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钢结构计算书

来源：动视网责编：小OO 时间：2025-09-24 10:30:23

钢结构计算书

钢结构屋盖课程设计计算书姓名：班级：学号：指导老师：日期：2011年7月15日一、设计说明1、设计某一检修厂房屋盖，跨度为30m，长度为60m，柱距为7.5m，三角形屋架，钢材为Q235—B，焊条采用E43型，屋面为压型钢板，屋面坡度i=1：2.5，屋架铰接于钢筋混凝土柱顶，无吊车，外檐口采用自由排水，采用槽钢檩条，檩条间距为2665.63mm。2、北京地区基本风压为0.45KN/m²,屋面离地面高度为20m，不上人屋面。雪荷载0.4KN/m²。二、檩条设计1、檩条采用轻型槽钢檩条2、屋面材料

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导读钢结构屋盖课程设计计算书姓名：班级：学号：指导老师：日期：2011年7月15日一、设计说明1、设计某一检修厂房屋盖，跨度为30m，长度为60m，柱距为7.5m，三角形屋架，钢材为Q235—B，焊条采用E43型，屋面为压型钢板，屋面坡度i=1：2.5，屋架铰接于钢筋混凝土柱顶，无吊车，外檐口采用自由排水，采用槽钢檩条，檩条间距为2665.63mm。2、北京地区基本风压为0.45KN/m²,屋面离地面高度为20m，不上人屋面。雪荷载0.4KN/m²。二、檩条设计1、檩条采用轻型槽钢檩条2、屋面材料

钢结构屋盖课程设计计算书

姓名：

班级：

学号：

指导老师：

日期：2011年7月15日

一、设计说明

1、设计某一检修厂房屋盖，跨度为30m，长度为60m，柱距为7.5m，三角形屋架，钢材为Q235—B，焊条采用E43型，屋面为压型钢板，屋面坡度i=1：2.5，屋架铰接于钢筋混凝土柱顶，无吊车，外檐口采用自由排水，采用槽钢檩条，檩条间距为2665.63mm。

2、北京地区基本风压为0.45KN/m²,屋面离地面高度为20 m，不上人屋面。雪荷载0.4KN/m²。

二、檩条设计

1、檩条采用轻型槽钢檩条

2、屋面材料为压型钢板，屋面坡度为1：2.5（α=21.80°）檩条跨度为7.5m，于跨中设置一道拉条，水平檩距2665.6×cos21.80°=2665.6×0.93=2475.0mm，坡向斜距2665.3mm。

3、荷载标准值（对水平投影面）

⑴永久荷载：压型钢板（不保温）自重为0.12 KN/m²，檩条（包括拉条和支撑）自重设为0.11 KN/m²

⑵可变荷载：屋面雪荷载ω=0.4KN/m²,基本风压ωo=0.45 KN/m²

4、内力计算

⑴永久荷载于屋面活荷载组合

檩条线荷载

pK=（0.23+0.4）×2.475=1.559 KN/m

p=（1.2×0.23+1.4×0.4）×2.475=2.069 KN/m

pX=psin21.80=2.069×0.37=0.766 KN/m

pY=pcos21.80=2.069×0.93=1.924 KN/m

弯矩设计值：

MX= pY l2/8=1.924×7.52/8=13.528KN·m

My= pX l2/32=0.766×7.52/32=1.346KN·m

⑵永久荷载和风荷载的吸力组合

按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001房屋高度为20m 取μz=1.25

按《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A，风荷载体型系数为：μS= 1.5㏒A-2.9=-0.997 A=2.475m×7.5m=18.5625m2

垂直于屋面的风荷载标准值ωk=μSμzω0=-0.997×1.25×（1.05×0.45）=-0.5 KN/m²

檩条线荷载

pXY=（0.5-0.23×cos21.80）×2.475

=0.375×2.475=0.929KN/m

pX =0.23×2.475×sin21.8o=0.211 KN/m

pY =1.4×0.997×2.475-0.23×2.475×cos21.80=2.926KN/m

弯矩设计值

MX= pYl2/8=2.926×7.52/8=20.573KN/m

My= pXl2/8=0.211×7.52/8=1.484KN/m

⑶截面选择选用

选用轻型槽钢 [20 W=152.2 cm3 Wynmax=54.9 cm3 Wynmin=20.5 cm3

IX=152.20 cm4 ix=8.07 cm iy=2.20 cm计算截面有孔洞削弱，考虑0.9的折减系数，则净截面模量为：

WNX=0.9×152.2=136.98cm3

Wynmax=0.9×54.9=49.41 cm3

Wynmin=0.9×20.5=18.45 cm3

⑷屋面能阻止檩条失稳和扭转，截面的塑性发展系数γx=1.05 γy=1.20,按公式计算截面a、b点的强度为（见图）

бx = Mx/(γx WNX)+My/(γy Wynmin)=20.573×106/（1.05×136.98×103）+1.484×106/（1.2×18.45×103）=210.06<215N/mm2

