钢结构设计任务书.doc

钢结构课程设计计算书
1. 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置
1.5m×6m 大型钢筋混凝土屋面板
计算跨度： =L-300=23700mm
端部： =2000mm 中部： H=3185mm
2. 荷载和内力计算
（1）荷载计算
悬挂管通 0.1 KN/
两毡三油上铺小石子 0.35 KN/
找平层 0.4 KN/
钢筋混凝土层面板 1.4 KN/
积灰荷载 0.5 KN/
雪荷载 0.7 KN/
屋架及支撑自重 0.12+0.011×24=0.384 KN
可变荷载 1.2 KN/
恒荷载 2.801 KN/
（2）荷载组合
永久荷载起控制作用：雪荷载： =1.4 =0.7
积灰荷载： =1.4 =0.9
=（1.35×2.801+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×0.5）×1.5×6=45.88 KN/
可变荷载起控制作用的组合：雪荷载起控制作用
=1.2×2.801+1.4×0.7+1.4×0.9×0.5）×1.5×6=44.74 KN/
积灰荷载起控制作用：=（1.2×2.801+1.4×0.5+1.4×0.9×0.7）×1.5×6=44.49 KN/
故节点荷载取为 45.88 KN/ =8=367.04 KN

腹杆最大内力 -516.4 KN 选用中间节点板厚度为 12mm 支座节点板厚度为 14mm
3. 截面选择
（1）上弦 ；整个截面不改变，按最大内力计算：
=-700.6 KN =150.8 cm =300.0cm（层面板宽度）
假定 λ=70 ψ=0.751 选用两根角钢组合截面 绕x轴，y轴失稳均为b类
A===43.39
===2.15cm ==300/70=4.29 cm
选用2L100×12 A=45.6 =3.03cm =4.64cm
截面验算： ===49.74 ===64.66 ＜[λ]=150 刚度符合
b类 =0.783
双角钢T型截面绕对称轴（y）轴应按弯扭屈曲计算长细比
b/t=10/1.2=8.33＜=17.4
所以=（1+）=64.66×（1+）=67＞
所以ψ=0.756
σ===203.23 N/＜f=215 N/ 整体稳定满足要求。
局部稳定= =7.33＜(10+0.1λ)=（10+0.1×68.9）=16.9
局部稳定满足要求。
填板：角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径==3.03cm
压杆：填板间距 ≤40i=121.2cm
所以 填板每个节间放一个 l=75.35cm＜121.2cm 节间有节点板。
（2）下弦：不改变截面，按最大内力计算：
=7 08.88 KN(受拉) =600cm =1200cm
拉杆不用考虑整体稳定性只考虑长细比与强度
A=N/F=708.88/215=3297 =32.87
=2 所以宜选用不等边角钢短肢相并
选2L100×80×10 A=34.4 =2.35cm =4.85cm
σ=N/A=708.88/34.4=206.1N/＜215N/ 强度验算合格。
===255.3 ===247.4
查表4.1 受拉构件容许长细比一般桁架[λ]=350 ＜[λ] ＜[λ] 刚度满足。
填板：角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径=3.12
拉杆：填板间距≤80=249.6cm
取=200cm 即下弦杆每个节点间有2块填板，节间有节点板。
（3）斜腹杆
杆件a-d：N=-516.4 KN =173cm =356.1cm
假定 λ=70 ψ=0.751
A===3198.2=31.98
===2.47 ===5.09
选2L140×90×8 A=36 =2.59cm =6.80cm(短肢相并)
截面验算：==66.79 ==53.72 ＜ ＜[λ]=150
所以满足刚度要求。
b类 ψ=0.77 双角钢T型截面绕对称轴（y）应按弯扭屈曲计算长细比
短肢相并：b/t=140mm/8mm=17.5＞=14.6
=3.7×(1+)=3.7×（1+）=67.48＞
=67.48＜[λ]=150 刚度满足要求。
整体稳定验算：ψ=0.766
σ= = =187.26 N/ ＜f=215 N/ 整体稳定满足要求。
