钢结构设计实例.docx

1、钢结构设计实例设计资料某车间。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12m车间内设有两台200/l50kN中级工作制吊车。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，1.5mx 6.0m大型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/m 2，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 400mX 400mm混凝土标号为C2O钢材采用Q235-B,焊条采用E43型，手工焊。一、 选择钢材和焊条根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，

2、 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，i二1/10，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度为Lq = L-300 = 20700mm端部高度取H = 1990mm中部高度取 H= H+1/2iL = 1990+0.1 x 2100/2 = 3040mm屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42m（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：mrh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、下弦横向水

3、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2kN/m设计值2kN/m

4、备注1防水层（三毛四油上 铺小石子）0.40.48沿屋面坡向分布2水泥砂浆找平层（20mml厚）0.02 X 200.40.48沿屋面坡向分布3泡沫混凝土保温层（80mml厚）0.10.12沿屋面坡向分布4预应力混凝土大型屋 面板（含灌缝）1.41.68沿屋面坡向分布5屋架和支撑自重(0.12+0.011 X 21)0.350.42r 沿水平分布恒载总和2.653.186屋面均布活何载0.350.56沿水平面分布，计算7雪荷载0.450.63中取二者中的较大值8积灰何载0.60.56可变何载总和0.751.19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

5、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 只恒及F活分别为：Pfi = 3.18 X 1.5 X 6= 28.62 kNF活 = 1.19 X 1.5 X 6= 10.71 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

6、点荷载设计值 F恒和P活分别为：F恒 = 0.42 X 1.5 X 6= 3.78 kNP活=(1.68+0.63 ) X 1.5 X 6 = 20.79 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P= 1使用阶段施工阶段P恒X 3P活X 1P活X 2P恒X3P活X 1P活X 2全跨全跨 恒载全跨 恒载在左 半跨在右 半跨在左 半跨在右 半跨在左半 跨在右 半跨123456789上 弦AB-0.02-0.01-0.03-0.86-0.21-

7、0.11-0.11-0.42-0.21-1.184+5+6BC：-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6CD-5.33-2.17-7.5-214.65-57.08-23.24-28.35-110.81-45.11-294.984+5+6DE-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6EF :-7.35-3.94-11.29-323.12-78.72-42.20-42.68-152.81-81.91-444.044+5+6

8、fgI-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6GH-6.86-5.32-12.18-348.59-73.47-56.98-46.04-142.62-110.60-479.044+5+6下 弦ab3.021.094.11117.6332.3411.6715.5462.7922.66161.654+5+6be6.683.099.77279.6271.5433.0936.93138.8864.24384.254+5+6cd7.334.6411.97342.5878.5049.6945.25152.3996.

9、47470.784+5+6de5.895.8811.77336.8663.0862.9744.49122.45122.25462.914+5+6斜 杆aB I-5.62-2.03-7.65-218.94-60.19-21.74-28.92-116.84-42.20-300.874+5+6Bb3.931.845.77165.1442.0919.7121.8181.7038.25226.934+5+6bD-2.62-1.77-4.39-125.64-28.06-18.96-16.59-54.47-36.80-172.664+5+6De I1.191.562.7578.7112.7416.7110.

10、4024.7432.43108.164+5+6eF-0.05-1.51-1.56-44.65-0.54-16.17-5.90-1.04-31.39-61.354+5+6Fd-1.061.350.298.30-11.3514.461.10-22.0428.07-20.9429.177+87+9dH2.11-1.330.7822.3222.60-14.242.9543.87-27.65-24.7046.827+87+9竖 杆Aa-0.53-0.01-0.54-15.45-5.68-0.11-2.04-11.02-0.21-21.244+5+6Cb-0.990-0.99-28.33-10.600.0

11、0-3.74-20.580.00-38.944+5+6Ec :-0.980-0.98-28.05-10.500.00-3.70-20.370.00-38.544+5+6Gdl-0.970-0.97-27.76-10.390.00-3.67-20.170.00-38.154+5+6He-0.06-0.06-0.12-3.43-0.64-0.64-0.45-1.25-1.25-4.724+5+6六、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 ox= 1508mm l oy= l 1 =3016m（按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取

12、 l i为两块屋面板宽）。根据腹杆最 大设计杆力2b= -300.87kN，取中间节点板厚度t = 10mm支座节点板厚t = 12mm先由非对称轴选择截面，假设入=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：3A N 479.04 10 2 宀 2= 2761 mm= 27.61cmf 0.807 215一般角钢厚度w 15mm属第一组，故取f = 215 N/mni需要的回转半径为ysl 0y301.6605.03 cm上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的 T形截面。根据需要的As、ixs、iys查附表7-5，选用 2L140X 9

13、0 X 10（短边相连）：A= 42.4cm, ix = 2.56cm，iy = 6.77c m （节点板厚 10mm，入=150o验算 xs l0x 150.8 58.9 入,x = 0.810i x 2.562 2139 N/mmW f = 215 N/mm。验算对称轴y的稳定承载力:2 2135 N/mmW f = 215 N/mm。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），ld= 150.8/2 = 75.4cmv40i = 40 x 4.47 = 178.8cm （i 为 4.47cm）。2、下弦cd下弦也不改变截面，采用最大设计杆力计算，N= 470.78 kN, 10x = 3000mml oy= 20700/2 =10350mm需要的净截面面积为选用 2L140X 90x 10 （短边相连）：A= 42.4cm2, ix = 2.56cm