钢结构计算报告书昆明理工大学钢结构专业课程设计.doc

课 程 设 计

课程名称： 钢构造设计
设计题目： 昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计
学 院： 土木工程学院
专 业： 土木工程、工程力学
年 级：
姓 名：
学 号： 1100
指引教师：
日 期：

教 务 处 制

课 程 设 计 任 务 书
土木工程学院 学院 土木工程 专业 年级
姓 名： 学 号： 1100
课程设计题目： 昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计
课程设计重要内容：
（一）设计资料
昆明地区某工厂金工车间，长度90m，柱距6m，车间内设有两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10~1/12。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm，混凝土C20，屋面活荷载0.50 kN/m2，屋面积灰荷载0.75 kN/m2，屋架跨度、屋架计算跨度、屋面做法和屋架端高按指定数据进行计算。
1、屋架跨度 （1）21m （2）24m
2、屋面计算跨度 （1）L0＝L （2） L0＝L-300mm
3、屋面做法 （1）有保温层 （2）无保温层
4、屋架端高 （1）h0=1.8m （2）h0=1.9m （3）h0=2.0m
（4）=2.1m

（二）设计规定
1、由构造重要性，荷载特性（静荷），连接办法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。
2、合理布置支撑体系，重要考虑
（1）上弦横向水平支撑
（2）下弦横向水平支撑
（3）垂直支撑
（4）系杆（刚性或柔性）
并在计算书上画出屋盖支撑布置图，并对各榀屋架进行编号
3、荷载及内力计算
（1）屋面恒载计算。
（2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同步考虑。
（3）屋面积灰荷载属于可变荷载。
（4）运用构造对称性，仅计算屋架左半跨杆件内力。
（5）计算屋架杆力时，应考虑三种荷载组合。
（6）将屋面分布荷载转化为屋架节点荷载，运用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。 （7）拟定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力）
4、杆件截面选取
（1）屋架杆件常采用双角钢组合构成T形截面或十字形截面，要依照λx=λy等稳条件选取合理截面形式。
（2）对的拟定杆件长细比，由轴心受力杆件拟定杆件截面及填板数量。
（3）设计小组内每位同窗所计算上弦杆，下弦杆，斜杆截面选取过程要在计算书内详细阐明，别的杆件截面选取可按同组内其她同窗计算成果统一列表取用。
（4）杆件截面规格不适当过多，与垂直支撑相连竖杆截面则不适当不大于2L63×5。
5、节点设计
（1）熟知节点设计基本规定及普通环节。
（2）要在计算书内写出普通上下弦节点，下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程。
6、屋架施工图
（1）用铅笔绘制1#施工图
（2）施工图应涉及
①屋架简图（比例1∶100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及起拱度。
②屋架正面图，上、下弦平面图（轴线比例1：20，杆件、节点比例1：10）。
③侧面图，剖面图及零件详图。
④注明所有零件编号，规格及尺寸（涉及加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工规定。
⑤材料表（一榀屋架材料用量）。
⑥阐明（钢号、焊条型号、起拱规定、图中未注明焊缝尺寸和油漆规定等）。

设 计 指 导 教 师 （签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年 月 日

计算书
1.屋架及支撑形式:

