鋼結(jié)構(gòu)課程設計計算書

1、<p>　　《鋼結(jié)構(gòu)設計》課程設計計算書</p><p><b>　　一、題目</b></p><p>　　普通鋼屋架設計，并繪制屋架支撐、檁條布置圖和屋架施工圖</p><p><b>　　二、工程概況</b></p><p>　　某車間廠房總長度約為108m。車間設有兩臺30噸中級工作

2、制吊車。車間無腐蝕性介質(zhì)。該車間為單跨雙坡封閉式廠房，屋架采用三角形桁架式鋼屋架（見圖1），屋架下弦標高為9m，其兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為400㎜×400㎜，混凝土強度等級為C20。</p><p>　　屋面采用彩色壓型鋼板加保溫層屋面，C型檁條，檁距為1.5m~2.2m。</p><p>　　芬克式

3、 豪式</p><p>　　圖1 三角形桁架式鋼屋架示意圖</p><p><b>　　三、設計資料</b></p><p>　　按表1選取屋架形式、坡度、柱距、跨度和所在地區(qū)的雪荷載。</p><p>　　屋面恒荷載(包括屋面板、保溫層、檁條、屋架及支撐等)水平投影標準值為0.50kN/㎡。屋面活荷

4、載標準值為0.30kN/㎡。不考慮積灰荷載、風荷載。雪荷載（kN/㎡）見表1，不考慮全垮積雪不均勻分布情況。</p><p>　　荷載規(guī)范規(guī)定屋面活荷載與雪荷載不同時考慮,而采用其中較大者。本設計中活荷載均小于雪荷載，故只需考慮恒載和雪荷載的組合。這種組合分全跨雪荷載和半跨雪荷載兩種情況，即內(nèi)力組合為“恒+全”和“恒+半”兩種組合值。</p><p>　　結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為γ0=1.0。屋架

5、采用Q235B鋼，焊條采用E43型。</p><p><b>　　四、設計內(nèi)容與要求</b></p><p>　　1.材料的選擇：包括屋架所采用的鋼材的品種，螺栓的種類及規(guī)格，焊條的型號等。</p><p>　　2.確定屋架的形式，計算屋架各桿的幾何尺寸。</p><p>　　3.布置屋架及屋蓋支撐，畫出屋蓋支撐、檁條布

6、置圖(1號圖紙鉛筆圖一張)。</p><p>　　4.進行屋架結(jié)構(gòu)設計，提出結(jié)構(gòu)計算書一份。</p><p>　　5.繪制屋架施工圖(1號圖紙鉛筆圖一張)，其主要內(nèi)容包括：屋架的正面圖，上、下弦平面圖，側(cè)面圖和設有垂直支撐、系桿處必要的剖面圖，正面圖中沒表示清楚的零件詳圖、屋架簡圖、材料表等。</p><p>　　6.制圖按中華人民共和國國家標準，《房屋建筑制圖統(tǒng)一

7、標準》(GB/T50001-2001)，《建筑結(jié)構(gòu)制圖標準》(GB/T50105-2001)。 </p><p><b>　　五、參考資料</b></p><p>　　(1)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)</p><p>　　(2)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50017-2003)</p><p>　　(3

8、)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》 </p><p>　　(4)《鋼結(jié)構(gòu)設計手冊（上冊）》 </p><p>　　六、計算書撰寫規(guī)范之一</p><p><b>　　設計資料</b></p><p>　　某工程為跨度為21m的單跨雙坡封閉式廠房，總長度為40m，采用三角形桁架式鋼屋架即芬克式鋼屋架，屋面坡度i=1:2.5，屋架間

9、距為6.0m，車間設有兩臺30噸中級工作制吊車，屋架鉸接于鋼筋混凝土柱上，上柱截面尺寸為400mm*400mm，混凝土強度等級為C20，無吊頂，屋架下弦標高為10m，屋面材料采用彩色壓型鋼板加保溫層屋面，C型檁條，屋面恒荷載標準值為0.5KN/m2，屋面活荷載標準值為0.2 KN/m2，基本雪壓為0.3 KN/m2，不考慮積灰荷載、風荷載，不考慮全跨積雪不均勻分布情況。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ=1.0，屋架采用Q235B鋼，焊條采用E43型&l

10、t;/p><p>　　2．屋架形式和幾何尺寸</p><p>　　屋架形式和幾何尺寸如下圖1</p><p>　　圖1 屋架形式和幾何尺寸</p><p>　　檁條支承于上弦節(jié)點，屋架坡度為a=arctg1/2.5=22º´，檁距為1.818m</p><p><b>　　3．支撐布置<

