钢结构设计计算书
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钢结构设计计算书
⼀、设计资料1、某车间的跨度27m，柱距为6m，⼚房总长度为240m，屋⾯采⽤1.5m*6m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），屋⾯的坡度为i=1/102、屋⾯永久荷载标准值为2.8kN/m（不含屋架⾃重），屋⾯可变荷载标准值为0.5kN/m，屋架采⽤梯形钢屋架，其屋架⽀承于钢筋混凝⼟柱顶3、屋架的计算跨度：lo=27-2*0.15=26.7m
4、屋架的中间⾼度：h=3.340m
5、在26.7m的两端⾼度为：ho=2.005m
6、在27m轴线处端部⾼度为：ho=1.990m
7、混凝⼟强度等级为C25，钢材采⽤Q235-B级，焊条采⽤E43型，⼿⼯焊
8、车间的柱⽹布置图如下：
柱⽹布置图
备注：某车间所设计的屋盖⽆吊车、⽆天窗、⽆振动设备，不必进⾏有关这些的计算。
⼆、结构形式与布置
屋架形式及尺⼨如下图所⽰
屋架⽀撑布置图请见A3图纸。
三、荷载计算
永久荷载：
预应⼒钢筋混凝⼟⼤型屋⾯板：2.8*1.35=3.782/m kN 屋架和⽀撑⾃重：（0.12+0.011*27）*1.35=0.562/m kN 总计：4.342/mkN 可变荷载：0.5*1.4=0.72/m kN 总计：0.72/m kN 设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合：
（1）第⼀种荷载组合：全跨永久荷载及可变荷载： F=（4.34+0.7）*1.5*6=45.36 kN
（2）第⼆种荷载组合：全跨永久荷载+半跨可变荷载： 全跨节点永久荷载：1F =4.34*1.5*6=39.06kN 半跨节点可变荷载：2F=0.7*1.5*6=6.3kN
（3）第三种荷载组合：全跨屋架包括⽀撑+半跨屋⾯⾃重+半跨屋⾯活荷载： 全跨节点屋⾯⾃重：3F =0.56*1.5*6=5.04kN
半跨节点屋⾯板⾃重及活荷载：4F =（3.78+0.7）*1.5*6=40.32kN
备注：上述三种荷载组合，其中（1）、（2）种组合为使⽤阶段荷载情况，（3）为施⼯阶段荷载情况。
四、内⼒计算
屋架在上述3种荷载组合作⽤下的计算简图如下图三个图所⽰。
⽤电算先解得F=1的屋架各杆件的内⼒系数（F=1作⽤于全跨、左半跨、右半跨），
然后求出各种荷载情况下的内⼒进⾏组合，计算结果详细见表：屋架杆件内⼒组合表
五、杆件设计
（1）上弦杆
整个上弦采⽤等截⾯，按IJ、JK截⾯最⼤内⼒进⾏设计：
内⼒N=-871.728kN=-871728N
上弦杆计算长度
在屋架平⾯内：
为节点间轴线的长度：lox=150.7cm
在屋架平⾯外：
根据⽀撑布置和内⼒变化变化情况，loy=150.7*3=452.1cm
因为loy=3lox，故截⾯宜选⽤两个不等肢⾓钢短肢相并（如图所⽰）
腹杆最⼤内⼒，N=463.62kN，查表可知，节点板厚度选⽤10mm，⽀座节点板厚度选⽤12mm（详见建筑钢结构设计书第169页）
设λ=60，查表可知?=0.807
所需⾯积 A=f N *?=215
*807.0871728
=5024.22mm 需要的回转半径：
x i =
λ
lox =607.150=2.51cm y i =λloy =601.452=7.54cm 根据所需要的A ，x i ，y i 查⾓钢表（附录中附D-18），先⽤2L160*100*12，A=60.112cm ,x i =2.82cm, y i =7.82cm ，现在对所选⽤的⾓钢进⾏验算：
x λ=
x i lox =82.27.150=53.44<[λ]=150 y λ=
y i loy =82
.71.452=57.81<[λ]=150 满⾜长细⽐要求，且对于短肢相并的不等边双⾓钢截⾯，可近似地取y λ=yz λ，所以我们只需对y λ进⾏验算便可
由于y λ>x λ,只需求y ?，查表可知y ?=0.833 根据公式：A N y *?=6011
*833.0871728=174.12/mm N <2152/mm N 所以所选⽤的截⾯2L160*110*12符合上弦杆的要求 （2）下弦杆
整个下弦杆采⽤同⼀截⾯，按所在内⼒最⼤值cd 杆计算 Nmax=830.179kN=830179Nlox =450cm, loy =1335cm 所⽤截⾯⾯积 An=f N =215
830179=3861.32mm =38.612cm 选⽤2L160*100*10，因为loy >>lox ，可⽤不等边⾓钢肢⾓短肢相并，近似取
y λ=yz λ，只需算y λ便可
截⾯⼏何特征： A=50.632cm >47.652cmx i =2.85cm y i =7.70cm
x λ=
x i lox =85
