钢结构课程设计计算书土木专业资料

钢结构设计课程设计计算书
1、工程概况
某车间厂房总长度为45m 。

车间设有两台30吨中级工作制吊车。

车间无腐蚀性介质。

该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用三角形桁架式钢屋架（见图1），无吊顶，屋架下弦标高为10m ，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400㎜×400㎜，混凝土强度等级为C20。

屋面采用彩色压型钢板加保温层屋面，C 型檩条。

屋面恒荷载(包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等)标准值为0.50kN/㎡。

屋面活荷载标准值为0.20kN/㎡。

不考虑积灰荷载、风荷载。

雪荷载（kN /㎡）为0.75KN/m ，不考虑全垮积雪不均匀分布情况。

结构重要性系数为γ0=1.0。

屋架采用Q235B 钢，焊条采用E43型。

2．屋架几何尺寸
根据设计要求，采用三角形豪式屋架。

屋面坡度1:2.5。

屋面倾角︒=80.21α。

sin α=0.3714，cos α=0.9285。

屋架计算跨度：L 0=L-300=17700mm 屋架跨中高度：h=8850/2.5=3540mm
上弦长度L 1=
L 0/2cos α=17700/(29285.0⨯)=9531
节间长度S=2383；节间水平投影长度S 1=2213。

图1
屋架形式和几何尺寸
3．支撑布置
屋架上弦横向水平支撑在厂房离端第一区间设置，下弦横向水平支撑与之相同。

下弦水平纵向水平支撑通
长设置。

竖向垂直支撑在屋架中部设置，位于上弦横向支撑开间（如下图）。

竖向垂直支撑所在开间下弦平面设刚性支撑，其他屋架开间下弦平面尚需设置柔性支撑。

4．檩条布置
在节点设置檩条，檩条间距2383mm。

在檩条三分点处设两道拉条。

5．屋架节点荷载
可变荷载按雪荷载0.75KN/㎡取。

图2 屋架支撑布置图在此荷载作用下节点荷载：
P
1=2.10.57.5 2.383cosα
⨯⨯⨯⨯=58
.
11KN/㎡
P
2=1.40.757.5 2.383cos20.22
α
⨯⨯⨯⨯=KN/㎡
通过查《建筑结构静力计算手册》得内力系数，再按相应组合得表1:
屋架内力组合表表1
杆件内力系数
单项荷载内力
内力组合最不利
组合
恒载
活载
全跨半跨全跨半跨恒+全恒+半
上弦杆AB -9.42 -6.25 -109.08 -190.47 -126.38 -299.56 -235.46 -299.56 BC -8.08 -5.00 -93.57 -163.38 -101.10 -256.94 -194.67 -256.94 CD -6.73 -3.75 -77.93 -136.08 -75.83 -214.01 -153.76 -214.01 DE -5.39 -2.50 -62.42 -108.99 -50.55 -171.40 -112.97 -171.40
下弦杆AI 8.75 6.25 101.33 176.93 126.38 278.25 227.70 278.25 IH 8.75 5.00 101.33 176.93 101.10 278.25 202.43 278.25 HG 7.50 3.75 86.85 151.65 75.83 238.50 162.68 238.50 GF 6.25 2.50 72.38 126.38 50.55 198.75 122.93 198.75
竖腹杆BI 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 CH 0.50 0.50 5.79 10.11 10.11 15.90 15.90 15.90 DG 1.00 1.00 11.58 20.22 20.22 31.80 31.80 31.80 EF 3.00 1.50 34.74 60.66 30.33 95.40 65.07 95.40
斜腹杆BH -1.35 -1.25 -15.63 -27.30 -25.28 -42.93 -40.91 -42.93 CG -1.60 -1.60 -18.53 -32.35 -32.35 -50.88 -50.88 -50.88 DF -1.95 -1.95 -22.58 -39.43 -39.43 -62.01 -62.01 -62.01
6．杆件截面选择
弦杆最大内力为-299.56 KN ，查表选择中间节点板厚度8mm ，支座节点板厚度10mm 。

6.1上弦杆
上弦杆采用等截面，计算取AB 段。

N=-299.56KN 。

在屋架平面内，为节间轴线长度：L ox =2383mm ；
在屋架平面外，取L y 0 =22383⨯=4766mm 。

采用不等肢角钢短肢相并。

设80=λ，f y =235N/mm 2
查表得688.0=ϕ，需要截面A=N/f ϕ=215
688.0299560⨯=2025mm 2
相应回转半径：mm i x 79.29802383== ;mm i y 58.5980
4766
==
根据需要选择2L 125⨯80⨯8（短肢相距8mm ）
A=3200mm 2
，mm i mm i y x 60,8.2200== ；x
x
x i l 0=
λ =104.5 4.2156.063.158125
1
01=<==b l t b y 4.7960
4766
==
=y yz λλ y x λλ>，根据=x λ104.5查表查表得：524.0=ϕ
65.178524
.03200299560
=⨯=
A
N yz x
ϕ N/mm 2< 215 N/mm 2,所选截面合适。