11、/b></p><p>　　上弦橫向水平支撐設置在房屋兩端及伸縮縫處第一開間內(nèi)，并在相應開間屋架跨中設置垂直支撐。</p><p>　　上弦橫向水平支撐在交叉點處與檁條相連。故上弦桿在屋架平面外的計算長度等于其節(jié)間幾何長度。</p><p>　　在其余開間屋架下弦跨中設置一通長水平柔性系桿。下弦桿在屋架平面外的計算長度為屋架跨度的一半。</p>

12、<p><b>　　4.荷載計算</b></p><p>　?。?）永久荷載標準值：</p><p>　　屋面恒荷載標準值Gk=0.50 kN/m2。</p><p>　　屋面活荷載標準值Qk=0.20 kN/m2。</p><p>　　屋面雪荷載標準值Sk=0.3 kN/ m2。</p><

13、;p>　?。?）上弦的集中荷載和節(jié)點荷載永久值。</p><p>　　檁條上傳來給屋架上弦桿的集中荷載標準值P=0.5*6*1.818/cosα=5.88 KN</p><p>　　節(jié)點永久荷載標準值：P’=P=5.88KN。.</p><p>　　圖2 上弦的集中永久荷載計算簡圖</p><p>　?。?）上弦的集中雪荷載及節(jié)點雪荷載

14、</p><p>　　P1=0.3*6*1.818/cosα=3.53KN。</p><p>　　節(jié)點雪荷載標準值：P2=P1=3.53KN。</p><p>　　（4）荷載規(guī)范規(guī)定屋面活荷載與雪荷載不同時考慮，而是采用其中較大者。本例中只需考慮恒載和雪荷載的組合。</p><p>　　荷載組合：1.2x永久荷載+1.4x雪荷載。</p

15、><p><b>　　5．內(nèi)力計算</b></p><p>　　內(nèi)力組合：桿件以受拉為正，受壓為負（表1）。</p><p><b>　　上弦桿內(nèi)力計算</b></p><p><b>　　表1</b></p><p>　　6.屋架桿件截面的選擇</p

16、><p>　?。ǎ保┱麄€上弦桿采用等截面通長桿，以避免采用不同截面時的桿件拼接。取等肢雙角鋼L90x8</p><p>　　上弦桿各桿內(nèi)力中屬1—2桿壓應力最大，故上弦桿只要對1—2進行驗算即可，包括強度驗算，剛度驗算，穩(wěn)定性驗算。</p><p>　　整個下弦不改變截面，采用等截面通長桿。取等肢雙角鋼L80x7</p><p>　　下弦桿等截面

17、，取最大應力桿驗算，取9—10桿。</p><p>　　下弦桿取桿段9—10的強度條件選擇截面，拉桿，故不做穩(wěn)定性驗算。</p><p><b>　　腹桿選截面</b></p><p>　　拉桿進行強度和剛度驗算，壓桿進行穩(wěn)定性和剛度驗算。由于壓桿種類較多，力也較多，所以對腹桿做截面選擇時應根據(jù)內(nèi)力情況分類，首先，對2—8，3—8，5—11，6

18、—11桿內(nèi)力相等，選取單肢等邊角鋼L45x4同一截面，對于桿4—9選等肢雙角鋼L50x5，此類桿件受壓，需進行穩(wěn)定性驗算。而桿件4—8和4—11受拉，故不需進行穩(wěn)定性驗算，選等肢雙角鋼L34x4.7—11桿取等肢雙角鋼L50x5，中間零桿取等肢雙角鋼L63x5.此類桿屬于拉桿也不用進行穩(wěn)定性驗算。各桿相關參數(shù)參見屋架桿件截面選用表2：</p><p><b>　　表2</b></p&g

19、t;<p><b>　　7. 節(jié)點設計</b></p><p>　　7.1 運輸單元劃分</p><p>　　根據(jù)運輸允許的最大尺寸，把屋架劃分為四個運輸單位，左右兩榀小桁架，跨中一段水平下弦桿和中央弦桿在節(jié)點7，9和9‘處設置工地拼接，節(jié)點10處工地連接。 角焊縫強度設計（E43型焊條） </p><p>　　7.2 形心距離

20、確定</p><p>　　屋架各桿件軸線至各桿件角鋼背面的距離Z0＇如表3，表中Z0為桿件重心線至角鋼背面的距離。</p><p>　　表3 屋架各桿件軸線至角鋼背面的距離Z0＇</p><p>　　7.3 桿件焊縫尺寸確定</p><p>　　屋架桿件焊縫尺寸如表4所示。