.2450=157.89<[λ]=350 y λ=
y i loy =70
.71335
=173.38<[λ]=350 选⽤截⾯满⾜要求 （3）端斜杆aB
杆件轴⼒：N=-463.625kN=-463625N
计算长度：loy =lox =257.0cm ，因为loy =lox ，所以采⽤不等肢⾓钢长肢相并，使得x i 和y i 相近，故选⽤2L140*90*10 截⾯⼏何特征： A=44.522cmx i =4.47cm y i =3.73cm
x λ=
x i lox =47.40.257=57.63<[λ]=150 y λ=
y i loy =73
.36.257=68.88<[λ]=150 由于其连接⽅式为长肢相并的不等边，需验算yz λ（y λ>x λ） 由于
t b 2=10140=14>0.48*2b loy =0.48*14
6.257=8.8
所以yz λ=5.1*t b 2*（1+42
2
24.17*b t loy ）=78.49>y λ 所以⽤yz λ来计算，yz ?=0.697
σ=
A N z y *?=2
.4452*697.0463625=149.42/mm N <2152/mm N
选⽤2L140*90*10作为端杆aB 满⾜要求 （4）腹杆ef-fJ
此杆在g 点处不断开，采⽤通长杆件 最⼤拉⼒：Nef=132.975kN NfJ=166.743kN 最⼤压⼒：Nef=-73.302kN NfJ=-69.371kN
再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平⾯内的计算长度取节点的中⼼间距lox =224.5cm
在桁架平⾯外的计算长度loy 按下列式⼦计算：loy =l*(0.75+0.25
1
2N N )=449*(0.75+0.24)=444.51cm 选⽤2L70*5(建筑钢结构设计书D-17)，可知两等边⾓钢进⾏组合 A=13.752cm x i =2.16cmy i =3.31cm
x λ=
x i lox =16.25.224=103.94<[λ]=150 y λ=
y i loy =31
.351.444=134.29<[λ]=150 由于y λ>x λ ，应考虑yz λ的影响
且t b =570=14<0.58*bloy =0.58*7051.444=36.83
yz λ=y λ*（1+
2
24
*475.0t loy b
）=137.39>y λ
所以⽤yz λ来计算，查表得z y ?=0.381
σ=
A N
z y *?=1375
*381.073302=139.92/mm N <2152/mm N
拉应⼒：σ=A N =1375
166743=121.32/mm N <2152/mm N 所以所选⽤的2L70*5的⾓钢符合截⾯要求 （5）竖杆Ec 、He N=-67.903kN=-67903kN
lox =0.8l=0.8*259=207.2cm
loy =l=259cm
由于内⼒⽐较⼩，所以按[λ]=150计算，所求的回转半径为x i =
][λlox =1502.207=1.38cm y i =][λloy =150
259=1.73cm 查表可知，选⽤截⾯x i ，y i 应略⼤些，先⽤2L63*10 截⾯⼏何特征：A=23.312cm x i =1.88cm y i =3.07cm
x λ=
x i lox =88.12
.207=110.2<[λ]=150 y λ=
y i loy =07
.3259=84.36<[λ]=150 由于x λ>y λ，让你以不必难处y λ，查表可知x ?=0.521
σ=
A N x *?=2331
*521.067903=55.92/mm N <2152/mm N
所以选⽤的截⾯2L63*10符合要求 其它杆件的截⾯选择具体请详见附表：
六、节点设计
（1）下弦节点“b ”
各杆件的内⼒图由上表可以求出：
这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内⼒计算腹杆与节点中连接焊缝的尺⼨，即f h 和w l ，然后根据w l 的⼤⼩按⽐例给出节点板的形状和尺⼨，最后验算下弦杆与节点的连接焊缝。
⽤E43型焊条⾓焊缝的抗拦、抗压和抗剪强度设计值wf f =1602/mm N ，设“Bb ”的肢背和肢尖焊缝f h =8mm 和6mm ，则需煹缝长度为： 肢背：'w l =
w
w
f
e f h N **2*7.0=
w
160*8*7.0*2353900
*7.0=138.24 取16cm
肢尖：''w l =w
w
f
e f h N **2*3.0=
w
160*6*7.0*2353900
*3.0=79.00mm 取10cm
设“bD ”杆肢背和肢尖焊缝分别为f h =8mm 和6mm ，则需煹缝长度为：
