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，1.5m×6.0m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，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。
＝L-300＝20700mm，
屋架计算跨度为L
＝1990mm，
端部高度取H
中部高度取H＝H
+1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm，
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
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） 0.02×20 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+0.011×21） 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 0.75 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 ＝3.18×1.5×6＝28.62 kN
活
P＝1.19×1.5×6＝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点荷载设计值'
恒
P和
'
活
P分别为：
'
恒
P＝0.42×1.5×6＝3.78 kN
'
活
P＝（1.68+0.63）×1.5×6＝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
×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 -42.68 -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 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 -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 -1.04 -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 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（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t＝10mm，支座节点板厚t＝12mm。 先由非对称轴选择截面，假设λ＝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 2＝27.61cm 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2L140×90×10（短边相连）：A＝42.4cm 2
，x i ＝2.56cm，y i ＝6.77cm （节点板厚10mm），[λ]＝150。
验算 9.5856
.28.1500
x x xs i l ≤[λ]，x ＝0.810 故 139424081.01004.4793 A N x x N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2
。
验算对称轴y 的稳定承载力：
b 1/t＝14/1＝14＞0.56
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 ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ＝0.836；故，1354240
836.01004.4793
A N y y N/mm 2≤f ＝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 ＝150.8/2＝75.4cm＜40i＝40×4.47＝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，l 0x ＝3000mm，l 0y ＝20700/2＝10350mm，需要的净截面面积为
A n ＝215
1078.4703 f N ＝2190 mm 2＝21.9cm 2
选用2L140×90×10（短边相连）：A＝42.4cm 2
，x i ＝2.56cm，y i ＝6.77cm。
验算：在节点设计时，将位于下弦杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，且使栓孔中心到节
点板近端边缘距离不小于100cm，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（[λ]＝350）
11756
.23000
x x x i l ≤[λ] 15377
.61035
y
y y i l ≤[λ] 故1114240
1078.4703 A N N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2
。
满足要求。
垫板每节间放置一块，l d ＝150cm＜80i＝80×4.47＝357.6cm（i 为4.47cm）。 3、端斜杆aB
N＝-300.87 kN，l 0x ＝2524mm，l 0y ＝2524mm，需要的净截面面积为
A n ＝215
1087.3003 f N ＝1399 mm 2＝13.99cm 2
选用2L140×90×8（长边相连）：A＝36.08cm 2
，x i ＝4.5cm，y i ＝3.62cm，[λ]＝150 验算：565
.44
.2520
x x x i l ≤[λ] b 2/t＝90/8＝11.25＜0.485.139
4
.25248.020 b l y
，7062.34.2520 y y y i l 换算长细比82)8.04.252909.11(70)09.11(2
24
2204
2 t l b y y ys ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ＝0.675；故，1243608
675.01087.3003 A N y y N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2
。
满足要求。
设两块垫板，l d ＝84.1cm＜40i＝40×2.59＝103.6cm（i 为2.59cm）。 4、斜腹杆dH
N＝46.82 kN，l 0x ＝3395mm，l 0y ＝3395mm，需要的净截面面积为
A n ＝215
1082.463 f N ＝218 mm 2＝2.18 cm 2
选用2L80×5：A＝15.82cm 2
，x i ＝2.48cm，y i ＝3.56cm，[λ]＝150 验算：13748
.25
.3390
x x x i l ≤[λ] b/t＝80/5＝16＜0.586.248
5
.33958.00 b l y
，9556.35.3390 y y y i l 换算长细比1015
.05.3398475.01(95)475.01(2
24
2
204
t l b y y ys ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ＝0.549；故，541582