2.荷载何内力计算
1)荷载原则值 永久荷载原则值：
20mm厚水泥砂浆找平层： 0.4 kN/m2
三毡四油防水层： 0.4 kN/m2
预应力钢筋混凝土大型屋面板： 1.4 kN/m2
屋架和支撑自重： (0.117+0.011L)=(0.117+0.011×21)=0.348 kN/m2
可变荷载原则值：
屋面活荷载： 0.5 kN/m2
屋面积灰荷载： 0.75 kN/m2
2）节点荷载计算
①全跨屋面永久荷载作用下
P=（1.4+0.4+0.4+0.348）×6×1.6=2.548×6×1.5=22.932（kN）
②全跨可变荷载作用下
P=0.5×6×1.5+0.75×0.9×6×1.5=（0.5+0.9×0.75）×6×1.5=10.575（kN）
③当基本组合由可变荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为
1.2×22.932+1.4×（0.5+0.9×0.75）×6×1.5
=1.2×22.932+1.4×10.575=42.323（kN）
当当基本组合由永久荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为
1.35×22.932+1.4×（0.7×0.5+0.9×0.75）×6×1.5
=30.958+12.915=43.873（kN）
由上可知，本工程屋面荷载组合由永久荷载效应控制，节点集中力设计值取 P=43.873 (kN)。
④屋架节点荷载计算计算是考虑下列三种荷载组合状况：
全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载
全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载（左）
屋架及支撑自重+半跨屋面板自重（左）+半跨屋面活荷载（左）
设：——由永久荷载换算得节点集中荷载；
——由可变荷载换算得节点集中荷载；
——由某些永久荷载（屋架及支撑自重）换算得节点集中荷载；
——由某些永久荷载（屋面板重）和可变荷载（屋面活荷载）换换算得节点集中荷载。
则：=1.35×22.932=30.958（kN）
=1.4×（0.7×0.5+0.9×0.75）×6×1.5=12.92（kN）
=1.35×0.348×6×1.5=5.47（kN）
=（1.35×1.4+1.4×0.5）×6×1.5=23.31（kN）

内力计算杆 力 组 合 表
名

称
杆
件
编
号
杆件内力系数
杆件内力
计
算
杆
力（KN）
P=1
第一组
组合
第二组
组合
第三组
组合
左
右
全
(P1+ P2)③
P1③+P2①
P3③+P4①
①
②
③
④
⑤
⑥
上弦
AB
0
0
0
0
0
0
0
BD
-5.34
-2.20
-7.54
-328.126
-302.416
-165.72
-328.126
DF
-7.26
-3.91
-11.17
-490.117
-439.600
-230.33
-490.117
FH
-6.78
-5.28
-12.06
-529.169
-460.951
-224.01
-529.169
下弦
ab
+3.17
+1.67
+4.84
212.370
190.793
+100.37
212.370
bc
+6.62
+3.09
+9.71
426.055
386.133
207.43
426.055
cd
+7.24
+4.61
+11.85
519.954
460.393
+233.58
519.954
de
+5.83
+5.83
+11.66
511.618
436.294
+199.68
511.618
斜
腹杆
aB
-5.17
-2.10
-7.27
-318.993
-291.861
-160.28
-318.993
Bb
+3.87
+1.84
+5.71
250.543
226.771
+121.44
250.543
bD
-2.57
-1.78
-4.35
-190.869
-167.872
-83.70
-190.869
Dc
+1.19
+1.58
+2.77
121.542
101.129
+42.89
121.542
cF
-0.03
-1.54
-1.57
-68.889
-48.992
-9.29
-68.889
Fd
-1.05
+1.38
+0.33
14.480
-3.350
-22.67
-22.67
dH
+2.13
-1.36
+0.77
33.786
51.357
+53.86
+53.86
竖腹杆
Aa
-0.50
0
-0.50
-21.939
-21.939
-14.39
-21.939
Cb
-1.00
0
-1.00
-43.878
-43.878
-28.78
-43.878
Ec
-1.00
0
-1.00
-43.878
-43.878
-28.78
-43.878
Gd
-1.00
0
-1.00
-43.878
-43.878
-28.78
-43.878
He
0
0
0
0
0
0
0

3.杆件截面选取
(1)上弦杆(选用两根不等边角钢短肢相并)
=-529.169kN（最大） =150.8cm =301.6cm
腹杆=318.993kN,查表2.8得节点板t=10mm，支座节点板厚度t=12mm
假定λ=60，φ=0.807，
，
选用2L125×80×8短肢相并，A=31.978
＝2.28cm，＝6.07cm
验算：
=150
=150
由于
因此
由表查得,=214
（2）下弦杆
=519.954kN，=300 cm ，=1050cm ，节点板t=10mm,支座节点板t=12mm， λ=60 ，φ=0.807

