钢结构课程设计计算书

一由设计任务书可知：

厂房总长为120m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑地震设防。

屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。卷材防水层面（上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡，雪荷载标准值为0.4KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。

屋架采用梯形钢屋架，钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20.

二选材：

根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。

屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。

三结构形式与布置：

屋架形式及几何尺寸见图1所示：

图1

屋架支撑布置见图2所示：

图2

四荷载与内力计算：

1．荷载计算：

活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。

永久荷载标准值：

防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN/㎡保温层（40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡

总计：2.784 KN/㎡可变荷载标准值：

雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。

总计：1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡2．荷载组合：

设计屋架时应考虑以下三种组合：

组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN

组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载

屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KN

P2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN

组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载

屋架上弦荷载P3=0.384KN/㎡×1.2×1.5×6=4.15KN

P4=(1.4×1.2+0.7×1.4)×1.5×6=23.94KN

3,内力计算：

首先求出杆件内力系数，即单位荷载作用下的杆件内力，荷载布置如图3所示。

计算内力系数的半跨荷载

图3

经计算得表一，表一列出了各个杆件的内力系数和杆件内力值，由表中的三种组合可见：组合一，对杆件计算起主要控制作用；组合三可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号，在施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板则可避免内力变号。

表一

注：表内负值表示压力，正值表示拉力

五 杆件截面设计：

腹杆最大内力N=-489.87KN ，由屋架节点板后参考可知：支座节点板厚可取12mm ，其余节点厚和垫板厚度均取10mm 。 1.上弦杆

整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-749.29KN 。 计算长度：屋架平面内取节点轴线长度 l ox =150.8cm 。 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节点长度l oy =2l ox =267cm,故截面宜选用两个不等肢的角钢，且短肢相并，见图4：

图4 上弦截面

设λ=60，查轴心受压稳定系数表

ϕ=0.807

需要截面积*

A =f N .ϕ=

3

749.291042190.807215

⨯=⨯2mm 需要回转半径i x=

1508

25.160

ox

l mm λ

=

=

需要回转半径y i =

3016

50.360

oy

l mm λ

=

= 根据需要的*A ,x i ,y i 查角钢型钢表，初选2L140×90×10，A=44602

mm ,x i =2.54cm,

y i =6.81cm 。

按所选角钢进行验算：

150.8

58.92.56

ox x x l i λ=

==<][λ=150 301.6

44.56.77

oy y y

l i λ=

=

=<][λ=150 由于1b /t=140/10=14>0.56×270/140=10.7

则)7.521(7.341

2201b t l t b y yz +=λ=22414301.613.71152.714⎛⎫⨯⨯+ ⎪⨯⎝⎭=54.1＜「λ」=150 由于λx ＞λyz ＞λy ，只需求出x ϕϕ=min 查轴心稳定系数表x ϕ=0.813

3

22749.2910206.62150.8134460

x N N mm N mm A ϕ⨯==<⨯ 所选截面合适。 2.下弦杆

整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=735.15KN 。 计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 l ox =6000mm 。 屋架平面外根据支撑布置，取 l oy =11850mm 。

计算需要净截面面积*

A =f

N .=

3

735.15103419.3215⨯=2mm 选用2L140×90×8(