吊车梁钢结构设计计算书.docx

钢结构设计计算
一、屋架类型
由于车间内部设有二台锻锤，厂房内桥式吊车为二台150/30t(中级工作制)，又具有加热设备炉。拟采用钢筋混凝土柱，梯形钢屋架，柱的混凝土强度等级为，屋面坡度为屋架跨度。
二、钢材及焊条
根据该地区的冬季计算温度和荷载性质，钢材钢材采用，屋架连接方法采用焊接，焊条选用型，手工焊。
三、屋架形式及几何尺寸
1、屋架计算跨度
屋架端部高度
屋架中部高度
屋架的高跨比
屋架沿水平投影面积分布的自重，按公式P=（0.12+0.011跨度）计算跨度（m）,即p=0.12+0.011×21=0.351kN/㎡，则 P=
2、支撑布置
根据车间长度，屋架跨度荷载情况，以及吊车、锻锤设置情况，布置三道上、下弦横向水平支撑，两道纵向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长布置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架编号为，其余编号均为，其中屋架间距取，两端和中间共6榀屋架。

四、荷载和内力计算
4.1荷载计算

永久荷载标准值：
三毡四油(上铺绿豆砂)防水层
水泥沙浆找平层
保温层
一毡二油隔气层
水泥沙浆找平层
预应力砼屋面板
屋架及支撑自重
合计
可变荷载标准值：
屋面活荷载
积灰荷载
合计
永久荷载设计值：
可变荷载设计值：
4.2荷载组合
4.2.1全跨永久荷载 +全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载：
支座反力：
4.2.2全跨永久荷载 +半跨可变荷载
屋架上弦节点荷载： P(全)
P（半）
4.2.3全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面荷载
全跨屋架和支撑自重产生 的节点荷载：
P(全)
P（半）

21米跨屋架几何尺寸

21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
4.3杆件内力计算

杆

件

名

称
杆内力系数（P=1）
组合一
组合二
组合三

计

算

内

力
全 垮
①
左半跨②
右半跨③
①
N(左)=P(全)×①+P（半）×②
N（右）=P（全）×①
+P（半）×③
N(左)=P(全)×①+P（半）×②
N（右）=P（全）×①
+P（半）×③

上

弦

杆
AB
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
BD
-7.472
-5.301
-2.162
-483.532
-392.222
-324.791
-158.233
-81.170
-483.532
DF
-11.262
-7.399
-3.923
-660.967
-576.936
-503.765
-222.229
-138.605
-660.967
FH
-12.18
-6.861
-5.319
-734.454
-600.911
-567.882
-213.998
-176.250
-734.454

下

弦

杆
ac
4.100
3.010
1.090
240.629
217.281
176.155
89.183
42.181
240.629
ce
9.744
6.633
3.081
571.875
505.880
429.154
199.943
112.255
571.875
eg
11.962
7.326
4.636
702.050
602.747
545.127
224.557
158.706
702.050
gh
11.768
5.884
5.884
709.61
564.629
564.629
188.523
188.523
709.61

斜

腹

杆
aB
-7.684
-5.641
-2.043
-463.345
-407.213
-330.144
-167.137
-79.058
-463.345
Bc
5.808
3.960
1.848
350.22
301.287
256.048
118.895
67.193
350.22
cD
-4.409
-2.633
-1.776
-265.86
-220.722
-202.365
-81.122
-60.143
-265.86
De
2.792
1.222
1.570
168.357
130.233
137.687
40.468
48.987
168.357
eF
-1.572
0.047
-1.525
-94.792
-59.595
-91.254
7.093
-43.274
-94.792
7.093
Fg
0.328
-1.039
1.367
19.78
34.480
43.26
-26.675
34.704
43.26
-26.675
gH
0.713
1.913
-1.200
41.84
63.909
-52.278
49.525
-32.071
63.909
-52.278

竖

杆
aA
-0.5
-0.5
0
-29.345
-29.345
-14.673
-14.13
-1.89
-29.345
cC
-1.0
-1.0
0
-60.03
-60.03
-28.26
-3.78
-60.03
eE
-1.0
-1.0
0
-60.03
-60.03
-28.26
-3.78
-60.03
gG
-1.0
-1.0
0
-60.3
60.03
-28.26
-3.78
-60.03

五、截面杆件设计
5.1 上弦杆
腹杆最大内力，节点板厚度选用，支座节点板厚度选用。整个上弦采用同一截面，
上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度；在屋架平面内，根据支撑布置和内力变化情况取。
因为，故截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。
设，按Q345号钢轴心受压构件属b类截面。查表得 。
需要截面面积：
需要的回转半径：

根据查角钢规格表选用，，
。
按所选角钢进行验算：（满足要求）
（满足要求）
双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比

，由，查表得
（满足要求）
所选截面如图：

5.2 下弦杆
整个下弦不改变截面，按最大内力设计。按下弦支撑布置情况：，因为，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并。
计算所需下弦截面净面积：
选用（短肢相并），截面如图5-2所示。
验算：如果连接的螺栓孔中心至节点板边缘距离不小于，螺栓孔对下弦截面的消弱可不考虑，所以.
（满足要求）
（满足要求）
（满足要求）每一个节间设一垫板。
5.3 端斜杆aB
，。如选用（长肢相并），则，。
验算： （满足要求）
（满足要求）

由，查表得
<f=310（满足要求）
截面如图5-3所示。

5.4 端斜杆Bc
,几何长度：

所需截面面积：
选用 ,则
验算：<f=310（满足要求）
（满足要求）
（满足要求）
截面如图5-4所示
5.5斜腹杆cD
，
选用，则
验算：（满足要求）
（满足要求）
（满足要求）
截面如图5-6所示。
5.6斜腹杆De
，

