钢结构课程设计计算书(最终版)

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1.5m×6m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=l—200=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）

①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+0.011×24=0.38kN/㎡吊顶+ 0.40kN/㎡

3.58kN/㎡

②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：

①全跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架上弦节点荷载（端点荷载取半）：P=（3.58×1.2+1.25×1.4）×1.5×6=54.41kN

②全跨永久荷载+半跨可变荷载

=3.58×1.2×1.5×6=38.66kN

有可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：P

1

=1.25×1.2×1.5×6=15.75kN

无可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：P

2

③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

=（1.4×1.2+0.5×1.4）×1. 5×6=21.42kN

4

以上①，②为使用阶段荷载组合，③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，选取最大的杆件内力进行杆件设计。

杆件内力计算表

（2） 杆件截面选择

按腹杆最大内力N aB =—483.70kN ，查表选中间节点板厚度为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 FG =—885.25kN 。 屋架平面内计算长度l x 0=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 y 0=301.0cm 。因为l y 0=2 l x 0，截面选取两不等肢角钢，短肢相并。 假设λ=60，查表得ϕ=0.807

A=f N ⋅ϕ=215807.01025.8853⨯⨯=5102.6mm 2=51.02cm 2

i x =λx l 0=605

.150=2.51cm ，i y =λy l 0=60

301=5.02cm

查附表，选2└160×100×12短肢相拼。 A=60.2cm 2

，i x =12.82cm ，i y =7.75cm 按所选角钢进行验算：

===

82

.25.1500x x x i l λ53.4 ==

=

75

.7301

0y

y y i l λ38.8

满足长细比λ<[λ]=150的要求。

由于λx >λy 只需求出x ϕϕ=min ，查轴心受压构件的稳定系数表x ϕ=0.842

A N

x ϕσ==6020

842.01025.8853⨯⨯=174.65N/mm 2< f=215N/mm 2

所选截面合适。

（2）下弦杆

整个下弦采用等截面。按最大内力N gK =+854.78kN 计算，l 0x =300cm ，l 0y =1185cm ，因l 0y.>> l 0x ，选用不等边角钢，短肢相拼。

所需截面A n =215

1078.8543

⨯=

f N =3975.7mm 2=39.76cm 2 由型钢表选2└140×90×10，A=44.6cm 2，i x =2.56，i y =6.77

2

310

6.441078.854⨯⨯==n A N σ=191.7N/mm 2< f=215N/mm 2

（满足） 56

.2300

0=

=

x x x i l λ=117.19<[λ]=350 （满足） 77

.61185

0=

=

y

y y i l λ=175.04<[λ]=350 (满足) （3） 斜腹杆 ①aB 杆

N aB =—483.70kN ，l 0x =l 0y =l =251.8cm

选用2└125×80×10，长肢相拼，查表得A=39.4cm 2，i x =3.98cm ，i y =3.31cm

截面验算：

98

.38

.2510=

=

x x x i l λ=63.4<[λ]=150 （满足）

31

.30=

=

y

y y i λ=76.1<[λ]=150 (满足) 由于x y λλ>，只需求出y ϕϕ=min ，查表得y ϕ=0.706

2

3

10

4.39706.01070.483⨯⨯⨯=A N ϕ=173.89N/mm 2< f=215N/mm 2

②Bc 杆

N Bc =384.13kN ，cm l l x 1.2081.2608.08.00=⨯==，l 0y =l =260.1cm

A n =215

1013.3843⨯=

f N =1786.7mm 2=1787cm 2 选用2└70×7，查型钢表得A=18.84cm 2，i x =2.14cm ，i y =3.28cm

14

.21

.2080=

=

x x x i l λ=97.24<[λ]=350 （满足） 28

.31

.2600=

=

y

y y i l λ=79.3<[λ]=350 (满足)

③Fg 杆

N Fg =53.32kN ，8.2418.00==l l x cm ，l 0y =l =302.3cm

选用2└63×5，查型钢表A=12.28cm 2，i x =1.94cm ，i y =2.96cm

94

.18

.2410=

=

x x x i l λ=124.6<[λ]=150 （满足） 96

.23

.3020=

=

y

y y i l λ=102.1<[λ]=150 (满足) ④ gH 杆

最大拉力N gH =+22.16kN ，最大压力=—16.87kN

按照最大压力进行设计，44.2593.3248.08.00=⨯==l l x cm ，l 0y =l =324.3cm

同理，按压杆容许长细比进行控制。选用2└63×5，查型钢表A=12.28cm 2，i x =1.94cm ，i y =2.96cm

94

.144

.2590=

=

x x x i l λ=133.73<[λ]=150 （满足）