钢结构设计实例 含计算过程.docx

1、钢结构设计实例 含计算过程钢结构设计实例 含计算过程 设计资料 北京地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。车间跨度21m，长度144m，柱距6m，厂房高度15.7m。车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。设计温度高于-20。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5m6.0m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm 400mm，混凝土标号为C20。 一、选择钢材和焊条 根据北京地区的计算温度和

2、荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。 二、屋架形式及尺寸 无檩屋盖，i1/10，采用平坡梯形屋架。 L-30020700mm， 屋架计算跨度为L 1990mm， 端部高度取H 中部高度取HH +1/2iL1990+0.12100/23040mm， 屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。 屋架杆件几何长度（单位：mm） 三、屋盖支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向

3、水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。 附图2：屋面支撑布置图（单位：mm） 四、荷载计算与组合 1、荷载计算 荷载计算及汇总表 项次 荷载名称 计算式 标准值 kN/m 2

4、设计值 kN/m 2 备注 1 防水层（三毛四油上 铺小石子） 0.4 0.48 沿屋面坡向分布 2 水泥砂浆找平层 （20mm 厚） 0.0220 0.4 0.48 沿屋面坡向分布 3 泡沫混凝土保温层（80mm 厚） 0.1 0.12 沿屋面坡向分布 4 预应力混凝土大型屋面板（含灌缝） 1.4 1.68 沿屋面坡向分布 5 屋架和支撑自重 （0.12+0.01121） 0.35 0.42 沿水平分布 恒载总和 2.65 3.18 6 屋面均布活荷载 0.35 0.56 沿水平面分布，计算中取二者中的较大值 7 雪荷载 0.45 0.63 8 积灰荷载 0.6 0.56 可变荷载总和 0.

5、75 1.1 9 由于屋面坡度不大，对荷载的影响较小，未予考虑。风荷载为吸力，重屋盖可不考虑。 2、荷载组合 计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合： 使用阶段“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”。恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值恒P 及活P 分别为： 恒P 3.181.5628.62 kN 活 P1.191.5610.71 kN 施工阶段“屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载”。这时只有屋架及支撑自重是分布于全跨的恒荷载，而屋面板自重及施工荷载（取屋面活荷载数值）即可能出现在左半跨，也可能出现在右半跨，取决于屋面板的安装顺序。当从屋架两端对称安

6、装屋 面板时，则不必考虑此种荷载组合。施工阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值 恒 P和 活 P分别为： 恒 P0.421.563.78 kN 活 P（1.68+0.63）1.5620.79 kN 五、内力计算 采用图解法计算屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数。根据算得的节点荷载和杆力系数，进行杆件内力组合并求出各杆的最不利内力。 杆力组合表 杆件 名称 杆力系数 内力值 计算杆 内力 组合 项目 P1 使用阶段 施工阶段 P 恒 3 P 活 1 P 活 2 P 恒 3 P 活 1 P 活 2 在左 半跨 在右 半跨 全跨 全跨 恒载 在左 半跨 在右 半跨 全跨 恒载 在左半 跨 在

7、右 半跨 1 2 3 4 5 6 7 8 9 上弦 AB -0.02 -0.01 -0.03 -0.86 -0.21 -0.11 -0.11 -0.42 -0.21 -1.18 4+5+6 BC -5.33 -2.17 -7.5 -214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6 CD -5.33 -2.17 -7.5 -214.65 -57.08 -23.24 -28.35 -110.81 -45.11 -294.98 4+5+6 DE -7.35 -3.94 -11.29 -323.12 -78.72 -42.20 -42.6

8、8 -152.81 -81.91 -444.04 4+5+6 EF -7.35 -3.94 -11.29 -323.12 -78.72 -42.20 -42.68 -152.81 -81.91 -444.04 4+5+6 FG -6.86 -5.32 -12.18 -348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+6 GH -6.86 -5.32 -12.18 -348.59 -73.47 -56.98 -46.04 -142.62 -110.60 -479.04 4+5+6 下弦 ab 3.02 1.09 4.11 117.63