选用
验算： （满足要求）
（满足要求）
（满足要求）
5.7斜腹杆eF
，
选用
验算： （满足要求）
（满足要求）
由于，只需求，查表得
（满足要求）
5.8斜腹杆Fg
,，，

选用∟，则，，
对所选角钢进行验算： （满足要求）
（满足要求）
由于，只需求，查表得
（满足要求）
5.9 斜腹杆gH
,，

选用∟，则，，
对所选角钢进行验算： （满足要求）
（满足要求）
由于，只需求，查表得
（满足要求）
5.10竖杆aA、cC、eE、gG
其最大内力为，选用长细比较大的竖杆进行设计，则可保证其它竖杆的安全可靠性。
。内力较小，按各杆允许长细比选择角钢，所需回转半径为：
，
选用,则
（满足要求）
（满足要求）
由于，只需求，查表4.2得
（满足要求）
根据布置螺栓的要求，端竖杆及中间杆最小应当选用的角钢，采用十字形截面，
端竖杆aA:
查表得 ，

中间竖杆Ii:

由组成的十字形截面，（满足要求）
截面如图5-5所示

杆 件
杆内力（kN）
计算长度
截面形式及角钢规格
截面积
回转半径
长细比
容许
系数

长细比

上弦

-734.454
1507.5
3015
┘└短肢相并
2└110ⅹ70ⅹ10

3433

19.6

54.5

76.91

55.32

150

0.832

257.11
下弦

709.61
3000
6000
┘└短肢相并
2└100ⅹ63ⅹ8

2517

17.7

49.7

169.49

120.72

250

-
281.95
斜
腹
杆
aB
-463.345
2530
2530
┘└长肢相并
2└125ⅹ80ⅹ7

2819

40.2

32.5

63

77.8

150

0.646
254.42
Bc
350.22
2090.4
2613
┘└
2└63ⅹ5
1228
19.4
29.6
107.75
88.28
350
-
285.2
cD
-265.86
2291.2
2864
┘└
2└50ⅹ5
9606
15.3
24.6
149．75
116.42
150
-
276.76
De
168.357
2291.2
2864
┘└
2└63ⅹ5
9606
15.3
24.6
149.75
116.42
150
-
175.66
eF
-94.792
2499.2
3124
┘└
2└75ⅹ5
1482
23.3
34.5
107.26
90.55
150
0.508
125.90
Fg
43.26
-26.675
2499.2
3124
┘└
2└56ⅹ5
1083
17.2
26.9
145.3
116.1
150
0.326
122.529
gH
63.909
-52.278
2712
3390
┘└
2└63ⅹ5
1229
19.4
29.6
139.79
114.53
150
0.345
150.727
竖
杆
aA

-29.345
1791
1791
┘└
2└63ⅹ5

1229

17.2

26.9

150

0.749

31.879
cC
-60.03
1832
2290
┘└
2└56ⅹ4
1083
17.3
26.7
133.64
108.24
150
0.372
176.78
eE
-60.03
2072
2590
┘└
2└56ⅹ4
1083
17.3
26.7
134.4
107.4
150
0.437
-144.5
gG
-60.03
2312
2890
┘└
2└56ⅹ4
1083
17.3
26.7
134.4
107.4
150
0.372
-169.7

六、节点设计
6.1 下弦节点c
用焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。
设cB杆的肢背和肢尖焊缝，所需焊缝长度为：
肢背：，取
肢尖：，取
设cD杆的肢背与肢尖的焊缝为
肢背：，取
肢尖：，取
ac杆的内力很小，焊缝尺存可按构造确定取
根据以上取得的焊缝长度，并考虑杆尖之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图6-1-1从而确定节点板尺寸为。

下弦与节点板连接的焊缝长度为，寒风所受的力为左右下弦杆的内力差，受力较大的肢背处焊缝应力为
焊缝强度满足要求。
6.2 上弦节点
Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同，aB杆与节点板的焊缝尺寸按上述方法计算。

肢背：，实际取
肢尖：，实际取
为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背，上弦角钢与节点板间用槽焊连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力与上弦垂直。
根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度（见图6-2-1），焊缝计算长度，则肢背焊缝应力为：

肢尖焊缝承受弦杆内力差，
偏心距
偏心力矩
采用，则

6.3 屋脊节点H
设焊缝高度，则所需焊缝计算长度为：
,取
拼接角钢长度取
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，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 ：
焊缝应力为：

焊缝强度满足要求。

6.4 下弦跨中节点设计
跨中起拱，下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦相同截面,焊缝高度
焊缝长度,则取
连接角钢长度，则取。
肢尖切去截面消弱

6.5支座节点
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。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取，节点板取的钢板。
6.5.1 支座底板的计算
支座反力
按构造要求采用底板面积为如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力，则承压面积为:
验算拄顶砼的抗压强度：
（满足要求）
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撑，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距位：
式中：--底板下的平均应力，
--两支承边之间的对角线长度，
--系数，由

故
底板厚度,取
6.5.2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算
加劲肋高度取与支座节点板相同，厚度取值与中间节点板相同，一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力为四分之一的支座反力：

设焊缝 焊缝计算长度 ，则焊缝应力为：

6.5.3 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,其中每块加劲肋各传：.
节点板与底板的连接焊缝长度，所需焊角尺寸为：
，取
每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：
所需焊缝尺寸为：，
取，其它节点设计方法与上述方法类似，具体尺寸详见施工图。