21、 表4</p><p><b>　　7.4節(jié)點設計</b></p><p><b>　　7.4.1支座節(jié)點</b></p><p><b>　?。?）下弦桿</b></p><p>　　內(nèi)力N=-164.94kN。根據(jù)書上表可得支座節(jié)點板厚度取8mm，則其他節(jié)點板厚

22、度取6mm，Q235B鋼。焊縫抗拉強度設計值為ft=160 N/ mm²。</p><p>　　取角鋼背部焊腳尺寸，角鋼趾部焊腳尺寸，其中K1=0.7，K2=0.3. </p><p><b>　　背部： </b></p><p><b>　　肢部：</b></p><p>　　背部實際焊

23、縫長度采用lw1 +2hf =103+10=113 取為120。</p><p>　　肢部實際焊縫長度采用lw2 +2hf =44+10=54 取為60。</p><p><b>　　圖3 支座節(jié)點</b></p><p>　?。?）上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算</p><p>　　N=177.67kN，P=6.00

24、kN（節(jié)點荷載）節(jié)點板與角鋼背部采用塞焊縫連接hf =5mm，其中P值很小，焊縫強度不必計算，肯定能滿足要求。</p><p>　　角鋼肢部焊縫承受全部軸心力N及其偏心彎矩M的共同作用，M=N（90- Z0＇）*10^-3=11544kN.m</p><p>　　取肢部焊腳尺寸hf =5mm，由節(jié)點板實際焊縫長度L=460mm，計算長度lw2 -2hf =450>60hf<

25、/p><p>　　因為有集中荷載，需要驗算焊縫的強度要求。</p><p><b>　?。?）底板計算</b></p><p>　　支座反力R=6x12=72kN。用C20混凝土 fc =9.6 N/ mm²錨栓直徑采用20，底板留U形孔，錨栓套版采用-70x20x70，孔徑22</p><p>　　底板與鋼筋混

26、凝土柱面間的接觸面面積 A=22x22-2x（4x5+0.5x×/4）=424.37</p><p>　　接觸面壓應力：q=R/A=1.697N/ mm²<fc。滿足混凝土軸心抗壓強度。底板尺寸定為axb=220mmx220mm。</p><p><b>　　（4）底板厚度</b></p><p>　　底板被節(jié)點板和

27、加勁肋劃分成四塊相鄰邊支承德小板，板中最大彎矩（取單位板寬計算）</p><p><b>　　，</b></p><p>　　支座節(jié)點板厚度為8mm，加勁肋厚度為6mm。</p><p>　　b1/ a1 =0.5 得=0.06，求的M=0.06x1.697x1.0x149.9^2=2287.9N.mm。底板厚度t≥16mm，取t=20mm

28、， 所以底板選用—220x220x20</p><p>　?。?）節(jié)點板、加勁肋與底板水平連接焊縫計算</p><p>　　因為底板為正方形，故節(jié)點和加勁肋與底板的連接焊縫各承擔50%軸力。</p><p>　?、俟?jié)點板與底板間水平連接焊縫</p><p>　　承受軸心力 N=R/2=72/2=36kN</p>&l

29、t;p>　　根據(jù)經(jīng)驗此類軸力較小，可以根據(jù)構(gòu)造要求選取腳焊縫 </p><p>　　選取hf =8mm.</p><p>　?、诩觿爬吲c底板間水平連接焊縫</p><p>　　選取hf =8mm。</p><p>　?。?）加勁肋與節(jié)點板豎向連接焊縫計算</p><p>　　加勁肋厚度選用6mm，與中間節(jié)點板同

30、厚。</p><p>　　每塊加勁肋與節(jié)點板間豎向連接焊縫受力：V=0.5x0.5R=18Kn</p><p>　　M=0.25Vxb=0.25x18000x220=0.99kN.m</p><p>　　焊縫計算長度 lw=(40+63)-10=93mm</p><p><b>　　需要</b></p>

31、<p>　　=0.86mm。 </p><p>　　構(gòu)造要求 </p><p>　　采用hf=5mm，滿足要求。</p><p>　　7.4.2上弦桿一般節(jié)點2，3，5，6，4</p><p>　　（1）按下面方法步驟和要求繪制節(jié)點詳圖圖4：</p><p>　　1）嚴格按幾何關系畫出匯交于節(jié)

32、點B的各桿件軸線（軸線至桿件角鋼背面的距離Z0＇按表3）；</p><p>　　2）節(jié)點板上部縮進上弦桿角鋼背面10mm、取上弦桿與短壓桿輪廓間距離為15mm和根據(jù)短壓桿與節(jié)點板間的連接焊縫尺寸等，確定節(jié)點板尺寸；</p><p>　　3）標注節(jié)點詳圖所需各種尺寸。</p><p>　　由于腹桿2—8，3—8，5—11，6—11內(nèi)力皆為壓力且相等。并且都是采用單角鋼

