113.78 X，只求X = 138.97，查附录4,

23、得中=0.487 ,所选截面满足。85.5 Ifr截面图N _61560N中 A 0.440 x 1228.6mm 2=113.88N/mm2 215N/mm25.5.1 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。N = 6.56kN = -61560N (受压)l = 0.8 x 289.0cm = 231.2cm，l = 289.0cm内力较小，按侦=150选择，需要的回转半径为：i =匕=231.2cm = 1.54cm，X 人150i = 土 =竺0Cm = 1.93cmy 人150查型钢表，选截面七和iy较上述计算

24、的七 和i略大些。选用2L63 X 5 （见图5.5 ），A = 12.2 8dm2，i -1.94cm，i = 3.04cm人=L = 2312 = 119.18 人=150 x i 1.94Xb/1 = 63/5 = 12.6 0.58loy/b = 0.58 x 2890mm/63mm = 26.61.人 =X (1 + 0.475xb4 /10 212) = (2890/30.4)x(1 + 0.475x634/28902 x52) = 98.47 人=150由于人，只求、=119.18，查附录4,得中=0.440，X 关X所选截面满足。5.5.2 竖杆 Ii：(见图 5.5)按5.5

25、.1所选截面验算：N = 0KNN 0 Nb = = 0 N / mm 2 215 N / mm 2A 1228.6mm 2所选截面满足。表5.1杆件截面选择表杆件计算内力/kN截面规格截面面 积/cm2计算长度/cm回转半径/cm长细比名称编号loxloyixiy入x人n)上弦FGGH-939.412L160X100X1260.11150.8301.62.827.5453.4860下弦gi933.872L160X 100X1050.631185600.002.857.78105.26152.31斜腹杆aB-546.642L140 X90X1044.522253.5253.53.163.165

26、6.7175.32Bc423.532L75X823.01208.64260.82.283.5791.5173.05cD-334.892L75X1028.25228.72285.902.263.61101.2080.65De227.772L50X611.38228.72285.901.512.56151.47111.68eF-151.442L75X514.82250.32312.902.323.50107.9094.89Fg68.331.2366.4830.782L63X512.286249.52311.901.943.04128.62105.75gH2L63X512.286271.2339.6

27、01.943.04139.80114.61Hi2L63X512.286269.6337.01.943.04138.97113.78竖 杆Aa2L63X512.286159.20199.001.943.0488.0665.46Cc-61.562L63X512.286183.20229.001.943.0494.4375.33Ee-61.562L63X512.286207.20259.001.943.04106.8185.20Gg-61.562L63X512.286231.2289.001.943.04119.1898.47li02L63X512.286255.203191.943.04131.5

28、5104.936、节点设计6.1下弦节点“c”（图6.1）国.1c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，即七和l w， 然后根据l的大小按比例绘出节点版的形状与尺寸，最后验算下弦杆与节点版的连接焊缝。w用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f= 160N/mm2。设“Bc”杆的肢背和 肢尖焊缝h广8mm和h广6mm，则所需的焊缝长度为：0.7 N0.7 x 423530N目：-2hfw - 2 x 0.7 x 8mm x160N / mm2 皿，f 后me f0.3N0.3 x 423530N大：w 2hfw

29、 2 x 0.7 x 6mm x160 N / mm 2 心，f 后cme f0.7 x 334890N设“cD”杆的肢背和肢尖焊缝hf=7mm和h广6mm，则所需的焊缝长度为：肢背：l = 0N xr%v 149.5mm，加2h 后取 17cm0.3 x 344190Nw 2h fw 2 x 0.7 x 7mm x160N / mm2f肢尖：l 3N sy 61.46mm，加上2h 后取9cmw 2h fw 2 x 0.7 x 6mm x 200N / mm 2fC”杆内力很小焊缝尺寸可按构造要求取叫0.7 N2hfw0.7 x 61400N2 x 0.7 x 5mm x 160 N / m

30、m 2=38.37mm,取6cm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300mmx360mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为36cm,所受的力为左右两下弦杆的内力差，N = 709787N-291179N = 418608N，受力较大的肢背处焊缝应力为：0.75 x 418608N2 x 0.7 x 6mm x(360mn - 12mm )=107.40N/mm2 160N/mm2焊缝强度满足要求。6.2上弦节点“B”（图6.2）图6.2 B”节点板布置图Bc杆（2L 75X6）与节点板的焊缝尺寸和节点“c”相同。即肢背=1

31、9cm，肢尖lj=13cmaB （2L140X90X10）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h = 10mm和h = 8mm，则所需的焊缝长度为:ff肢背：时0.65 N0.65 x 546640Nw 2hfw2 x 0.7 x10mm x160 N / mm 2. 顷f 后me f=106.77mm,加上2 h后取13cm0.35 N0.35 x 5646640N肢关：l =w 2h fw 2 x 0.7 x 8mm x160N / mm2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

32、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：h =Lx 节点板厚度=Lx 12mm = 6mm，h= 10mm f 22f上弦与节点板间焊缝长度为505mm。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：.n = N1 -N2 =536件-0 = 79.06N/mm2f2 x 0.7h T2 x 0.7 x 10mm x(505mm - 2 x 10mm )f w6M6 x 536806 N x 95mmb m = 92.91N / mm2f2

33、 x 0.7hT22 x 0.7 x 10mm x 4852mm2f w一 、2b M 21.22 )(92 一 91 =102.8N/mm2 2 x 208.45 = 416.90mm。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lOmm，节点板长度为40cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为l =4；m - 1Cm 一 2cm = 17cm，焊缝应力为:5 =5 x933870N= 58.85N/mm2f2 x 0.7 x 10 mm x 170 mm0.15 x 933870 x 95mm x 62 x 0.7 x 1

34、0 x 1702=197.34N/mm2、2C M 21.22 J(58.852 +f197.34J2 = 156.56/mm2 二 L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。6.4支座节点“a”（图6.4）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，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为14mm。6.4.1支座底板的计算支座反力：R = 8F

35、= 8 x 61.56S = 492.48kN = 492480N图5.技座节点板布置图支座底板的平面支座底板的平面尺寸采用280mmX350mm，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280X 180mm2=50400mm2。验算柱顶混凝土的抗压强度:492480N50400 mm 2=9.77N / mm2 V f215 N / mm 2=18.30mm 18m，t 20mm，取t = 20mm。6.4.2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：R = 492480N = 12312

36、0N4490 13则焊缝内力为：V = 123120N，M = 123120Nx一mm = 4740120N - mm2设焊缝h = 6mm，焊缝计算长度l = 490mm 12mm 13mm = 465mm，则焊缝应力为:b M-f-1.222 x 0.7h lXf w2 x 0.7h l 21.22Xf w /1231206 x 47412012 x 0.7 x 6 x 4652 x 1.22；2=34.12N/mm2 160N/mm26.4.3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R = 492480N，加劲肋、节点板与底板的连接焊缝长度之和492480N0.7 x 768mm x 6mm l = 2 x(280mm 12mm)+ 4 x( 90 - 7) mm 2 x 6mm 13mm)= 768mm=152.92N/mm2 1.22x 160N/mm2 = 195.2N/mm2满足要求6.5下弦