бy = Mx/(γx WNX)+My/(γy Wynmax)=20.573×106/（1.05×136.98×103）+1.484×106/（1.2×49.41×103）=168.07<215N/mm2

⑸挠度计算

因为支撑压型钢板金属板，有积灰的瓦楞铁和石棉等金属面者，容许挠度为L/200

当设置拉条时，只须计算垂直于屋面方向的最大挠度

vy=(5/384)×（1.484×cos21.80×75004）/（206×103×1522×104）=18.11mm 构造要求

λx=750/8.07=92.94<200

λy=375/2.20=170.45<200

故此檩条在平面内外均满足要求

三、屋架设计

⑴屋架结构的几何尺寸如图

檩条支撑于屋架上弦节点。屋架坡角（上弦与下弦之间的夹角）为 α=21.80°檩距=2.229m

改改改改改改改改改改改改改改改改改改改改图要改

⑵支撑布置

《建筑抗震设计规范》（GB50011--2001）支撑布置见图，上弦横向水平支撑设置在房屋两端和伸缩缝处第一开内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，其余在开间，屋架下弦跨中设置一通长水平柔性系杆，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连，故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度，下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的一半。

改改改改改改改改改改改改改改改改改改改改图要改

⑶荷载标准值

1永久荷载（恒荷载）（对水平投影面）

压型钢板（不保温） 0.12 KN/m²

檩条自重（不包括拉条支撑） 0.11 KN/m²

屋架及支撑自重 0.15 KN/m²

管道条 0.05 KN/m²

合计 0.43 KN/m²

2可变荷载（活荷载）（对水平投影面）

㈠雪荷载

基本雪压SO=0.4 KN/m²，按《建筑结构荷载规范》（GB50009--2001）表6.2.1考虑积雪全跨均匀分布情况，由于α=21.80°<25°所以μr=1.0 雪荷载标准值SK=μrSO=0.4 KN/m²

㈡风荷载

基本风压ω0=0.45 KN/m²

⑷荷载组合

1恒荷载+活（或雪）荷载

2恒荷载+半跨活（或雪）荷载

3恒荷载+风荷载

4屋架、檩条自重+半跨（屋面板+0.3 KN/m²安装荷载）

⑸上弦的集中恒荷载及节点荷载

由檩条传给屋架上限的集中恒荷载和上弦节点恒荷载见图

由檩条传给屋架上限的集中活荷载和上弦节点活荷载见图

具体计算过程如下；

1全跨屋面恒荷载作用下，

上弦集中恒荷载标准值P1、=0.43×7.5×2.475×3/101/2=7.57KN

上弦节点恒荷载P1=P1、=7.57 KN

2全跨雪荷载作用下P2、=0.40×7.5×2.475×3/101/2=7.044 KN

上弦节点雪荷载：P2= P2、=7.044 KN

假定基本组合由可变荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为1.2×7.57 +1.4×7.044 KN=18.95 KN 若基本荷载组合由永久荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为1.35×7.57+1.4×7.044=20.08KN

综上可知，本工程屋面荷载组合效应由可变荷载效应控制。

3风荷载标准值

风荷载体型系数：背风面μs=-0.5

迎风面μs=-0.47≈-0.5

风压高度变化系数μz(本设计地面粗糙度为B类)屋架下弦标高20.0m H=20+7.57/2=23.785m 坡度i=1/2.5 α=21.80°风压高度变化系数μz=1.02≈1.0 ßz=1.0

计算主要承重结构：ωk= ßzμsμzω0

背风面： ωk=1.0×（-0.5）×1.0×0.45=0.225 KN/m²（垂直于屋面）

迎风面： ωk=1.0×（-0.5）×1.0×0.45=0.225 KN/m²（垂直于屋面）

由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值P3、=ω1、=-0.225×2.475×7.5=-4.177 KN 上弦节点风荷载标准值P3=ω1=P3、=-4.177 KN