6.2下弦杆
以AI 杆计算为准，KN AI 25.278=N ，mm l x 22130=,mm l y 88500=(仅在跨中设一道系杆) 所需截面面积：A=
21294215
278250mm f ==N 选用2L 70⨯45⨯6，因x y l l 00>，故而选用不等肢角钢短肢相并。

A=1330mm 2
,x i 0=12.6mm ，y i 0=35.1mm
3506.1756.1222130<==
x λ； 3501.2671
.3588500<==y λ 6.3竖直腹杆
N=0KN,仅需满足构造要求。

采用等边角钢，2L 45⨯4，=x i 13.8mm ，y i =21.6mm 腹杆计算长度：L ox =L y 0 =0.9885⨯=797mm 。

[]350588
.13797
=<==λλ
6.3.2.竖直腹杆CH
N=15.90KN ，采用采用等边角钢，2L 45⨯4，A=698mm 2，=x i 13.8mm, y i =21.6mm
35.24698
15900
==A N x N/mm 2< 215 N/mm 2 腹杆计算长度：L ox =L y 0 =0.91770⨯=1593mm 。

[]3504.1158
.131593
=<==λλ
所选截面合适。

6.3.3. 竖直腹杆DG
N=31.8KN ，采用采用等边角钢，2L 45⨯4，A=698mm 2，=x i 13.8mm, y i =21.6mm
68.45698
31800==A N x N/mm 2< 215 N/mm 2 腹杆计算长度：L ox =L y 0 =0.92655⨯=2390mm 。

[]3501738
.132390
=<==λλ
所选截面合适。

6.3.4. 竖直腹杆EF(十字形组合)
N=95.40KN ，采用采用等边角钢，2L 56⨯4，A=878mm 2
， 0y i =11.1mm
3.122780
95400==A N x N/mm 2< 215 N/mm 2 腹杆计算长度：L ox =L y 0 =0.93540⨯=3186mm 。

[]3501.2871
.113186
=<==λλ
所选截面合适。

6.4斜腹杆
KN AI 93.42-=N ；mm l l x 190423808.08.00=⨯==；mm l y 23800=
选用2L 45⨯4，A=698mm 2，=x i 13.8mm, y i =21.6mm
[]1501388.1319040=<==
λλx ； 1502.1106
.212380
0<==y λ y x λλ>，查表得350.0=ϕ；N/f ϕ=21573.175698
350.042930
<=⨯N/mm 2;截面符合要求。

6.4.2. 斜腹杆CG
KN CG 88.50-=N ；mm l l x 226428308.08.00=⨯==；mm l y 28300=
选用2L 50⨯4，A=780mm 2，=x i 15.4mm, y i =23.5mm
[]1501474.1522640=<==
λλx ； 1502.1015
.232380
0<==y λ y x λλ>，查表得315.0=ϕ；N/A ϕ=2151.211780
315.050880
<=⨯N/mm 2;截面符合要求。

6.4.3. 斜腹杆DF
KN DF 10.62-=N ；mm l l x 276434558.08.00=⨯==；mm l y 34550=
选用2L 63⨯4，A=996mm 2
，=x i 19.6mm, y i =28.7mm
[]1501416.1927640=<==
λλx ； 1504.1207
.283455
0<==y λ y x λλ>，查表得340.0=ϕ；N/ϕA=2153.183996
340.062100
<=⨯N/mm 2;截面符合要求。

7．节点设计
7.1.一般节点计算 7.1.1.腹杆节点计算 双角钢T 形截面杆件：L wi =
}{mm h f h N
k fi w
f
fi i 40,8max 7.02≥⨯，式子中i k 为角焊缝的轴力分配系数。

对等边角钢3.0;7.021==k k ；
腹杆与节点板间的连接角焊缝尺寸 表2
7.1.2.上弦节点
上弦杆与节点板间的连接焊缝计算。

N=-299.56N ，25.0;75.021==k k ；h
f
=4mm ；焊缝计算长度取
mm l w 250=
节点荷载N=31.8KN ，此力由塞焊缝承担，该力足够小，不必计算。

内力在肢尖处引起的弯矩，以AB 与BC 间内力差计算：M=12()42.6160 2.257N N e kN m -⨯=⨯=⋅。

竖向角焊缝计算：
2 N/mm 70.31240
47.0242610
=⨯⨯⨯=
f τ；
00.40240
47.02225762
=⨯⨯⨯⨯=f σ N/mm 2
； 61.45)22
.1((22=+f
f
στN/mm 2<160 N/mm
7.1.3下弦节点
相邻弦杆间内力差最大为39.75KN ，由上表(腹杆角焊缝)知：仅需满足构造要求即可。

7.2.支座节点A
7.2.1.下弦杆与节点板间的连接焊缝计算 N=278.25KN ，25.0;75.021==k k ； h
1f =6mm ；
h
2
f =4mm 。