，
选用2L125×80×8短肢相并A=31.978
＝2.28cm，＝6.07cm
验算：=350
=350
由于
因此
=162.6
（3）端斜腹杆aB
=-318.993kN，==270.9cm ，t=10mm，λ=60 ，φ=0.807

，
选用2L100×80×7长肢相并，A=19.312
＝2.39cm，＝4.71cm
验算：=150
=150
由于
因此
查表得
=209.62
Bd,bD,Dc同aB,计算长度=0.8
（4）斜杆cF
=-68.889kN，=0.8322.6 =258.08cm ，=322.6cm ，t=10mm，λ=60 ，φ=0.807

，
选用2L75×50×5，A=12.25c㎡。长肢相并
＝2.39cm，＝2.20cm
验算
=150
=150
由于
因此
由查表
=183.78
Fd dH同cF计算长度=0.8
(5)竖杆Gd
=-43.878kN，=0.8300 =240cm，=300cm
内力小，按[λ]选取
，
选取2L50×5 A=9.606c㎡ =1.53≈1.6cm =2.45cm
EC， Cb同Gd =0.8 Aa也同Gd =
屋架杆件截面选取表
名称
杆件
编号
内力
（ＫＮ）
计算长度（cm）
截面形式和规格
截面面积(cm2)
回转半径
(cm)
长细比
容许
长细比λ
稳定
系数
计算应力N/mm2
端部焊缝
Ｈf－Ｌω
Lox
Loy
ix
iy
λx
λy

肢背
肢尖
上弦
FH
-529.169
150.8
301.6
2L125×80×8
短肢相并
31.978
2.28
6.07
66.14
49.69
150
0.773
214

下弦
cd
519.954
150
1050
2L125×80×8
短肢相并
31.978
2.28
6.07
65.79
172.98
350

162.6

斜
腹
杆
aB
-318.993
270.9
270.9
2L100×80×7
长肢相并
19.312
2.39
4.71
113.35
57.52
150
0.788
209.62
8- 140
6- 100
Bb
250.543
215.9
269.9
2L100×80×7
长肢相并
19.312
2.39
4.71
90.33
57.30
350

129.73
8—
120
6-- 80
bD
-190.869
237.04
296.3
2L100×80×7
长肢相并
19.312
2.39
4.71
99.18
62.91
150
0.759
130.22
8- 90
6- 70
Dc
121.542
236.24
295.3
2L100×80×7
长肢相并
19.312
2.39
4.71
98.84
62.70
350

62.94
8- 60
6- 60
cF
-68.889
258.08
322.6
2L75×50×5
长肢相并
12.25
2.39
2.20
107.98
146.64
150
0.306

183.78
5- 50
4- 50
Fd
-22.67
257.28
321.6
2L75×50×5
长肢相并
12.25
2.39
2.20
107.65
146.18
150
0.308
60.08
5- 50
4- 50
dH
+53.86
279.12
348.9
2L75×50×5
长肢相并
12.25
2.39
2.20
116.79
158.59
350

43.97
5--
50
5--
50
竖
腹
杆
Aa
-21.939
210
210
2L50×5
9.606
1.53
2.45
137.25
85.71
150
0.614
37.20
5--
50
5--
50
Cb
-43.878
192
240
2L50×5
9.606
1.53
2.45
125.49
97.96
150
0.539
84.74
5--
50
5--
50
Ec
-43.878
216
270
2L50×5
9.606
1.53
2.45
141.18
110.20
150
0.468
97.60
5--
50
5--
50
Gd
-43.878
240
300
2L50×5
9.606
1.53
2.45
156.86
122.45
150
0.405
112.78
5--
50
5--
50
He
0
=283.5
2L70×5 十字形截面
13.75

_

4.节点板计算
(1)上弦节点 “B”。节点板尺寸为-25034010
，只要计算Ba杆即可。
对aB杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：
肢背：，取140mm
肢尖：，取100mm
对bB杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：
肢背：，取110mm
肢尖：，取80mm

为了便于在上弦搁置大型屋面板，节点板上边沿可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这时，
承受集中力P=43.873kN