局部稳定：= =16.5＜(10+0.1)=16.9 局部稳定满足要求。
d-C杆与ad杆采用相同角钢。
验算dc杆：N=-464.13 KN =1923mm =3561mm =2.59cm =6.8cm
刚度验算; ==72.25 ＜[λ]=150 ==53.72＜[λ]=150 刚度满足要求。
最大，取=72.25计算，ψ=0.737
整体稳定性验算：σ= = =174.9N/ ＜f=215
整体稳定性满足要求。
则aC选用 2L140×90×8
填板：角钢对平行于填板自身形心轴回转半径=4.5cm
填板间距＜40 =180cm则a-d, d-C之间各设一填板。
竖杆：b-E N=-91.66 KN =2585mm×0.8=2068 =2585mm
受压构件长细比限值[λ]=150
由于力小杆件长，所以假设 λ=100 ψ=0.555
A= = =768.2 =7.68
= =20.68mm=2.07cm = =25.85 mm=2.59cm
选 2L70×5 A=13.76 =2.16cm =3.31cm
截面验算：= =95.7＜[λ]=150 = =78.1＜[λ]=150
等边角钢绕对称轴y换算长细比：= =14 = =21.42
＜ 所以=（1+）=78.1×（1+）=83.43＞＜[λ]
刚度满足要求。
由取ψ=0.583 σ===114.26 N/＜f=215 N/
整体稳定性满足要求。
局部稳定：= =13＜(10+0.1λ)=19.6 局部稳定满足要求。
填板：角钢平行于填板自身形心轴回转半径：=2.16cm
压杆 ＜40=86.4cm 则b-E轴放两块填板。
杆 A-d E-e E-f I-g 受拉，且受力均小，考虑角钢肢宽不得小于45mm，厚度不宜小于5mm。避免施工混乱以及方便施工，选用2L50×5 角钢组合。A=9.6 =1.53 =2.53
强度：=66.29 KN σ==69.29 N/＜f=215 N/ 强度满足要求。
这些杆件中长度最长的是I-g杆
则=2299×0.8=1839.2mm=183.9cm =2299mm=229.9cm
==120.2＜[λ]=350 ==90.9＜[λ]=350 刚度满足要求。
杆I-c，容许长细比[λ]=200 N=44.91 选用2L50×5 角钢组合。
=3185×0.9=2867mm =3185×0.9=2867mm
==166.5＜[λ] ==125.9＜[λ] 刚度、强度均满足要求。
填板：角钢平行于填板自身形心回转半径 =1.53 cm
拉杆：≤80=122.4cm
I-c之间放两块填板，A-d E-f E-e I-g 之间放一块填板。
③杆b-e e-c 杆宜采用相同型钢组合，且不截断。
=313.55 KN受拉 =188.6cm =377.2cm
拉杆只考虑强度与刚度
A==313.55/215=1458.4=14.58 ＞2
所以宜选用不等边角钢短边相并。
选用2L70×45×7 A=15.32 =1.25 =3.69
截面验算：A=15.32＞14.58 强度满足要求。
==120.72＜[λ]=350 ==102.2＜[λ]=350 刚度满足要求。
填板：角钢平行于填板自身形心轴回转半径 =220cm ＜80=176cm
每个杆间放一个填板。
④杆A-a ：N= -62.77 KN =2000mm =2000mm
受力小，长度大，设λ=100 ψ=0.555
A===5.26 ==2cm ==2cm
选用2L63×5 A=12.28 =1.94cm =3.04cm
截面验算: ===103.1 ==65.8
等边角钢绕对称轴y轴这算长细比：==12.6＜ = =18.4
=（1+）=65.8×（1+）=70.7＜
取λ==103.1＜[λ]=150 刚度满足要求。
ψ=0.535 σ===95.54 N/＜f=215 N/
整体稳定性满足要求。
局部稳定：==11.6＜(10+0.1λ)=20.3 局部稳定满足要求。
填板：角钢平行于填板自身形心轴回转半径：=1.94
压杆：＜40=77.6cm 则A-a 杆之间放两块填板。
杆 B-d D-e F-f H-g 长度及受力均小于A-a杆且角钢肢宽不得小于45mm，厚度不宜小于5mm。为便于进材和施工所以B-d D-e F-f H-g杆采用与A-a杆相同型钢组合。
填板：B-d D-e F-f 之间放一块填板H-g间放一块填板。