9、 32.34 11.67 15.54 62.79 22.66 161.65 4+5+6 bc 6.68 3.09 9.77 279.62 71.54 33.09 36.93 138.88 64.24 384.25 4+5+6 cd 7.33 4.64 11.97 342.58 78.50 49.69 45.25 152.39 96.47 470.78 4+5+6 de 5.89 5.88 11.77 336.86 63.08 62.97 44.49 122.45 122.25 462.91 4+5+6 斜杆 aB -5.62 -2.03 -7.65 -218.94 -60.19 -21.74

10、-28.92 -116.84 -42.20 -300.87 4+5+6 Bb 3.93 1.84 5.77 165.14 42.09 19.71 21.81 81.70 38.25 226.93 4+5+6 bD -2.62 -1.77 -4.39 -125.64 -28.06 -18.96 -16.59 -54.47 -36.80 -172.66 4+5+6 Dc 1.19 1.56 2.75 78.71 12.74 16.71 10.40 24.74 32.43 108.16 4+5+6 cF -0.05 -1.51 -1.56 -44.65 -0.54 -16.17 -5.90 -1.0

11、4 -31.39 -61.35 4+5+6 Fd -1.06 1.35 0.29 8.30 -11.35 14.46 1.10 -22.04 28.07 -20.94 29.17 7+8 7+9 dH 2.11 -1.33 0.78 22.32 22.60 -14.24 2.95 43.87 -27.65 -24.70 46.82 7+8 7+9 竖 杆 Aa -0.53 -0.01 -0.54 -15.45 -5.68 -0.11 -2.04 -11.02 -0.21 -21.24 4+5+6 Cb -0.99 0 -0.99 -28.33 -10.60 0.00 -3.74 -20.58

12、0.00 -38.94 4+5+6 Ec -0.98 0 -0.98 -28.05 -10.50 0.00 -3.70 -20.37 0.00 -38.54 4+5+6 Gd -0.97 -0.97 -27.76 -10.39 0.00 -3.67 -20.17 0.00 -38.15 4+5+6 He -0.06 -0.06 -0.12 -3.43 -0.64 -0.64 -0.45 -1.25 -1.25 -4.72 4+5+6 a 六、杆件截面选择 1、上弦FG、GH 整个上弦不变截面，取上弦最大设计杆力计算。N-479.04kN，l 0x 1508mm，l 0y l 1 3016mm（

13、按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l 1为两块屋面板宽）。根据腹杆最大设计杆力N aB -300.87kN，取中间节点板厚度t10mm，支座节点板厚t12mm。 先由非对称轴选择截面，假设60，由附表4-2查得 0.807（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属b 类），需要的截面面积： A s 215 807.01004.4793 f N 2761 mm 227.61cm 2 一般角钢厚度15mm，属第一组，故取f 215 N/mm 2 。需要的回转半径为 51.260 8 .1500 x xs l i cm 03.560 6 .3010 y ys l i cm 上弦应采用两不等边角钢以短

14、边相连组成的T 形截面。根据需要的s A 、xs i 、ys i 查附表7-5，选用2L1409010（短边相连）：A42.4cm 2 ，x i 2.56cm，y i 6.77cm （节点板厚10mm），150。 验算 9.5856 .28.1500 x x xs i l ，x 0.810 故 139424081.01004.4793 A N x x N/mm 2f 215 N/mm 2 。 验算对称轴y 的稳定承载力： b 1/t14/1140.56 06.1214 6.30156.00 x x i l 换算长细比54)14 7.5216.3011(1147.3)7.521(7.34 2 2412201 b t l t b y ys 150，查附表4-2， y 0.836；故，1354240 836.01004.4793 A N y y N/mm 2f 215 N/mm 2 。 满足要求。 垫板每节间放置一块（满足l 1范围内不少于两块），l d 150.8/275.4cm40i404.47178.8cm（i 为4.47cm）。 2、下弦cd 下弦也不改变截面，采用最大设计杆