钢结构设计报告书

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1、一、设计资料1）厂房跨度为24m,总长90m，柱距6m,屋架下弦标高为18m。2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400X400,混凝土强度等级为C30。3）屋面采用1.5X6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板。（屋面板不考虑作为 支撑用）。4）该车间所属地区分别为北京市。5）屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型；二、屋架形式和几何尺寸1、屋面板为大型预应力钢筋混凝土屋面板，故采用无檩体系平坡梯形屋架 屋面坡度 i=1/10 。2、屋架计算跨度 l=l-300=23700mm。03、屋架端部高度取 H=1990 mm。04、 中部高度 H= H +li/2=3190 mm（约 l /7.4

2、）005、屋架跨中起拱 50mm（l/500）4-2 屋架几何尺寸见下图：24 米跨屋架几何尺寸099三、支撑布置由于房屋长度为90m，故在房屋每隔30m设置上、下弦横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道 系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。四、荷载和内力计算1、荷载计算屋面活荷载与雪荷载一般不会同时出现，由于北京雪荷载为500N/m2,活荷 载大于雪荷载，所以取屋面活荷载进行计算。永久荷载标准值：1预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.4KN/m22二毡三油加绿豆沙0.4KN/m23找平层2 cm厚0.4KN/m24屋架

3、和支撑自重0.12+0.011 *l=0.384 KN/m25永久何载总和2.584 KN/m2可变荷载标准值：1活载（大于雪何载）0.7KN/m22积灰何载0.8KN/m23口变何载总和1.5 KN/m22、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 对跨中部分斜腹杆因半跨荷载可能产生的内力变号，采取将跨度中央每侧各 三根斜腹杆（图1中Fg、gH、Hi）均按压杆控制长细比，九九=150Q由可变荷载效应控制的组合计算：取永久荷载r =1.2,屋面活荷载Gr =1.4，屋面积灰荷载r =1.4、申=0.9，则永久荷载设计值P =1.2X2.584 = Q1 Q

4、2 2 13.11KN/m 2 ；可变荷载设计值 P =1.4X0.7 + 1.4X0.9X0.8 = 1.99 KN/m2；节 2点荷载设计值 P3=（3.11 + 1.99）X1.5X6 = 45.9KNQ由永久荷载效应控制的组合计算：取永久荷载r =1.35,屋面活荷载Gr =1.4、申=0.7，屋面积灰荷载r =1.4、申=0.9，Q1 1 Q2 2则永久荷载设计值P =1.35 X 2.584=3.49 KN/m2；4可变荷载设计值 P 5 =1.4X0.7X0.7+1.4X0.9X0.8=1.69 KN/m2 节点荷载设计值为：P=（3.49+1.69）X1.5X6=46.6KN6

5、 故应取节点荷载设计值 P =46.6KN可变荷载设计值P =1.99 KN/m22永久荷载设计值 P =3.49 KN/m24（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载：P =3.49X1.5X6=31.41KN全P =1.99X1.5X6=17.9KN半（3）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载Q全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P =1.35X0.384X1.5X6=4.67KN全Q作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载（即 不利活载）P =（1.35X1.4+1.4X0.7X0.7）X1.5X6=23.18KN 半以上（1）（2）为使用阶段荷载组合，（

6、3）为施工阶段荷载组合综述：1）满载：屋架上弦节点荷载P =46.6KN2 ）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载：P =4.67KN P =23.18KN 3）全跨永久荷载+半跨可变荷载：P =31.41KN P =17.9KN 全半3、内力计算：经计算屋架各杆件内力综合见附表1上弦平面支撑布置屋架和平面支撑布置下弦垂直支撑五、杆件截面选择按腹杆最大内力NB=-413.34KN，查表7.6选中间节点板厚度为10mm，支座aB节点板厚度为 12mm。1）上弦杆整个上弦采用等截面，按最大内力N中=-711.12KN计算。l =150.8cm，FH0xly=301.6cm （取两块屋面板宽度

7、）。Oy 查附表 1.2：屮=0. 751* A = N = 711.12x103=44. 04cm2f0.856x215x102假定入=70 4i = l = 150.8 = 2.15cmxreq0x入 70i = l = 301.6 = 4.31cm5 yreq入 70由附表 9 选 2L140X90X10 短肢相并，A=2X22.26=44.52cm2，i =2.56 cm2,xi=6.77 cm2,截面验算：按式入=l = 150.8 = 58.91入=150（满足）x 0i 2.56x入=l = 301.6 = 44.54入=150（满足）y 0yi 6.77双角钢T形截面绕对称轴（