⑤杆b-f f-G 宜采用相同型钢组合，且不截断。
=-104.01 KN受压 =2081×0.8=1664.8mm=166. 5cm =379.2cm
＞2 所以宜选用不等边角钢短肢相并。假定 λ=100 ψ=0.555
A===871.7=8.72 =1.67 ==3.79
选2L70×50×6 A=14.52 =1.42cm =3.86cm
截面验算：==117.3 ==107.8
双角钢T型截面绕对称轴y轴折算长细比：
==11.67＜= =33.296
所以可以近似取= ，又＞=
所以取λ==117.3＜[λ]=150 刚度满足要求。
整体稳定：ψ=0.451 σ===158.83 N/＜f=215 N/
整体稳定性满足要求。
局部稳定：==10.67＜(10+0.1λ)=21.7 局部稳定满足要求。
杆c-g g-G 宜采用相同型钢组合且不截断，受力小，主要选材为了满足刚度要求。
所以选用和杆b-f f-G 相同的型钢组合（2L70×50×6）。
填板：角钢平行于填板自身形心轴回转半径 =2.38cm
压杆：＜40=95.2cm 所以b-f f-G c-g g-G间各自放两块填板。
截面材料汇总：

杆件名称
杆件号码
内力设计值（KN）
计算长度（m）
所用截面

截面积
()
计算应力
N/
容许长细比[λ]
杆件端部的角钢肢背肢间焊缝（mm）
填板数
(每节间)