肢背： 1w l mm f h N k w
f
f 3.15516067.02278250
75.07.0211=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯≥
1l =170 肢尖： 2w l mm f h N k w
f
f 7816047.022*******.07.0222=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯≥
2l =90 7.2.2.上弦杆与节点板间的连接焊缝计算
侧面角焊缝计算长度焊缝长度选mm h l f w 48060==，超出部分不计入计算长度；N=-299.56N ，
25.0;75.021==k k ；h f =8mm ； 内力在肢尖处引起的弯矩：
M=12()299.5606017.78N N e kN m -⨯=⨯=⋅。

支座处所受集中荷载P=15.9KN ，此集中荷载由槽焊缝承担。

47800
522.17.02159007.0222.1=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=w f f l h p
σ N/mm 2<215 N/mm 2
竖向角焊缝计算：
2 N/mm 8.5548087.02299540=⨯⨯⨯=
f τ； 34.41480
87.0217780
62
=⨯⨯⨯⨯=f σ N/mm 2； 62.61)22
.1((22=+f
f στ N/mm 2<160 N/mm ， 实际焊缝长度mm l 7002=>480mm ，满足要求。

7.2.3底板计算
根据构造需要，取底板尺寸为240⨯240，锚栓采用M24支座反力R=4P=4⨯31.8=127.2KN 。

C20混凝土，柱顶混凝土压应力： f=
1062.150
502254/2401272002
2=<=⨯⨯-⨯-=c n f A R π N/mm 2 5
.0163/82/11==a b 0602
.0=β;
M=-0.0602⨯1.62⨯1632
=2500Nmm
底板厚度计算：t=mm f M 6.8)/6(=，选用16mm 。

7.2.4加劲肋与节点板焊缝计算
加劲肋厚度采用10mm ，加劲肋下端切角宽度和切角高度均为15mm ，焊脚尺寸取为5mm 。

V=R/4=31.8KN ；M=Ve=31.8⨯60=1908KN.m ；l w =160-15-5⨯
2=135mm
2
2
2
7.027.026⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛⨯⨯⨯+⎪⎪⎭⎫
⎝⎛⨯⨯⨯⨯w f w f f l h V l h M β=80.8 N/mm 2<1.22⨯160=195.2 N/mm 2 （5）加劲肋节点板与底板的连接焊缝计算
焊脚尺寸取为5mm ，加劲肋切口尺寸C 1=15mm ，焊缝总长度：
)22(221c t b a l
w
--+=∑-6⨯2h f =2⨯240+2⨯（240-10-2⨯15）=900mm
f σ=
∑⨯⨯w f l h R 7.0=4.40900
57.0127200
=⨯⨯ N/mm 2<1.22⨯160=195.2N/mm 2
满足要求。

7.3.屋脊节点E
采用与弦杆同号角钢进行拼接。

将角钢的竖肢切成斜口弯曲后对焊。

设焊缝h f =5mm ，接头一侧所需的焊缝计算长度：1w l mm f h N w
f
f 8016057.04171400
7.041=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=
拼接处左右弦杆间隙取40mm ，需要拼接角钢长度：=⎪⎭
⎫ ⎝
⎛⨯++=αcos 124022f w a h l l 224mm ，实际采用拼接角钢长度400mm
对于上弦杆与节点板间连接焊缝，假定节点荷载P 由上弦角钢肢背处的槽焊缝承担，计算如下：
mm f h P w f f 93.28160
57.0231800
7.021=⨯⨯⨯=⨯，实际采取节点板满焊，满足要求。

上弦角钢肢尖与节点板之间的连接焊缝按上弦杆最大内力的15%计算，并考虑此力产生的弯矩，h 1
f =
h
2
f =5mm ，有效焊缝长度mm lw 115=。

计算如下：
在0.15N 作用下，有 3211557.0215.0=⨯⨯⨯=
N
N
f τ N/mm 2
在M 作用下，有 =⨯⨯⨯=2
115
57.026M w f σ99.98 N/mm 2<160 N/mm 2
98.87)22
.1((22=+f
f
στ N/mm 2<160 N/mm
符合要求，节点板侧面角焊缝长度为125mm 。

7.4.下弦拼接节点
F
拼接角钢采用与下弦杆相同截面，肢背处割棱，竖直肢切去5++=∇f h t =18mm 拼接节点一边每一条焊缝计算长度：w
f
f w f h Af
l 7.04⨯=
=124mm ，取175mm 下弦杆间隙取10mm ，则拼接角钢总长度：mm l 39020)52175(2=+⨯+⨯=，实际采用拼接角钢长度400mm 。

7.5.节点板设计
（1）验算节点板拉剪破坏（D-G ）：
N=36kN
满足要求。

（2）验算有竖腹杆节点板稳定（D-F ）：
N=62kN
取受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离c=80mm 。

节点板厚度t=8，c/t=10。

因为c/t ≤15(235/f y )½
,故满足要求。

8．施工图见所附图纸
()
i i N f
A η≤
∑i η=。