⑹内力计算

①内力组合见表

杆件名称	杆件编号	全跨荷载					半跨荷载			风荷载		内力组合			最不利内力
杆件名称	杆件编号	内力系数	恒载标准值1 P1K= 7.57（计支撑自重）		恒载标准值2 P1K= 4.93（不计支撑自重）	活载标准值 P2K =7.044	内力系数		半跨活（或雪）荷载内力标准值SK= 7.044	内力系数	风荷载内力标准值 P3K= 4.177	1.2 恒2+ 1.4活	1.2恒2+1.4半跨活	1.0恒2+ 1.4风	最不利内力
上弦	1-2	-14.81	-121.1	-73.01		-104.32	-10.8	-76.08		-9.4	-39.26	-233.66	-194.12	-142.58	-233.66
	2-3	-13.66	-103.4	-67.34		-96.22	-9.6	-67.62		-8.57	-35.80	-215.52	-175.48	-130.93	-215.52
	3-4	-14.07	-106.5	-69.37		-99.11	-10.0	-70.44		-9.4	-39.26	-222.0	-181.86	-138.2	-222.0
	4-5	-13.70	-98.94	-.44		-96.50	-9.63	-67.83		-9.4	-39.26	-212.43	-172.29	-132.29	-212.43
	5-6	-12.55	-95.0	-61.87		-88.4	-8.49	-59.8		-8.57	-35.80	-198.0	-157.96	-124.36	-198.0
	6-7	-12.95	-98.03	-63.84		-91.22	-8.	-62.62		-9.4	-39.26	-204.32	-1.28	-131.57	-204.32
下弦	1-8	13.75	104.1	67.79		96.86	10.00	70.44		10.8	45.11	216.95	179.96	144.5	216.95
	8-9	11.25	85.16	55.46		79.25	7.5	52.83		8.1	33.83	177.5	140.51	113.91	177.5
	9-10	7.50	56.78	36.98		52.83	3.75	26.42		4.05	16.92	118.34	81.36	68.06	118.34
腹杆	2-8	-1.21	-9.16	-5.97		-8.52	-1.2	-8.45		-1.3	-5.43	-19.09	-18.99	-14.77	-19.09
	3-8	-1.21	-9.16	-5.97		-8.52	-1.2	-8.45		-1.3	-5.43	-19.09	-18.99	-14.77	-19.09
	4-8	2.50	18.93	12.33		17.61	2.5	17.61		2.7	11.28	39.45	39.45	30.59	39.45
	4-9	-2.79	-21.12	-13.75		-19.65	-2.78	-19.58		-3	-12.53	-44.01	-43.91	-32.	-44.01
	4-11	2.50	18.93	12.33		17.61	2.5	17.61		2.7	11.28	39.45	39.45	30.59	39.45
	5-11	-1.21	-9.16	-5.97		-8.52	-1.2	-8.45		-1.3	-5.43	-19.09	-18.99	-14.77	-19.09
	6-11	-1.21	-9.16	-5.97		-8.52	-1.2	-8.45		-1.3	-5.43	-19.09	-18.99	-14.77	-19.09
	9-11	3.75	28.4	18.49		26.415	3.75	26.42		4.05	16.92	59.17	59.18	45.88	59.18
	7-11	6.25	47.3	30.8		44.03	6.25	44.025		6.75	28.19	98.6	98.60	76.43	98.60
	7-10	0	0	0		0	0	0		0	0	0	0	0	0

屋架杆件内力组合表

⑺ 截面选择

㈠上弦杆截面选择

上弦杆采用相同截面，以节间1-2的最大轴力N1-2来选择,下弦以节间1-8的最大轴力N1-8来选择，腹杆以节间7-11的最大轴力N7-11来选择。

各杆件的截面尺寸选择如下表

构件名称	杆件号	内力（KN）	规格	面积（㎝²）	长细比		稳定系数	应力σ [f]=215N/㎜²
构件名称	杆件号	内力（KN）	规格	面积（㎝²）	lx/ix=λx	ly/iy=λy	稳定系数	应力σ [f]=215N/㎜²
上弦	N1-2	" -233.66	┛┗90×6	21.27	266.6/2.79=95.6	533.2/3.91=136.37	φ=0.523	233.66×10³/ 0.523×21.27×10²=210.05
下弦	N1-8	216.95	┛┗70×7	18.85	430.6/2.14= 201.22	861.2/3.17= 271.67		216.95×10³/ 18.85×10²=115.09
腹杆	N7-11	98.60	┛┗70×4	11.14	430.6/2.18= 197.52	861.2/3.07= 280.52		98.60×10³/ 11.14×10²=88.51