8、y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比入yz b =14 = 140.56 l = 0.56x301.6 =12.061卄t1b14故应按式1+12 t2=51.8 入x入=3.7 x b yz1t 故由入二入=58.91查附表1.2,得屮=0.813。MAX Xa 二N/ A）= 711120/ （0.813x44.52x100） =196.47N/mm2 =215 N/mm （满足） 所选截面合适，如图1：52.7b41x2L140x90x10x2）下弦杆整个下弦采用等截面。按最大内力N =+706.82KN计算。l =300cm, l = 1185gi0x0ycmA = N = 706.92x

9、103=3288 mm2=32.88cm2nreq f215由附表 9 选 2L125X80X8, A =A=2X 15.99=31.98cm2,i =2.28 cm2, i =6.07nxycm2a =N/（ A ）=706920/3198=221.0N/ mm2 f=215 N/ mm2（满足）入=l =300= 131.58入=350（满足）x 0i 2.28x入=l =1185= 195.22入=350 （满足）y 0i 6.07y截面如图 2：yH 2L123x80x8x ” x3）腹杆L aB 杆N = -413.34KN，l =l =l=253.5cmaB0x 0y选用 2L12

10、5X80X8,长肢相并。查附表9, A=2X 15.99=31.98cm2, , i =4.01x cm2, i=3.27 cm2y按式入=l = 253.5 = 63.2入=150（满足）x 0i 4.01x入=l = 253.5= 77.5入=150 （满足）y 0i 3.27y因为b =t故入 二入yzy8= 10 15.2=85.9入入，故由入查附表1.2得屮=0.649.yzxyzxa 二N/ A）= 413340/ （0.649x31.98x100） =199.15 N/mm2f=215 N/mm2 （满足）满足要求，截面如图 3：2L125X 80X 8y图 3Qbc杆N =32

11、0.61KN, l =0.8L = 0.8X260.8=208.6cm, l =L=260.8cmB c ox oy选用 2L70X6。查附表 8, A=2X8.16=16.32 cm2, i =2.15 cm, i =3.26 cmxy入=l = 208.6 = 97入=350（满足）x 0i 2.15x入=l = 260.8 = 80入=350 （满足）y 0i 3.26ya =N/（ A ）=320610/1632=196.45N/ mm2 九，则由九查附表1.2得申=0.673x y x=N/qA =253.50X 1000/（0.673X21.28X 100）=177.01 N/ m

12、m2 f（满足）n满足要求，截面如图 5：De杆N =172.42KN，l =0.8L=0.8X285.9=228.72cm， l =l=285.9cmDeoxoy选用 2-63X5。查附表 8, A=2X6.14=12.28cm2, i =1.94 cm, i =2.97 cmxy入=l = 228.72 = 117.90入=350（满足）x 0i 1.94x入=l = 285.9= 96.26入=350 （满足）y 0i 2.97yb =N/A =172.42 X 1000/（12.28 X 100）=140.41N/mm2 九，则由九查附表1.2得屮=0.508x y x=N/A =11

13、4.64X1000/（0.508X14.82X100）=152.27N/mm2 f=215 N/ mm2n满足要求,截面如图 7：05 Fg 杆N =Fg图 7+62.79KN 按压杆进行计算：l =0.8L = 0.8 X 311.9=249.5cm, l =L=311.9cm ox oy-5.25KN选用 2 56X5。查附表 8, A = 2X5.42 = 10.84 cm2,i= 1.72cm ,i =2.69cmxy九=l / i =249.5/1.72=145.07 九=150（满足） xoxx九=l / i =311.9/2.69=115.95 九，则由九查附表1.2得申=0.3

14、26x y xb =N/A =62.79X1000/（10.84X100）=57.92 N/mm2 f（满足）拉nb =N /*A =5.25 X 1000/（0.326X 10.84X 100）=14.86 N/ mm2 f（满足）压n满足要求,截面如图 8：xxL 2L56x5b- 8 -gH 杆N =gH图 8+36.02KN 按压杆进行计算：l =0.8L = 0.8 X 339.6=271.7cm, l =l=339.6cm ox oy-35.37KN选用 2-63X5。查附表 8, A = 2X6.14=12.28 cm2, i= 1.94cm , i =2.97cmxy九=l /

15、 i =271.7/1.94=140.1 九=150（满足）xoxx九=l / i =339.6/2.97=114.34 九=150（满足）yoyy由于N上的力都不大，选用的2 -63X5可以满足力的要求，截面如图9： gHx2L63x5+27.18KN按压杆进行计算：l =0.8 l = 0.8 X 338.4=270.7cm, l =l=338.4cm oxoy-78.14KN选用 2 -63X5。 A=2X6.14=12.28 cm2, i =1.94cm, i =3.04cmxy九=l / i =270.7/1.94=139.5 九=150（满足）x ox x九=l / i =338.