上弦杆
H-G
-700.6
1.507
3.014
2L100×12
45.6
203.23
150

1
下弦杆
c-b
708.88
6.000
12.000
2L100×80×10
34.4
206.1
350

1

腹杆
A-a
-62.77
2.000
2.000
2L63×5
12.28
95.54
150

2
A-d
66.52
1.632×0.8=1.306
1.632
2L50×5
9.6
69.29
350

1
a-d
-516.40
1.73
1.73
2L140×90×8
36
187.26
150

1
d-C
-464.13
1.923×0.8=1.538
1.923
2L140×90×8
36
174.9
150

1
B-d
-46.45
1.053×0.8=0.842
1.053
2L63×5
12.28
42.74
150

1
C-e
313.55
1.886
3.772
2L70×45×7
15.32
204.67
350

1
e-b
270.36
1.886
3.772
2L70×45×7
15.32
176.23
350

1
D-e
-59.24
1.292×0.8=1.034
1.292
2L63×5
12.28
57.36
150

1
E-e
47.57
2.081×0.8=1.665
2.081
2L50×5
9.6
49.55
350

1
E-b
-91.66
2.585×0.8=2.068
2.585
2L70×5
13.76
114.26
150

2
E-f
33.44
1.886×0.8=1.509
1.886
2L50×5
9.6
34.83
350

1
F-f
-45.81
1.292×0.8=1.034
1.292
2L63×5
12.28
44.43
150

1
b-f
-104.01
2.081×0.8=1.665
3.792
2L70×50×6
14.52
158.83
150

2
f-G
-67.07
2.081×0.8=1.665
3.792
2L70×50×6
14.52
102.4
150

2
G-g
-17.66
2.081×0.8=1.665
3.639
2L70×50×6
14.52
26.97
150

2
g-c
-35.51
2.081×0.8=1.665
3.639
2L70×50×6
14.52
54.23
150

2
H-g
-27.32
1.592×0.8=1.274
1.592
2L63×5
12.28
28.67
150

1
I-g
19.71
2.299×0.8=1.839
2.299
2L50×5
9.6
20.53
150

1
I-c
44.91
3.185×0.9=2.867
2L50×5
9.6
46.78
200

2

(1) 下弦节点”b”
各杆截面型号：
下弦杆：2L100*80*10（短支相并） e-b杆：2L70*45*7（短支相并）
b-f : 2L70*50*6（短支相并） b-e杆：2L70*5
节点板厚度 t=12mm
最小焊角尺寸 =1.5=5.2 取6mm.
b-e杆焊角尺寸：最大焊角尺寸=1.2t=8.4 取8cm.
所以 b-e杆肢背焊角尺寸=8mm 肢尖焊角尺寸=6mm
焊缝长度 肢背：=+2*8=122mm
肢尖：+2*6=73mm

b-f杆：最大焊角尺寸 =1.2t=7.2 取6mm.
所以 肢背 =6mm 肢尖 =6mm.
焊缝长度 肢背 +2*6=67
肢尖 +2*6=36mm 取60mm.
l>40+2*6=52且8+2*6=60
b-e杆：最大焊角尺寸：1.2t=1.2*5=6mm.
肢背=6mm 肢尖
肢背=+2*6=60 肢尖+ 2*6=33
最小焊角长度：l=40mm+2*6=52 且 8+2*6=60mm.
所以肢尖 取60mm.

下弦杆与节点板连接焊缝 内力差ΔN=708.88-418.81=290.07kN
节点板长度 l=559mm 采用 =6mm.
肢背焊缝应力为 τ==44.19N/<=160N/.
(2) 上节点：“E”
各截面型号：
上弦杆：2L100*12 E-f: 2L50*5 b-e:2L70*5 E-e:2L50*5
节点板厚度 t=12mm 最小焊角尺寸 =1.5=5.2 取6mm.
杆E-f b-E E-e 厚度均为5mm.
则最大焊角尺寸 =1.2*5=6mm.
则肢背焊角尺寸 =6mm 肢尖焊角尺寸 =6mm.
杆b-E: 肢背=+2*6=60
肢尖=+ 2*6=73
焊缝最小长l>=40+2*6且8 +2*6 所以=60mm.
则肢尖取60mm 所以小于90kN的都可以用构造焊缝
杆E-f E-e 力太小，按构造施焊即可。即肢背l=60mm 肢尖l=60mm。

上弦杆与节点板焊缝： 肢背等用寒焊缝，
节点板缩进最小值 0.5t+2=8mm.
最大缩进 t=12mm 取缩进10mm 承受节点去荷载：Q=45.88kN
=t/2=6mm. ==384mm-12=336mm
Q==16.26N/<=1.22*160=195.2N/

肢尖焊缝承担弦杆内力差ΔN=672.23-663.8=8.41kN
偏心距e=100-29.1=70.9mm 偏心力矩M=ΔNe=8.41*70.9mm=764.469kN.mm
采用=10mm 则ΔNe: ==1.79N/
对M ===2.9N/
则焊缝强度+=2.98N/<160N/

上线节点“C”
各截面型号：
上弦杆：2L100*12 e-c杆：2L70*45*7 d-c杆：2L140*90*8
节点板厚度 t=12mm，最小焊角尺寸=1.5=5.2 取6mm.
e-c杆 最大焊角尺寸：=1.2t=8.4mm 取8mm.
所以 肢背取8mm 肢尖取6mm.
焊缝长度： 肢背 =+2*6=135mm
肢尖 =+2*6=82mm
焊缝最小长度 l>=40+2* 且8 +2*
肢背 =80mm 肢尖=60mm 所以肢背取135mm 肢尖取82mm.
上弦杆与节点板的连接焊缝： 肢背采用塞焊缝，节点板缩进10mm
承受节点荷载Q=454.88kN =t/2=6mm