杆件名称	杆件编号	截面规格（㎜）	杆件内力（㎜）	肢背焊脚尺寸hf1（㎜）	肢背焊缝长度lw(㎜)	肢尖焊脚尺寸hf2 (㎜)	肢尖焊缝长度lw′(㎜)
下弦杆	1-8	┛┗70×7	216.95	4	160	4	75
斜腹杆	2-8	┛┗70×4	-19.09	4	45	4	45
	3-8	┛┗70×4	-19.09	4	45	4	45
	4-8	┛┗70×4	39.45	4	45	4	45
	4-9	┛┗70×4	-44.01	4	45	4	45
	4-11	┛┗70×4	39.45	4	45	4	45
	5-11	┛┗70×4	-19.09	4	45	4	45
	6-11	┛┗70×4	-19.09	4	45	4	45
	7-11	┛┗70×4	98.6	4	80	4	45
	9-11	┛┗70×4	59.18	4	55	4	45
竖腹杆	7-10	┛┗70×4	0	4	45	4	45

注：表中焊缝计算长度lw,lw=lwˊ+2hf

⑻ 上弦接点连接计算

1支座节点“1”

为了便于施焊下弦杆肢背与支座板顶面的距离取125mm，锚栓用2M20，栓孔位置见图

在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度和节点板高度相同。

A、支座底板计算

支座反力：R=76.8 KN

设a=b=120mm a1=21/2×120=169.7mm

b1×a1/2=84.4mm 支座底板承压面积为：

An=240×200-π×202-2×40×50=52300mm2

由公式验算柱顶混凝土的抗压强度

R/An=76.8×103/52300=1.47n/mm2<βcfc

=(Ab/ Ac)1/2fc=(240×240/52300)1/2×9.6=10 n/mm2 （C20混凝土fc=9.6 N/mm2）

支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，有公式得：

M=βq a12

式中 q=R/ An= R/ A0- An=76800/52300=1.47 N/mm2

b1/ a1=84.8/169.7=0.5

查表得 β=0.06 M=βq a12=0.06×1.47×169.72=2539.99 N/mm2

支座底板厚度由公式得

t=( 6M/f)1/2=( 6×2539.99/215)1/2=8.42取12mm

B、加劲肋与节点板的连接焊缝

假定一块加劲肋承受的屋架支座反力的四分之一，即：

1/4×76.8=19.2 KN

焊缝受剪力 V=19.2 KN 弯矩M=19.2×（120-20）/2=960 KN·mm 设焊缝hf=6㎜ lw =160-40-2×6=108mm

焊缝应力由公式得：

{[V/(2×0.7hflw)]2+[6M /(2×0.7βfhflw2)]2}1/2

={[19.2×103/(2×0.7×6×108)]2

+[6×960×103/(2×0.7×1.22×6×1082)]2}1/2

=（447.9+2322.05）1/2

=52.63<160 n/mm2

C、支座底板的连接焊缝

假定焊缝传递全部支座反力 R=76.8 kn设焊缝的hf=8mm，支座底板的连接焊缝长度为∑lw=2（240-2hf）+4×（120-4-10-2hf）=2（240-2×8）+4×（120-4-10-2×8）=808mm

由公式得：

τf=R/0.7βfhf∑lw= 76.8×103/(0.7×1.22×8×808)

=13.91< fwf =0.95×160=152 n/mm2 满足要求。

D、上弦杆于节点板的焊缝计算

节点板和焊缝的连接计算，节点板于上弦角钢肢背采用槽焊缝连接，假定槽焊缝只承重屋面集中荷载P，P=14.614kn。节点板于上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接，承受上弦的内力差△N 节点“1”槽焊缝hf1=0.5t1=4mm 其中t1为节点板厚度。lw=500-2hf=520-2×4=512mm 由公式得：

σf=P/（2×0.7hflw）=14.614×103/(2×0.7×4×512)=5.097n/mm2上弦采用不等边角钢，短肢相拼，肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=5mm。则角钢肢尖焊缝的计算长度lw=520-2×5=510mm

上弦内力差N= -233.66 kn 偏心弯矩M=N·e ，e=55mm由公式得：

σf=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×233.66×103）×55/（2×0.7×5×5102）=42.35 n/mm2

