21m跨钢结构课程设计计算书.docx

钢结构课程设计计算书
一、设计资料
某厂房总长90ｍ，跨度21m，屋盖体系采用1.5×6.0预应力混凝土屋板
1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度。
2、屋架及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。屋架采用的钢材为Q345钢，焊条为E50型。
3屋盖荷载标准值：见下表

荷载类型
荷载名称
荷载标准值（KN/m2）
永久荷载
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层
0.4
水泥砂浆找平层
0.4
保温层
0.55
一毡二油隔气层
0.05
水泥砂浆找平层
0.3
预应力混凝土屋面板
1.45
屋架自重
0.12+0.11x21=0.351
可变荷载
屋面活荷载标准值
0.7
积灰荷载
1.0
雪荷载
0.35

二、屋架尺寸及几何形式：如下图
三、 荷载计算
1.永久荷载各项标准值为
三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.4 KN/m2
水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2

保温层 0.55 KN/m2
一毡二油隔气层 0.05 KN/m2
水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2
预应力混凝土屋面板 1.45 KN/m2
屋架自重 0.12+0.11x21=0.351 KN/m
则永久荷载标准值为： 3.501 KN/m
2.可变荷载各项标准值为
屋面活荷载标准值： 0.7 KN/m
积灰荷载： 1.0 KN/m
雪荷载： 0.35 KN/m
则活荷载标准值为： 0.7+1.0=1.7 KN/m
（活载与雪载同时出现，两者中取较大者）
3.荷载组合：设计时，考虑三种荷载组合：
（1）全跨永久荷载+左半跨可变荷载
（2）全跨永久荷载+右半跨可变荷载
（3）全跨永久荷载+全跨可变荷载
在本题中设计时，将跨度中央每侧各两根斜腹杆均按压杆控制其长细比，不必考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。
节点荷载设计值：
按照可变荷载效应控制的组合：
KN
其中，永久荷载，荷载分项系数；
屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数；
组合系数；
积灰荷载，;
按照永久荷载效应控制的组合：
KN
其中，永久荷载，荷载分项系数；
屋面活荷载或雪荷载，荷载分项系数；
组合系数；
积灰荷载，;
故节点荷载取60.093 KN
4． 内力计算
用图解法或数乘法皆可解出在全跨荷载作用下屋架杆件的内力，屋架杆件内力图和内力表如下：

屋架杆件内力表
注：表中加粗、倾斜的为该类杆件中所受荷载最大的杆件
杆件

轴线长度（MM）
单位荷载内力（KN）
荷载作用内力（KN）
杆件
轴线长度（MM）
单位荷载内力（KN）
荷载作用内力(KN)
上弦杆
AB
1427
0
0
下弦杆
ac
2850
4.1
246
BD
3014
-7.472
-48.4
ce
3000
9.744
584.7
DF
3014
-11.262
-675.8
eg
3000
11.962
717.8
FH
3014
-12.18
-730.9
gg
3000
11.768
706.1
斜腹杆
Bc
2613
5.808
348.5
竖杆
Aa
1999
-0.5
-30
cD
2864
-4.409
-264.6
Cc
2290
-1.0
-60
De
2864
2.792
167.6
Ee
2590
-1.0
-60
eF
3124
-1.572
-94.32
Gg
2890
-1.0
-60
Fg
3124
0.328
19.65
端斜杆
aB
2530
-7.684
-461
gH
3390
0.713
42.8

5． 杆件设计
腹杆的最大内力值为461KN,查课本表7.4，得出中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为12mm。
（1）上弦杆
整个上弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大的是FH杆，N=-730.9KN lox=150.8cm loy=300cm
选用：2L125x80x10 (短肢相并)
A=39.4cm ix=2.26cm iy=6.11cm
两角钢之间加 10mm厚填板。
验算长细比：
满足长细比的要求

由于大于，热轧不等边角钢短肢组合将绕x轴失稳，故由查表得：
N/ mm<310N/ mm 满足要求
填板每个节间放一块（满足l范围内不少于两块）l75.4cm<40i=40 2.26=90.4cm。

（2）下弦杆
整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢短肢组合，其中设计内力最大的是eg杆，N=717.8KN lox=300cm loy=1500cm
连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘的距离约为100mm，可不考虑螺栓孔削弱。
选用：2L100x80x8 (短肢相并)
A=27.8 cm ix=2.37cm iy=4.73cm

满足要求
填板每个节间放一块（满足l范围内不少于两块）l=150cm<80i=80 2.37=189.6cm。

（3）端斜杆
整个下弦杆不改变截面，采热轧不等边角钢长肢组合，其中设计内力最大的是aB杆，杆长L=2530mm ，N=-461KN lox=L=253cm loy=L=253 cm
选用：2L 100x80x8 (长肢相并)
A=27.8 cm ix=3.15cm iy=3.49cm

由于大于，热轧不等边角钢长肢组合将绕x轴失稳，故由查表4.2得：
N/ mm<310 N/ mm 满足要求
填板放两块，

（4）斜腹杆
6．节点设计
〈1〉 下弦节点 C
设Bc 杆的焊角尺寸
肢背和肢尖均为 8mm，则所需焊缝长度
=mm 取 210mm
=mm 取 100mm
设 cD 杆的焊角尺寸肢背和肢尖均为 6mm，所需的焊缝长度为
=mm 取 210mm
=mm 取 90mm
Cc杆受力较小，按构造焊就可以了，焊角尺寸选6mm
根据以上焊角尺寸，并考虑间隙和误差，选取节点板尺寸为： 445mm x 390mm
节点板左右的下弦杆内力差744150-305270=438880N
肢背处剪应力为：
<160 N/ mm
故接点板设计满足要求。
〈2〉 上弦节点 B

Bc杆焊缝长度和c节点的相同
设aB 杆焊角尺寸肢背和肢尖均为 8 mm，所需的焊缝长度为：
=mm 取 240mm
=mm 取 110mm
设计节点板的尺寸为： 470mm x490m
节点荷载由槽焊承担，两斜杆内力差由角焊逢承担，槽焊强度不用验算，验算角焊 缝：

<160 N/ mm
<160 N/ mm
<160 N/ mm
故节点板设计满足要求。
（3）屋脊节点 I

弦杆一般采用同号角钢进行拼接。为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢的一部分宽度（一般为t+Ｈf+５mm）。拼角钢的这部分削弱，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。
　设焊缝＝１０mm，则所需要焊缝计算长度为（一条焊缝）：

共四条焊缝，认为平均受力，每条的实际长度
　拼接角钢长度取５50mm
故节点板的设计满足要求。

（４）　柱角节点“a”
1. 底板计算
支反力混凝土强度C20，，所需底版净面积：
锚栓直接取d=25mm, 锚栓孔直径为50mm，则所需底板毛面积：

按照构造要求采用底板面积为面a×b=28×28=784 731.5，垫板采用-100×10×20，孔径26mm。实际底板净积:

底板实际应力：

，查表得则：

所需底板厚度：
用t=24mm,
则底板的尺寸为-280×280×24。
2、加劲肋的计算
加劲肋连接焊缝传递的力

节加劲肋高度厚度取与中间节点板相同（即-405×140×12）采用
验算焊缝应力；
<160 N/ mm
<160 N/ mm
<160 N/ mm
3、节点板，加劲肋与底板连接焊缝计算采用，
实际焊缝的长度： 2×（28+11.8×2）-12×0.8=93.6cm
焊缝应力：