肢尖焊缝承担弦杆内力差 ，偏心e=100－29.1=70.9mm
偏心力矩，采用 则
对 ：
对M ：
则焊缝强度为： 强度符合要求。
（3）斜腹点“d”
各杆截面：d-c:2L140*90*8 a-d:2L140*90*8 B-d:2L63*5 A-d:2L50*5
节点板厚度 t=12mm,最小焊角尺寸 1.5 取6mm.
B-d A-d 力均小于90kN,由前面计算知 B-d,A-d杆
可采用构造焊缝， 焊角尺寸6mm，长度60mm.
肢尖焊角尺寸 6mm,长度60mm.
ΔN=516.4-464.13=52.27kN
取肢背焊缝=8mm,
节点板长度：l=247mm 计算长度=247-2*8=231mm
肢背应力 τ==14.14N/<160N/ 满足要求
(4)屋背节点“I”
多杆截面：
上弦杆 I-H：2L100*12 I-g:2L50*5 I-c:2L50*5
I-c杆 ,I-g杆受力均小于90kN,由前面计算数据构造要求决定焊缝尺寸，肢背焊缝尺寸，支背焊角尺寸6mm，长度60mm,肢尖焊角尺寸6mm，焊缝长60mm。
弦杆与节点连接：ΔN=0，可按构造决定焊缝尺寸：=1.2*12=14.4 取14mm. 肢尖取8mm.
肢尖取80mm 肢背塞焊缝=6mm.
上弦杆拼接计算：由于没有长肢为100，肢厚为12的不等边角钢，所以拼接角钢采用与上弦杆相同的截面2L100*12,除倒菱角外，竖肢应切去Δ=t+ +5mm
设=10mm Δ=27mm 取30mm，并按上弦坡度热弯。拼接角钢与上弦连接焊缝再接头一侧的总长度。
===624mm
共四条焊缝，为平均受力，各条焊缝实际长度：
=624/4+2*10=176mm
拼接角钢总长度为l=2+20=372mm 取400mm.
下弦杆：2L100*80*10
肢背 =10mm,肢尖=8mm.
肢背=+2*10=151mm
肢尖=+2*8=87mm.
(5)支座节点a
① d-a焊缝 肢背=218mm 肢尖=128mm.
A-a杆：2L63*5 力小于90kN 可按构造施焊。
肢背焊角尺寸 =6mm 长度=60mm
肢尖焊角尺寸 =6mm 长度=60mm.

② 底板计算
支反力 =367.04kN,混凝土强度C20=9.6N/
所需底板净面积 =367.04kN/9.6N/=38233
锚栓直径d=20mm 锚栓孔直径为40mm,
则所需底板面积A=+=382.33+2*4*4+3.14*4*4/4=426.89
按构造要求采用底板面积为25*25=625>426.89
垫板采用----100*100*20 孔径21mm
实际底板净面积为=625-2*4*4-3.14*4*4*4/4=580.44
底板实际应力 q=367.04kN/580.44=6.23N/
==16.8cm
==8.43cm
==0.5 查表4.8得β=0.056 则
M=βq=0.056*6.32*168*168=9989N.mm
所需底板厚度 t===17.1mm 取18mm.
底板尺寸为 -250*250*18

③ 加劲肋与节点板连接焊缝计算
屋架下弦 2L100*80*10(短并) 角钢伸出肢的宽度为100mm
所以屋架下弦角钢背与支座的距离取138.7mm.
一个加劲肋的连接焊缝所承受的内力取为v=R/4=367.04/4=91.76kN.
M=Ve=91.76kN*25/4=5.735kN.m
加劲肋高度取与中间节点板相同，厚度取12mm,则加劲肋为：
-450*250*12，采用=6mm，验算焊缝应力：
对V: τ==24.9N/
对M：==21.35N/<160 N/

④ 节点板，加劲肋与底板连接焊缝计算采用：=8mm
实际焊缝长度=2a+2(b-t-2c)-12 =2*250+2*(250-14-2*14)-12*8=820mm
焊缝设计应力 ==79.9N/<=195.2N/