33、L45*5,故所有連接節(jié)點板同意采用同意型號。</p><p><b>　?。?）焊縫設計</b></p><p>　　以桿2—8為例計算（圖4a，4b）。N1=177.69 kN，N2=163.89 kN ，P=12kN。</p><p>　　節(jié)點荷載P全部由上弦桿角鋼肢背塞焊承受，因P值很小，焊縫強度不必計算。節(jié)點板厚度取6mm，角鋼厚度為

34、5mm，故取角鋼肢背焊腳尺寸，</p><p>　　背部實際焊縫長度采用50。</p><p>　　上弦桿角鋼肢尖角焊縫：取肢尖焊腳尺寸，承受節(jié)點兩側(cè)弦桿內(nèi)力差及其偏心彎矩M 的共同作用，其中</p><p>　　⊿=3.8kN； M=⊿N（90- Z0＇）x10-3=0.588kN.m</p><p><b>　　圖4 上弦節(jié)

35、點</b></p><p>　　由圖4a中量得實際焊縫長度l2=170mm,計算長度lw2=l2-2hf2mm=170-10=160mm</p><p><b>　　需要 </b></p><p><b>　　=0.78mm.</b></p><p>　　構(gòu)造要求 采取h

36、f=5mm，滿足要求。</p><p>　?。?）驗算無豎腹桿節(jié)點板穩(wěn)定（4-9）：</p><p>　　取受壓腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離c=80mm。節(jié)點板厚度t=8，c/t=10。因為c/t≤10(235/fy)½, 0.8betf=141452.8N > 33.47kN,故滿足要求。</p><p>　?。?）驗算單腹桿節(jié)

37、點板拉剪破壞（7-11）：</p><p>　　be=45+2*50*tan30°=102.8mm，則0.8betf=141452.8N >74.99kN, 滿足要求。</p><p>　　（5）驗算有豎腹桿節(jié)點板穩(wěn)定：</p><p>　　取受壓斜腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離c=80mm。節(jié)點板厚度t=8，c/t=10。因為c/t

38、≤15(235/fy)½,故滿足要求。</p><p>　　7.4.3屋脊拼接節(jié)點7</p><p>　　N=155.37kN P=12kN </p><p>　　拼接角鋼的構(gòu)造和計算</p><p>　　拼接角鋼采用與上弦桿截面相同的2∟90×8。拼接角鋼與上弦桿間連接焊縫的焊腳尺寸取hf=6mm。（見圖5）<

39、;/p><p>　　拼接接頭每側(cè)的連接焊縫共有四條，按連接強度條件需要每條焊縫的計算長度</p><p>　　拼接處左右弦桿端部空隙50mm，需要拼接角鋼長度</p><p>　　為了保證拼接處的剛度，實際采用拼接角鋼長度La=500mm。</p><p>　　此外，因屋面坡度較大，應將拼接接角鋼的豎肢剖口</p><p>

40、;　　3= 2×（90-8-18）/2.5=51.2mm 采用60mm，先鉆孔在切割，然后冷彎對齊焊接。</p><p><b>　　圖5 屋脊拼接節(jié)點</b></p><p><b>　　（2）繪制節(jié)點詳圖</b></p><p>　　繪制方法、步驟和要求與上弦一般節(jié)點B基本相同，腹桿與節(jié)點板間連接焊縫尺寸按

41、表4采用。為便于工地拼接，拼接處工地焊一側(cè)的弦桿一拼接角鋼和受拉主斜桿與跨中吊環(huán)桿上分別設置直徑為17.5mm和13mm的安裝螺栓孔。</p><p>　?。?）拼接接頭每側(cè)上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的計算</p><p>　　弦桿軸力的豎向分力V=Nsina-0.5P=74.99x0.3746-0.5x12=22.09kN</p><p>　　設角鋼背部的塞焊縫承

42、受豎向合力V的一半，取hf=5mm，焊縫的計算長度（0.5P很小，不計其偏心影響）</p><p>　　由圖量得實際焊縫長度遠大于lw1=9.86mm，因此認為焊縫滿足計算要求。由于內(nèi)力比較小，故可不進行焊縫強度驗算。</p><p>　?。?）驗算無豎腹桿節(jié)點板穩(wěn)定（4-9）：</p><p>　　取受壓腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離c=80mm。

