钢结构课程设计计算书(最终版)

钢结构课程设计计算书设计资料：某车间跨度l=24m，长度84米，柱距6米。屋面坡度i=1/12。房屋内无吊车。不需抗震设防。采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，100mm厚泡沫混凝土保护层和卷材屋面。当地雪荷载0.5kN/m2，屋面积灰荷载0.75kN/m2。屋架两端与混凝土铰接，混凝土强度等级C25。钢材选用Q235-B。焊条选用E43型，手工焊。屋架尺寸与布置：屋面材料为大型屋面板，故采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度l0=l—200=23700mm。设端部高度H0=2000mm，中部高度H=3000，屋架高跨比H/L=3000/23700=1/7.9。屋架跨中拱起50mm，屋架几何尺寸如图所示：1.荷载计算与组合（1）荷载标准值（屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算）①永久荷载高分子防水卷材上铺小石子0.35kN/㎡20mm厚水泥沙浆找平层0.40kN/㎡冷底子油、热沥青各一道0.05kN/㎡100mm厚泡沫混凝土保温层0.60kN/㎡预应力混凝土大型屋面板和灌封1.40kN/㎡屋架和支撑自重0.12+0.011l=0.12+0.011×24=0.38kN/㎡吊顶+0.40kN/㎡3.58kN/㎡②可变荷载屋面活荷载0.50kN/㎡屋面积灰荷载+0.75kN/㎡1.25kN/㎡（2）荷载组合设计屋架时应考虑以下三种荷载组合：①全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载（端点荷载取半）：P=（3.58×1.2+1.25×1.4）×1.5×6=54.41kN②全跨永久荷载+半跨可变荷载有可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：P1=3.58×1.2×1.5×6=38.66kN无可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：P2=1.25×1.2×1.5×6=15.75kN③全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：取屋面可能出现的活荷载P4=（1.4×1.2+0.5×1.4）×1.5×6=21.42kN以上①，②为使用阶段荷载组合，③为施工阶段荷载组合。2.内力计算经计算P=1作用于全跨、左半跨和右半跨，屋架杆件内力系数，然后求出以上三种荷载组合下的杆件内力，列于表1所示，选取最大的杆件内力进行杆件设计。杆件内力计算表杆件名称杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载P=54.41kNN=P×③全跨永久荷载+半跨可变荷载P1=38.66kNP2=15.75kNN左=P1×＋P2×N右=P1×＋P2×全跨屋架支撑+半跨屋面板+半跨可变荷载P3=4.1kNP4=21.42kNN左=P3×＋P4×N右=P3×＋P4×计算内力/kNP=1左半跨右半跨全跨上弦杆AB0000000BC/CD-6.33-2.54-8.87-482.62-442.61-382.92-171.96-90.77-482.62DE/EF-9.33-4.70-14.03-763.37-689.35-616.42-257.37-158.20-763.37FG/GH-9.75-6.52-16.27-885.25-782.56-731.69-275.55-206.37-885.25HK-7.95-7.25-15.20-827.03-712.84-701.82-232.61-217.62-827.03下弦杆ac3.501.274.77259.54239.53204.4194.5346.76259.54ce8.193.6711.86645.30587.50516.31224.06127.24645.30eg9.695.6115.30832.50744.12679.86270.29182.90832.50gk9.306.4115.71854.78753.82708.31263.62201.71854.78斜腹杆aB-6.52-2.37-8.89-483.70-446.38-381.01-176.11-87.21-483.70Bc4.872.197.06384.13349.64307.43133.2675.86384.13cD-3.52-2.12-5.64-306.87-273.48-251.43-98.52-68.53-306.87De2.041.913.95214.92184.84182.7959.8957.11214.92eF-0.83-1.86-2.69-146.36-117.07-133.29-28.81-50.87-146.36Fg0.140.840.9853.3210.0951.127.0222.0153.32Hg0.99-0.820.179.2522.16-6.3421.90-16.8722.16（-6.87）Hk-1.990.751.24-67.47-79.28-36.13-47.7110.9810.98（-9.28）竖杆Aa-0.50-0.5-27.21-27.21-19.33-12.76-2.05-27.21Cc-10-1-54.41-54.41-38.66-25.52-4.10-54.41Ee-10-1-54.41-54.41-38.66-25.52-4.10-54.41Gg-10-1-54.41-54.41-38.66-25.52-4.10-54.41Kk112108.8293.0793.0729.6229.62108.82（2）杆件截面选择按腹杆最大内力NaB=—483.70kN，查表选中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为12mm。