τf=N/（2×0.7 hf2lw）=233.66×103/（2×0.7×5×510）=65.45 n/mm2

[（σf/βf）2+τf2]1/2=[（42.35/1.22）2+65.452]1/2

=74.09n/mm2② 上弦节点“2”（见图）

节点板与上弦的连接计算，节点板于上弦角钢肢背采用槽焊缝连接，假定槽焊缝只承重屋面集中荷载P，P= P1+ P2= 14.614kn。节点板于上弦角钢肢尖采用双面角贴角焊缝连接，承受上弦的内力差△N 节点“2”塞不控制只需验算肢尖焊缝。

上弦采用等边角钢，肢角焊缝的焊脚对hf2=0.5mm 则角钢肢尖角焊缝的计算长度lw=130-2hf=130-2hf=130-2×5=120mm ：

弦杆相邻节间内力差N=-233.66-(-215.52)=-18.14 kn 偏心弯矩M=Ne e=55mm由公式得：

σf=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×18.14×103）×55/（2×0.7×5×1202）=59.39 n/mm2

τf=△N/（2×0.7 hf2lw）=18.14×103/（2×0.7×5×120）=21.59 n/mm2

[（σf/βf）2+τf2]1/2

=[（59.39/1.22）2+21.592]1/2

=53.25n/mm2③上弦节点“4”（见图）

因上弦杆间内力差小，节点板尺寸大，故不需要再验算。

④屋脊节点“7”（见图）

上弦杆节点荷载P假定角钢肢背的塞焊缝承受同上，按构造要求考虑，都可满足。

根据公式，上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为

L‘W=N/(4×0.7hffwf)+2hf=204.32×103/（4×0.7×4×0.95×160）+2×4=128.02mm,取128mm

采用拼接角钢长l=2×128+10=266,实际拼接角钢总长可取为280mm。

拼接角钢竖肢需切肢，实际切肢△=t+hf+5=12+8+5=25mm,切肢后剩余高度h-△=110-25=85mm，水平肢上需要设置安装螺栓。

上弦杆与节点板的连接焊缝按肢尖焊缝承受上弦杆内力的15%计算，角钢肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=4mm,则角钢肢尖角焊缝的计算长度lw=240×3.16/3-2×4-10=235mm, △N=15%×228.44=34.27kn 偏心弯矩M=△N.e e=55mm 则由公式得

σf=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×34.27×103）×55/（2×0.7×5×2352）=29.25n/mm2

τf=△N/（2×0.7 hf2lw）=34.27×103/（2×0.7×4×235）=26.04 n/mm2

（σf/βf）2+τf2]1/2=[（29.25/1.22）2+12.962]1/2=27.25 n/mm2⑤下弦拼接节点“10”

拼接角钢与下弦杆用相同规格，选用┚┖70×7，下弦杆与拼接角钢之间角焊缝的焊脚尺寸采用hf=4mm。根据公式得下弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧得焊缝长度为:L‘w=N/(4×0.7hffwf)+2hf=Af/(4×0.7hffwf) +2hf =10.83×102×0.95×215/（4×0.7×4×0.95×160）+2×4=137.9mm,取140mm

拼接角钢得长度取2L‘w+10=290mm，接头的位置视材料得长度而定，最好设在跨中节点处，当接头不在节点视由公式得焊缝长度为：

L’w1=0.7×0.15×118.34×103/(2×0.7×4×0.95×160)+2×4=22.6取100 mm.设肢尖焊缝得焊脚尺寸hf=4mm.由公式得焊缝长度为

L’w1=0.3×0.15×118.34×103/(2×0.7×4×0.95×160)+2×4=14.26mm

由以上计算可知，下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是按构造要求确定的，取100mm。

本设计檩条为 [20, 拉条为Ф12，撑杆为D32×2圆钢管，上弦为┓┏90×6，下弦为┛┗70×7，腹杆为┛┗70×4。

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钢结构屋盖课程设计计算书姓名：班级：学号：指导老师：日期：2011年7月15日一、设计说明1、设计某一检修厂房屋盖，跨度为30m，长度为60m，柱距为7.5m，三角形屋架，钢材为Q235—B，焊条采用E43型，屋面为压型钢板，屋面坡度i=1：2.5，屋架铰接于钢筋混凝土柱顶，无吊车，外檐口采用自由排水，采用槽钢檩条，檩条间距为2665.63mm。2、北京地区基本风压为0.45KN/m²,屋面离地面高度为20m，不上人屋面。雪荷载0.4KN/m²。二、檩条设计1、檩条采用轻型槽钢檩条2、屋面材料

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