钢结构设计计算书(共38页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上钢 屋 架 设 计 计 算一、设计资料屋面板采用梯形钢屋架、屋面采用1.5×6的预应力钢筋混凝土大型屋面板。钢屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上（砼等级C20）.钢屋架材料为Q235钢，焊条采用E43,手工焊接。该厂横向跨度为30m,厂房长度为150m,柱距为6m,房屋檐口高为1.99m,屋面坡度为1/10。 屋架几何尺寸图屋架计算跨度 屋架端部高度 二、荷载计算1、荷载 永久荷载 恒载标准值 屋架自重 可变荷载活载标准值 永久荷载设计值 可变荷载设计值 2、荷载组合 全跨永久荷载全跨可变荷载 半跨屋面板荷载半跨可变荷载全跨屋架自重全跨屋架自重 半跨屋面板荷载半跨可变荷载 全跨永久荷载半跨可变荷载全跨永久荷载 半跨可变荷载三、内力计算 按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，计算三种荷载组合作用下的内力值，取其最不利内力（正、负最大值）作为屋架设计的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。单位荷载作用在全跨时的轴力图：.0.51111111111111111111.0.512345678910111213141516171819202122232425262728293031323334 全跨荷载布置图 全跨荷载内力图单位荷载作用在左半跨时的轴力图：0.5111111111.0.512345678910111213141516171819202122232425262728293031323334左半跨荷载布置图 左半跨荷载内力图单位荷载作用在右半跨时的轴力图：.0.5111111111.0.512345678910111213141516171819202122232425262728293031323334 右半跨荷载布置图 右半跨荷载内力图内力计算表杆件名称杆内力系数荷载组合1 荷载组合2 荷载组合3计算内力（KN)全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载+半跨屋面板荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载P=1输入 荷载值P输入荷载值P1,P2输入荷载P3,P4在左 半跨在右 半跨全跨65.16 4.86 58.00 60.30 6.30 N=P*N左=P1×+P2×N右=P1×+P2×N左=P3×+P4×N右=P3×+P4×上弦杆12-130.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 13-14-8.13 -3.10 -11.22 -731.10 -544.49 -241.46 -701.95 -670.29 -731.10 14-15-8.13 -3.10 -11.22 -731.10 -544.49 -241.46 -701.95 -670.29 -731.10 15-16-12.45 -5.62 -18.07 -1177.44 -838.50 -426.71 -1126.49 -1083.47 -1177.44 16-17-12.45 -5.62 -18.07 -1177.44 -838.50 -426.71 -1126.49 -1083.47 -1177.44 17-18-13.79 -7.62 -21.41 -1395.08 -935.50 -563.54 -1328.65 -1289.79 -1395.08 18-19-13.79 -7.62 -21.41 -1395.08 -935.59 -563.54 -1328.66 -1289.79 -1395.08 19-20-12.97 -9.25 -22.23 -1448.51 -890.13 -665.81 -1371.05 -1347.62 -1448.51 20-21-13.46 -9.25 -22.71 -1479.78 -921.91 -668.15 -1401.97 -1375.46 -1479.78 21-22-13.46 -9.25 -22.71 -1479.78 -922.01 -668.15 -1401.98 -1375.46 -1479.78 下弦杆1-24.43 1.56 5.99 390.50 296.27 123.36 375.50 357.44 390.50 2-310.68 4.42 15.09 983.41 717.10 339.66 942.61 903.17 983.41 3-413.36 6.65 20.01 1303.79 903.09 497.95 1244.72 1202.39 1303.79 4-513.55 8.43 21.98 1432.34 923.76 615.41 1360.30 1328.09 1432.34 5-610.54 10.54 21.08 1373.68 738.07 738.07 1289.14 1289.14 1373.68 斜腹杆1-13-8.30 -2.93 -11.23 -731.75 -555.07 -231.26 -703.63 -669.80 -731.75 13-26.37 2.65 9.01 587.09 427.90 203.58 562.71 539.28 587.09 2-15-4.95 -2.55 -7.49 -488.05 -334.89 -190.17 -465.61 -450.49 -488.05 15-33.27 2.25 5.52 359.68 224.01 162.50 340.76 334.34 359.68 3-17-2.03 -2.19 -4.22 -274.98 -142.92 -152.57 -257.55 -258.56 -274.98 17-40.74 1.96 2.70 175.93 57.74 131.31 161.26 168.95 175.93 4-190.39 -1.92 -1.53 -99.69 16.08 -123.21 -86.28 -100.84 16.08 -123.21 19-5-1.42 1.74 0.32 20.85 -84.07 106.48 9.61 29.52 106.48 -84.07 5-333.65 -2.05 1.59 103.60 227.82 -115.89 115.22 79.31 227.82 -115.89 33-224.37 -2.05 2.32 151.17 274.79 -112.34 162.09 121.65 274.79 20-330.65 0.00 0.65 42.35 42.35 3.16 41.80 37.70 42.35 竖杆1-12-0.50 0.00 -0.50 -32.58 -32.58 -2.43 -32.15 -29.00 -32.58 2-14-1.00 0.00 -1.00 -65.16 -65.16 -4.86 -64.30 -58.00 -65.16 3-16-1.00 0.00 -1.00 -65.16 -65.16 -4.86 -64.30 -58.00 -65.16 4-18-1.00 0.00 -1.00 -65.16 -65.16 -4.86 -64.30 -58.00 -65.16 5-20-1.50 0.00 -1.50 -97.74 -97.74 -7.29 -96.45 -87.00 -97.74 21-33-1.00 0.00 -1.00 -65.16 -65.16 -4.86 -64.30 -58.00 -65.16 6-220.