整个上弦杆采用等截面，按最大压杆件FG、GH设计内力设计，NFG=—885.25kN。屋架平面内计算长度lx0=150.5cm，屋架平面外计算长度根据支撑布置和内力情况确定，取两板屋面板宽度ly0=301.0cm。因为ly0=2lx0，截面选取两不等肢角钢，短肢相并。假设λ=60，查表得=0.807A=fN=215807.01025.8853=5102.6mm2=51.02cm2ix=xl0=605.150=2.51cm，iy=yl0=60301=5.02cm查附表，选2└160×100×12短肢相拼。A=60.2cm2，ix=12.82cm，iy=7.75cm按所选角钢进行验算：82.25.1500xxxil53.475.73010yyyil38.8满足长细比[]=150的要求。由于xy只需求出xmin，查轴心受压构件的稳定系数表x=0.842ANx=6020842.01025.8853=174.65N/mm2f=215N/mm2所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦采用等截面。按最大内力NgK=+854.78kN计算，l0x=300cm，l0y=1185cm，因l0y.l0x，选用不等边角钢，短肢相拼。所需截面An=2151078.8543fN=3975.7mm2=39.76cm2由型钢表选2└140×90×10，A=44.6cm2，ix=2.56，iy=6.7723106.441078.854nAN=191.7N/mm2f=215N/mm2（满足）56.23000xxxil=117.19[]=350（满足）77.611850yyyil=175.04[]=350(满足)（3）斜腹杆①aB杆NaB=—483.70kN，l0x=l0y=l=251.8cm选用2└125×80×10，长肢相拼，查表得A=39.4cm2，ix=3.98cm，iy=3.31cm截面验算：98.38.2510xxxil=63.4[]=150（满足）31.38.2510yyyil=76.1[]=150(满足)由于xy，只需求出ymin，查表得y=0.70623104.39706.01070.483AN=173.89N/mm2f=215N/mm2②Bc杆NBc=384.13kN，cmllx1.2081.2608.08.00，l0y=l=260.1cmAn=2151013.3843fN=1786.7mm2=1787cm2选用2└70×7，查型钢表得A=18.84cm2，ix=2.14cm，iy=3.28cm14.21.2080xxxil=97.24[]=350（满足）28.31.2600yyyil=79.3[]=350(满足)③Fg杆NFg=53.32kN，8.2418.00llxcm，l0y=l=302.3cm选用2└63×5，查型钢表A=12.28cm2，ix=1.94cm，iy=2.96cm94.18.2410xxxil=124.6[]=150（满足）96.23.3020yyyil=102.1[]=150(满足)④gH杆最大拉力NgH=+22.16kN，最大压力=—16.87kN按照最大压力进行设计，44.2593.3248.08.00llxcm，l0y=l=324.3cm同理，按压杆容许长细比进行控制。选用2└63×5，查型钢表A=12.28cm2，ix=1.94cm，iy=2.96cm94.144.2590xxxil=133.73[]=150（满足）96.23.3240yyyil=109.6[]=150(满足)由于yx，只需求出xmin，查表得x=0.370231029.1237.01087.16AN=37.1N/mm2f=215N/mm2⑤Hk杆最大拉力NHk=+10.98kN，最大压力NHk=—79.28kN按照最大压力设计，44.2593.3248.08.00llxcm，l0y=l=324.3cm选用2└63×5，查型钢表A=12.28cm2，ix=1.94cm，iy=2.96cm94.144.2590xxxil=133.73[]=150（满足）96.23.3240yyyil=109.6[]=150(满足)由于yx，只需求出xmin，查表得x=0.370231029.1237.01087.16AN=37.1N/mm2f=215N/mm2（4）竖杆①竖杆GgNGg=—54.41kN，2202758.08.00llxcm，l0y=l=275cm选用2└50×5，A=9.6cm2，ix=1.53cm，iy=2.38cm53.12200xxxil=143.79[]=150（满足）38.22750yyyil=115.54[]=150(满足)23106.9329.01041.54AN=172.3N/mm2f=215N/mm2②中间竖杆KkNKk=+108.82kN，斜平面2703009.09.00llcm选用2└56×5，查表得A=10.84cm2，i0x=2.17cm17.2270000xxil=124.42[]=350（满足）231084.101082.108nAN=100.39N/mm2f=215N/mm2（满足）4.节点设计（1）下弦节点c角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值wff=160N/mm2设Bc杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为肢背'wl=16087.021013.3847.027.03wfefhN=150.1mm，取200mm肢尖''wl=16067.021013.3843.023.03wfefhN=85.7mm，取100mm设cD杆的肢背和肢尖焊缝hf=8mm和6mm，则所需的焊缝长度为肢背'wl=16087.021087.3067.027.03wfefhN=119.9mm，取150mm肢尖''wl=16067.021087.3063.023.03wfefhN=68.5mm，取80mmCc杆件内力很小，焊缝尺寸可以按照构造要求确定，取hf=5mm根据上述所求的焊缝长度，并考虑杆件之间的间隙以及制作和装配等误