肢尖焊缝承担弦杆内力差△N=318.993-0=318.993kN=318993N
偏心矩e=8-1.9=6.1cm
M=△N·e=318993×61=19458573N·mm，,则

上弦节点 “D”。节点板尺寸为-0010
只要计算Db杆。
对Db杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：
肢背：，取90mm
肢尖：，取70mm
对Dc杆，肢背肢尖焊缝分别采用和6mm，则所需焊缝长度为：
肢背：，取60mm
肢尖：，取60mm
为了便于在上弦搁置大型屋面板，节点板上边沿可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这时，
承受集中力P=43.873kN

肢尖焊缝承担弦杆内力差△N=190.869-0=190.869kN=190869N
偏心矩e=8-1.9=6.1cm
M=△N·e=190869×61=11643009N·mm，,则

上弦节点 “F”。节点板尺寸为-18026010
只要计算Fc杆。
对Db杆，肢背肢尖焊缝分别采用和4mm，则所需焊缝长度为：
肢背：，取60mm
肢尖：，取50mm
对Db杆，肢背肢尖焊缝分别采用和4mm，则所需焊缝长度为：
肢背：
肢尖：
节点板上边沿可缩进肢背8mm，用塞缝连接，这时，
承受集中力P=43.873kN

肢尖焊缝承担弦杆内力差△N=68.889-0=68.889kN=68889N
偏心矩e=8-1.9=6.1cm
M=△N·e=68889×61=4202229N·mm，,则

对于节点“C”“E”“G”,所受内力较小，杆件Aa,Cb,Ec,Gd采用焊缝脚寸，最小焊缝长度。
（2）下弦节点板b设计：角焊缝强度设计值
Bb杆肢背和肢尖焊缝分别采用
肢背： 取120mm
肢尖：取80mm
Db杆同理计算
取90mm
取60mm
Cb杆内力很小，，依照构造绘出节点大样图，可知节点板尺寸为
290×265mm
下弦杆与节点板连接焊缝长度为290mm，

61.14<160() 满足强度规定
下弦节点板c设计：角焊缝强度设计值
Dc杆肢背和肢尖焊缝分别采用
肢背 取60mm
肢尖：取40mm
Fc杆同理计算
肢背 取40mm
肢尖 取40mm
Ec杆内力很小，，依照构造绘出节点大样图，可知节点板尺寸为
160×175mm
下弦杆与节点板连接焊缝长度为160mm

55.89() <160() 满足强度规定
下弦节点板d设计：角焊缝强度设计值
Fd杆肢背和肢尖焊缝分别采用
肢背 取40mm
肢尖：取40mm
Hd杆同理计算
肢背 取40mm
肢尖 取40mm
Gd杆内力很小，，依照构造绘出节点大样图，可知节点板尺寸为
140×180mm
下弦杆与节点板连接焊缝长度为140mm

5.72() <160() 满足强度规定
(3)支座节点板“a”计算
支座反力R=7x43.873=307.111KN

支座底板取用30cmx20cm。若仅考虑有加筋肋某些底板作为有效面积，则底板承受均布反力为
q=R/An=307111/(300x200)=5.119(N/m㎡)
底板厚度按两邻边支撑而另两邻边自由板计算；

查表2.9β=0.029，则板单位宽度最大弯矩为
M=βq=0.029×5.119×172×172=4392(N/mm)
底板厚度为
取t=12mm
底板尺寸为-300×200×12（mm)
加筋肋与节点板焊缝计算：一种加筋肋连接焊缝所承受偏心荷载，偏于安全取屋架支座反力四分之一

(N.mm)
设焊缝=8mm,焊缝计算

则

节点板 加筋肋与地板连接焊缝计算：设焊缝传递所有支座反力R=307.111KN
初设。实际焊缝总长度为

取820mm
所需焊缝尺寸，
采用
(4)屋脊节点H，采用同号刚拼接，切角某些
最大内力杆为544.15KN
取160mm
拼接角钢总长,取400mm
切掉=23mm 取30mm
计算屋脊处弦杆与节点板连接焊缝，取

按构造规定决定节点板尺寸。