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 四、杆件截面设计 1、上弦杆截面计算根据查钢结构设计手册 取节点板厚度,支座节点板厚度。计算长度 屋架平面内 因故截面选用两个不等肢角钢短肢相并设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面按最大内力计算 计算长度屋架计算平面内取节间轴线长度屋架平面外根据支撑布置取计算需要净截面面积、选用（短肢相并） 按所选角钢进行截面验算满足要求。 3、斜杆截面计算 斜杆1-13 因为 故采用不等肢角钢长肢相并使需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。 斜杆13-2计算需要净截面面积、选用 按所选角钢进行截面验算满足要求。 斜杆2-15 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。 斜杆15-3 计算需要净截面面积、选用 按所选角钢进行截面验算满足要求。斜杆3-17 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。斜杆17-4 计算需要净截面面积选用 按所选角钢进行截面验算满足要求。斜杆4-19 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。斜杆19-5计算需要净截面面积选用 按所选角钢进行截面验算满足要求。 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 不满足长细比的要求因此需从选截面根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面满足验算要求，通过比较取截面的角钢斜杆5-22腹杆5-33和33-22同时兼有拉力和压力压力分别为和拉力分别为和结构可能出现拉力或压力因此取最大压力或最大拉力进行验算 则计算需要净截面面积选用 按所选角钢进行截面验算满足要求。 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：选用 按所选角钢进行截面验算满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。综上选用的角钢 斜杆20-33计算需要净截面面积：选用 按所选角钢进行截面验算：满足要求。4.、竖杆截面计算边竖杆1-12 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。 竖杆2-14 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。竖杆3-16 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。竖杆4-18 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。 竖杆21-33 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。竖杆5-20 计算长度 设： 杆件为b类截面 查表 需要的回转半径：根据需要的A、ix、iy,查角钢型钢表 选 满足长细比的要求。由于只需求出查表 ，查轴心受压构件的稳定系数表所选截面合适。中竖杆6-22 计算长度 中竖杆没有轴力按刚度要求计算选用 采用十字连接 满足要求刚度。 屋架杆件一览表杆件杆内力 (KN)计算长度截面形式及角钢规格截面积（mm2)回转半径长细比容许长细比(N/mm2)loxloyix(cm)iy(cm)max上弦杆-731.7515073014短 肢 相 并 2L180×110×1688283.068.9250150196下弦杆1432.3430006000短 肢 相 并 2L180×110×1477943.088.8798350184斜腹杆1-13-731.7525302530长 肢 相 并 2L140×90×1252804.443.856615017913-2587.09209026132L80×1030302.423.89 873501942-15-488.05229128642L90×1240702.714.32 8515018415-3359.68 229128642L75×823002.283.65 1003501003-17-274.98 249931242L80×1030302.423.89 10415017217-4175.93 249931242L45×610151.362.44 1843501744-19-123.93 271233902L70×513742.163.39 12615020119-5106.48 271233902L70×513742.163.39 1261501515-22274.79 230146022L70×513742.163.39 10735020020-3345.35 166620832L45×58581.372.42 12235050竖杆1-12-35.28 200520052L45×58581.372.42 1471501202-14-65.16 183222902L56×510821.722.85 1071501183-16-65.16 207225902L56×510821.722.85 1211501404-18-65.16 231228902L56×510821.722.85 1351501655-20-97.74 255231902L70×513742.163.39 11915016133-21-65.16 127615952L56×510821.722.85 75150346-220.00 27923490十字型2L45×58581.372.26 01500五、节点设计1、可设计“1”、“2”、“15”、“33”、“22”、“6”。选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值、下弦节点“2”的设计斜杆2-13 取采用三面围焊，肢背和肢间焊缝，所需要的焊缝长度：肢背取肢背焊缝长度肢尖取肢尖焊缝长度斜杆2-15 采用三面围焊，肢背和肢间焊缝，所需要的焊缝长度：肢背取肢背焊缝长度肢尖取肢尖焊缝长度竖杆2-14采用三面围焊，肢背和肢间焊缝，所需要的焊缝长度：因为 应按两面侧焊缝计算肢背取肢背焊缝长度肢尖取肢尖焊缝长度下弦杆所需焊缝长度按构造规定要大于及根据腹杆焊缝长度绘出节点板尺寸为395×355×14下弦节点板连接焊缝长度为395 焊缝所受力为受力较大的肢背处焊缝应力为满足要求。