43、節(jié)點板厚度t=8，c/t=10。因為c/t≤10(235/fy)½, 0.8betf=141452.8N > 33.47kN,故滿足要求。</p><p>　　（5）驗算單腹桿節(jié)點板拉剪破壞（7-11）：</p><p>　　be=45+2*50*tan30°=102.8mm，則0.8betf=141452.8N >74.99kN, 滿足要求。</p&

44、gt;<p>　　7.4.4 下弦一般節(jié)點8</p><p>　?。?）繪制節(jié)點詳圖6</p><p>　?。?）下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算</p><p>　　N1=164.97kN N2=134.98kN</p><p>　　⊿=164.97-134.98=29.99kN。 圖6

45、下弦一般節(jié)點</p><p>　　由節(jié)點詳圖中量得實際焊縫長度l1= l2=320mm，其計算長度</p><p>　　lw1= lw2=360mm（取hf=5mm）</p><p>　　需要 </p><p><b>　　構(gòu)造要求 。</b></p><p><b>

46、　　采用，滿足要求。</b></p><p>　　（3）驗算無豎腹桿節(jié)點板穩(wěn)定：</p><p>　　取受壓腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離c=80mm。節(jié)點板厚度t=8，c/t=10。因為c/t≤10(235/fy)½,故滿足要求。</p><p>　?。?）驗算單腹桿節(jié)點板拉剪破壞：</p><p>　

47、　be=45+2*50*tan30°=102.8mm，則0.8betf=141452.8N > 177.69kN, 滿足要求。</p><p>　　7.4.5下弦拼接節(jié)點9</p><p>　　N1=134.98kN N2=89.99kN</p><p><b>　?。?）拼接角鋼</b></p><p

48、>　　采用與下弦桿截面相同的2∟80×7。拼接角鋼與下弦桿間連接焊縫的焊腳尺寸取。</p><p>　　拼接頭每側(cè)的連接焊縫共有四條，按連接強度條件需要每條焊縫的計算長度</p><p>　　拼接處弦桿端部空隙取為10mm，需要拼接角鋼長度</p><p>　　為保證拼接處的剛度，實際采用拼接角鋼長度La=300mm.</p><

49、p><b>　?。?）繪制節(jié)點詳圖</b></p><p>　　匯交于節(jié)點9的屋架各桿軸線至角鋼背面的距離按表采用，腹桿與節(jié)點板間的連接焊縫尺寸按表采用。為便于工地拼接，拼接處弦桿和拼接角鋼的水平肢上設置直徑為17.5mm的安裝螺栓孔。節(jié)點詳圖如圖7所示。</p><p><b>　　圖7下弦拼接節(jié)點</b></p><

50、p>　?。?）拼接接頭一側(cè)下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算</p><p>　　取接頭兩側(cè)弦桿的內(nèi)力差△N和0.15Nmax兩者中的較大值進行計算。</p><p>　　⊿=134.98-89.99=44.99 kN</p><p>　　0.15Nmax=0.15x134.98=20.25 kN <△N</p><p>　　取△N=4

51、4.99kN計算，△N由內(nèi)力較大一側(cè)的下弦桿傳給節(jié)點板，由節(jié)點詳圖量得實際焊縫長度l1= l2=70mm。其計算長度lw1= lw2=70mm-10mm=60mm（取hf=5mm）</p><p><b>　　采用，滿足要求。</b></p><p>　?。?）驗算無豎腹桿節(jié)點板穩(wěn)定：</p><p>　　取受壓腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向

52、至弦桿的凈距離c=80mm。節(jié)點板厚度t=8，c/t=10。因為c/t≤10(235/fy)½,故滿足要求。</p><p>　?。?）驗算單腹桿節(jié)點板拉剪破壞：</p><p>　　be=45+2*50*tan30°=102.8mm，則0.8betf=141452.8N > 177.69kN, 滿足要求。</p><p>　　7.4.6下

53、弦中央節(jié)點10</p><p>　　按構(gòu)造要求確定各桿與節(jié)點板間的連接焊縫。節(jié)點詳圖如圖8所示。</p><p><b>　　圖8 下弦中央節(jié)點</b></p><p>　　7.4.7 受拉主斜桿中間節(jié)點11</p><p>　　設計計算與下弦一般節(jié)點8相同，節(jié)點詳圖如圖9所示。</p><p>

54、　?。?）驗算無豎腹桿節(jié)點板穩(wěn)定：</p><p>　　取受壓腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離c=80mm。節(jié)點板厚度t=8，c/t=10。因為c/t≤10(235/fy)½,故滿足要求。</p><p>　?。?）驗算單腹桿節(jié)點板拉剪破壞：</p><p>　　be=45+2*50*tan30°=102.8mm，則0.8betf=