16、4/3.04=111.32 九，则由九查附表1.2得申=0.349x yxb =N/A =27.18X 1000/（12.28X 100）=22.13 N/ mm2 f（满足）拉nb =N /*A =78.14X 1000/（0.349 X 12.28 X 100）=182.33N/ mm2 f（满足）压n截面如图 10：图 10B 竖杆 Aa、Cc、Ee、Gg、IiN =-23.30 KN, N = N = N = N =-46.60KNAaCc Ee Gg Ii内力大小相同，选用长细比较大的竖杆进行设计，可保证其他竖杆的安全。 由于内力较小，按构造选取最小型号角钢2 -63X5,经验算，该

17、型号角钢能保 证力的要求。端竖杆 Aa：l =l =0.9 l=0.9X 1990=179mmox oy九= / i =1791/24.5=73.1。查附表 1.2 得卩=0.749x ox x=N/A =23.30X1000/(0.5 08X14.82 X100)=30.95N/mm2 i = 19.14mmn xo s九=l / i =287.1/2.45=117.18 九=350（满足）x ox xob =N/A =119.16X1000/(12.28X100)=97.04 N/ mm2 f(满足)n满足要求，截面如图 12：杆件截面选择见附表2六、节点设计用E43焊条时，角焊缝的抗拉、

18、抗压和抗剪强度设计值fw =160N/ mm 2。 t1）下弦节点 c设cB杆的肢背和肢尖焊缝hf = 6mm和5mm,所需焊缝长度为:肢背：lw1a N2x0.7h fwf 1 f0.7 x 320.61x10002 x 0.7 x 6 x160+10 = 176.98mm,取 l =220mm w1肢尖：aNc2w22x 0.7h fwf 2 f0.3 x 320.61x10002 x 0.7 x5x 160+10 = 85.88mm,取 l =120mmw2设cD的杆的肢背和肢尖焊缝hf = 6mm和5mm肢背： lw1aN2x0.7h fwf 1 f0.7 x 253.5 x10002

19、 x 0.7 x6x 160+10 = 142.03mm,取 l =180mmw1a N 0.3x253.5x1000肢尖：77.9mm,取 l =100mmw2l 二 2 二+10 =w2 2x0.7h fw2x0.7x5x 160f 2 fCc杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定取h = 5mmf根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件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（如图13 ），从而确定节点板尺寸为360X410mm.Nk66a220.42kN5236-180537.3KN3215195图13下弦与节点板连接的焊缝长度为410mm, h = 5mm,焊缝所受的力为左右下弦

20、杆f的内力差AN二Nce-Nca=537.3-220.42=316.88KN,受力较大的肢背处焊缝应力为Tf =朋卅000 =84杯/mm2 160 N/mm2，焊缝强度满足要求。2）上弦节点设cB杆的肢背和肢尖焊缝hf = 6mm和5mm,所需焊缝长度为:肢背：lw1a N2 x 0.7h fwf 1 f0.7 x 320.61x10002 x 0.7 x 6 x160+10 = 176.98m m,取 l =220mmw1肢尖：aNw22x0.7hf2 ffw0.3 x 320.61x10002 x 0.7 x5x 160+10 = 85.88mm,取 l =120mmw2设aB杆的肢背和

21、肢尖焊缝h = 10mm和6mm,所需焊缝长度为:肢背： l =w1aN12x 0.7h fwf 1 f065 x 41334 x1000 * 10 = 129.94mm,2 x 0.7 xlOx 160取 l =160mmw1肢尖：laN35 x 41334 x100 +10 = 117.64mm,2 x 0.7 x6x 160取 l =140mmw2w 22 x 0.7 h fwf 2 f为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm, 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P与上弦垂直。上弦角钢与节点P=46.6KN, h = t/2=10/2=5根据斜杆焊

22、缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度440mm （如图14）,焊缝计算长度l = 440-10=430mm，则肢背焊缝应力为: wPt = 46.6 X 1000/2 X 0.7 X 5 X 430=15.48N/ mm2 B - fw = 122 Xf 2 x 0.7 hlf f ew160=195.2 N/ mm2肢尖焊缝承受弦杆内力差二N -N = 406.35KN,偏心距e=90-21.2=68.8mm,BC BA偏心力矩 M=ANXe=406.35X 1000 X 68.8=2.80 X 107 N - mm，采用 h = 8mm 则ft =AN/2hl =406.35X 1000/

23、2X0.7X8X430=84.38 N/ mm2fe wb = 6M/2h12 = 6X2.80X 107/2X0.7X8X 430 2 =81.12 N/ mm2ewBCcJ016010-06 .2402006 2205-120图 14(b / P )2 +12 f f f$(81.12/1.22)2 + 84.382 = 107.43 N/ mm2 160 N/ mm23）屋脊节点竖杆Ii杆端焊缝按构造取h =5mm、l =80mm,上弦与节点板的连接焊缝, f 1w1角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面传来的集中荷载，一般可以不做计算 角钢肢尖焊缝应采取上弦内力 N的15%进行计算，即