下弦节点板详图如下： 下弦节点各杆肢背、肢尖尺寸杆件肢背（mm）肢尖（mm）2-136196mm取200mm666mm取70mm2-1510118mm取120mm1031mm取80mm3-156154mm取160mm647mm取50mm3-178123mm取130mm862mm取70mm4-17593mm取100mm530mm取45mm4-19587mm取90mm543mm取50mm5-19577mm取80mm539mm取45mm5-225139mm取140mm541mm取50mm2上弦节点 2-13杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点2中2-13杆计算相同，1-13杆 采用三面围焊，肢背和肢间焊缝，所需要的焊缝长度：肢背取肢背焊缝长度肢尖取肢尖焊缝长度上弦节点各杆肢背、肢尖尺寸杆件肢背（mm）肢尖（mm）13-110232mm取240mm10134mm取140mm13-28197mm取200mm865mm取70mm15-210118mm取120mm1030mm取45mm15-36154mm取160mm647mm取50mm17-38123mm取130mm865mm取70mm17-4593mm取100mm557mm取60mm19-4587mm取90mm543mm取50mm19-5577mm取80mm539mm取45mm20-5571mm取80mm536mm取45mm20-33538mm取50mm522mm取45mm上弦采用槽焊缝连接、槽焊缝按两条角焊缝计算 节点板尺寸为385×495 设肢尖焊缝，假定集中荷载P与上弦垂直肢背验算肢背满足要求。脚肢焊缝验算： 3、屋脊节点22屋脊处上弦杆采用同号角钢进行拼接竖杆6-22杆端焊缝按构造取 ，上弦与节点板的连接焊缝、角钢肢背采用塞焊缝、并假定仅承受屋面板传来的集中荷载，可不做计算取拼接角钢的长度取700mm>2×330+20=680mm上弦肢尖与节点板的连接焊缝应按上弦内力的15计算，设肢尖焊缝为 节点板长度为600mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算为 焊缝应力为拼接角钢竖肢需要切去的高度为竖肢余留高度70mm。斜腹杆22-5采用三面围焊，肢背和肢间焊缝，所需要的焊缝长度：肢背取肢背焊缝长度肢尖取肢尖焊缝长度 下弦跨中节点采用同号角钢拼接，为使拼接角钢与弦杆之间密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角消除，且截去垂直肢部分宽度拼接角钢这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算拼接角钢的总长度 取下弦杆与节点板之间的连接焊缝按构造设计弦杆与节点板连接焊缝计算按下弦杆内力的15计算设肢背和肢尖焊缝肢背取肢背焊缝长度肢尖取肢尖焊缝长度节点图如下：5、支座1节点 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离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取460×80×12mm，节点取460×380×14mm的钢板。（1）支座底板的计算支座反力RA=RB=651.6KN 按构造要求采用底板面积为a×b=320×360mm2如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力R，则承压面积为320×（2×80+14）=55688mm2验算柱顶混凝土的抗压强度：=R/Au=651.6×103/55680=11.7N/mm2fc=12.5N/mm2满足。 底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支承，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距为：M=式中 底板下的平均应力，=10N/mm2； 2两支承边之间的对角线长度，2=156.06mm； 系数，由b2/a2决定。b2=80×（140-6）/156.06=68.69，b2/a2=68.69/156.06=0.44，查表得=0.045，故M=0.045×10×165.62=12307.66Nmm。底板厚度t=18.53mm，取t=20mm。（2）加劲肋与节点的连接焊缝计算加劲肋高度取=136.9N/mm2160N/mm2（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力R=651.6kN，其中每块加劲肋各传R/4=162.9kN，节点板传递R/2=325.8kN。节点板与底板的连接焊缝计算长度=2×（320-16）=608mm，取lw=610mm。所需要的焊脚尺寸为h(325.8×103)/(0.7×610×160×1.22)=3.91mm，取h=6mm。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为=（80-15-16）×2=98mm。所需要的焊缝尺寸为h(325.8×103)/(0.7×98×160×1.22)=24.33mm，取h=25mm，节点图如下图所与支座节点板相同，厚度取与中节点板相同，一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一支座反力。R/4=651.6×103/4=162.9×103N，M=Ve=162.9×103×50=8.15×106Nmm设焊缝hf=8mm，焊缝计算长度lw=460-16-15=429mm，则焊缝应力为f=(651.6×103)/(2×0.7×8×429)=135.6N/mm2，f=(6×8.15×106)/(2×0.7×8×4292)=23.7N/mm2， =136.4N/mm2160N/mm2（3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝设焊缝传递全部支座反力R=651.6kN，其中每块加劲肋各传R/4=162.9kN，节点板传递R/2=325.8kN。节点板与底板的连接焊缝计算长度=2×（320-16）=608mm，取lw=610mm。所需要的焊脚尺寸为h(325.8×103)/(0.7×610×160×1.22)=3.91mm，取h=6mm。每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为=（80-15-16）×2=98mm。所需要的焊缝尺寸为h(325.8×103)/(0.7×98×160×1.22)=24.33mm，取h=25mm，节点图如下图所示。其他节点设计方法与上述方法类似。具体见屋架施工图。专心-专注-专业