24、N = 0.15N=0.15 X 685.49=102.82KN；产生的偏心弯矩 M=4NXe = 102.82X1000X70 = 7197400N mm取节点板尺寸如图（图示15）,设肢尖焊脚尺寸h =7mmf2则焊缝计算长度l =200 2 X 7 5 = 181mm6Mw2验算肢尖焊缝强度：)2 + ()22 xp x 0.7h 122 x 0.7h l/f 2 w 2f 2 w 26x71974002xl.22x 0.7x7xl812)2 +(陀82 x 1000 )22 x 0.7 x 7 x181=124 56N/ mm2 / w =160 N/ mm2（满足）f拼接角钢一侧的焊

25、缝长度按弦杆内力计算：设角焊缝焊脚尺寸hf = t-2=10-2=8mm,则接头一侧需要的焊缝长度为:N4 x 0.7h fw191.26mm685.49 x 10004 x 0.7 x8xl60拼接角钢的总长度为：l 2(l + 2h ) + a 2 x(191.26 + 2x8) + (10 + 2xx90) 443 27mmW f9.6取l =450mm拼接角钢竖肢需要切去的高度为： = t + h + 5 =10+8+5=23mmf取厶= 25mm，即竖肢余留高度为65mm6 I./5fH图 154）下弦拼接节点（如图16）拼接角钢采用与下弦相同的截面，拼接角钢一侧的焊缝计算长度按与杆

26、件等 强设计，设角焊缝焊脚尺寸拼接角钢采用与下弦相同的截面，拼接角钢一侧的焊缝计算长度按与杆件 等强设计，设角焊缝焊脚尺寸：h t - 2 82=6mf则接头一侧需要的焊缝计算长度w4x 0.7h lw31.98 x10 2 x 2154 x 0.7 x 6 x160拼接角钢总长度 ：l = 2(1 + 2h ) + a = 2x(225.79 +2x 6) +io = 485.58mm wf取l =490mm拼接角钢竖肢需要切去的高度： = t + hf + 5 =8 + 6 + 5 = 19mm取厶= 20mm，即竖杆余留高度为70mm取两斜腹杆至节点中心距离为230mm,竖杆杆端至节点中

27、心取90mm,节点板 按布置腹杆杆端焊缝需要采用380X 12X380图 165) 支座节点根据端斜杆和下弦杆端焊缝，节点板采用380X14X440,为了便于施焊， 取底板上表面至下弦轴线的距离为160mm，因在支座中线处设加劲肋一90X12, 高度与节点板相同,为 440mm(1) 底板计算支座反力： R=8P=8X 46.6KN=372.8KN 根据构造需要，取底板尺寸280 X 380mm，锚栓采用2M24，柱采用C30混凝 土,则作用于底板的压应力为：372.8 xlO3190 x 280= 7.01 N/mm 2 fcc满足)底板被节点和加劲肋分成4块两相邻边支承板，则底板单位宽度上

28、的最大弯b 79.2矩：十=0.466，查表 6.10 得 0 =0.0546a 169.81M = 0 pa2 = 0.0546 x 7.01 x 169.82 = 11035.3N mm1需要底板厚度：t：6 x 11035.3205_=18.0mm,取 20mm$ 220.42KN-1702图 17 ：支座节点（2）加劲肋计算 对加劲肋和节点板间的两条焊缝进行验算设h屮=6mm取焊缝最大计算长度l二60h =60X6 = 360425（实际焊缝长度）fwV = - = 372.8 =93.2KN44476.644=119.16 KN6MM = V x e = 119.16 x 48.5=

29、5779.26KN mm（p x 2 x 0.7 x h x 12 +（2x 0.7 x h x l）2 iff wf w焊缝强度：和（6 x g x 103+（ 1196 x 103 ）21.22 x 2 x 0.7 x 6 x 3602 x 0.7 x 6 x 360=42.8N / mm f w = 160N / mm2 （满足）（3）加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算焊缝传递全部支座反力R=372.8KN，其中每块加劲肋各传-R =93.2KN，节点4 板传递1R =186.4KN.2h 二 1.5it 二 1.5X .20 二 6.7mm取 8mmf min焊缝总计算长度：工l = 2a + 2(b -1 - 2c) - 12hw1f= 2X280 + 2(192 12 2X 15)-12 X8 = 764mm=73.15N/mm2 fw = 160N / mm2 (满足)372.8 x 1031.22 x 0.7 x 8 x 746