549.01082.463
A N y y N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2
。
满足要求。
设两块垫板，l d ＝84.9cm＜40i＝40×3.56＝142.4cm（i 为3.56cm）。 5、竖杆dG
竖杆不改变截面尺寸，N＝-38.15 kN，l 0x ＝0.8l＝0.8×2888＝2310mm，l 0y ＝2888mm 选用2L80×5：A＝15.82cm 2
，x i ＝2.48cm，y i ＝3.56cm，[λ]＝150 验算：9348
.22310
x x x i l ≤[λ]
b/t＝80/5＝16＜0.58
9.208
8
.28858.00
b
l y ，8156.38.2880 y y y i l 换算长细比89)5
.08.2888475.01(81)475.01(2
24
2
204
t l b y y ys ＜[λ]＝150，查附表4-2， y ＝0.628；故，381582
628.01015.383
A N y y N/mm 2≤f ＝215 N/mm 2
。
满足要求。
设两块垫板，l d ＝72.2cm＜40i＝40×3.56＝142.4cm（i 为3.56cm）。
其余各杆的截面选择见表。需注意连接垂直支撑的中央竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度为l 0＝0.9l，其它腹杆除Aa 和Ba 外，l 0x ＝0.8l。
屋架杆件截面选择表
杆件 名称
内力（kN）
计算长度（cm） 截面形式和规格 截面面积（cm 2
）
回转半径
（cm） 长细比 容许长细比
[λ]
稳定系数φ 计算应力（N/mm 2
）
l 0x
l 0y
i x
i y
λx
λy
λyz 上弦
AB -1.14 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 0 BC -285.53 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 83 CD -285.53 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 83 DE -429.81 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 125 EF -429.81 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 125 FG -463.69 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54 150 0.81 135 GH -463.69 150.8 301.6 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 58.9 54
150
0.81 135 下弦
ab 156.47 300 1035 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 117 153 350 36 bc 371.94 300 1035 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 117 153 350 87 cd 455.70 300 1035 2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 117 153 350 107 de 448.08 300
1035
2L140×90×10 42.4 2.56 6.77 117 153 350
106 斜杆
aB -291.24 252.4 252.4 2L140×90×8 36.08 4.5 3.62 56 82 150 0.675 120 Bb 219.66 259.8 259.8
2L140×90×8
36.08
4.5 3.62
58
84
150 0.661
92
bD -167.13 286.2 286.2 2L140×90×8 36.08 4.5 3.62 64 90 150 0.621 75 Dc 104.69 285.2 285.2
2L140×90×8
36.08
4.5 3.62
64
90 150 0.621 48 cF -59.39 312.5 312.5 2L80×5 15.82 2.48 3.56 126 95 150 0.588 32 Fd -20.94 29.17 311.5 311.5 2L80×5 15.82 2.48 3.56 126
95
150 0.588
32 dH
-24.70 46.82
339.5 339.5 2L80×5
15.82 2.48 3.56 137 101 150 0.549 54 竖杆
Aa -20.56 159.2 199 2L80×5
15.82 2.48 3.56 64 51 150 0.856 15 Cb -37.69 182.3 227.9 2L80×5 15.82 2.48 3.56 74 74 150 0.726 33 Ec -37.31 206.6 258.3 2L80×5 15.82 2.48 3.56 83 82 150 0.675 35 Gd -36.93 231 288.8 2L80×5
15.82 2.48 3.56 93 89 150 0.628 37 He
-4.57 243.2 304
2L80×5
15.82 2.48 3.56
98
92
150 0.608
5
注：角钢规格共3种
七、节点设计
在确定节点板的形状和尺寸时，需要斜腹杆与节点板间连接焊缝的长度。先算出各腹杆杆端需要的焊缝尺寸。其计算公式为： 角钢肢背所需焊缝长度1l ：f w
f f h f h N
K l 27.02111
角钢肢尖所需焊缝长度2l ：f w
f
f h f h N
K l 27.02222
如腹杆aB，设计杆力N＝300.87 kN，设肢背与肢尖的焊脚尺寸各为h f1＝8mm，h f2＝6mm。因aB 杆系不等边，角钢与长肢相连，故K 1＝0.65，K 2＝0.35。则：
1258216087.021087.30065.03
1 l mm
9062160
67.021087.30035.03
2 l mm
其它腹杆所需焊缝长度的计算结果见表4。未列入表中的腹杆均因杆力很小，可按构造取 h f ≥5105.15.1 t ，l 1＝l 2＝8h f +10＝8×5+10＝50 mm
表4 腹杆杆端焊缝尺寸
杆件 名称
设计内力（kN） 肢背焊缝
肢尖焊缝
l 1（mm） h t （mm）
l 2（mm） h t （mm）
aB -300.87 125 8 90 6 Bb 226.93 100 8 70 6 bD
-172.66
80
8
60
6
Dc 108.16 55 8 40 6
表中1l 、12为取整后数值
1、下弦节点“b”
按表4所列Bb、bD 杆所需焊缝长度，按比例绘制节点详图，从而确定节点板的形状和尺寸（附图4）。由图中量出下弦与节点板的焊缝长度为480mm，焊脚尺寸hf＝5mm，焊缝承受节点左、右弦杆的内力差△N＝N bc -N ab ＝384.25-161.65＝222.6 kN。验算肢背焊缝的强度：
5248057.02106.22275.07.0231w f f l h N K 51 N/mm 2 ) 满足要求。肢尖的焊缝应力更小，定能满足要求。竖杆bC 下端应伸至距下弦肢尖为20mm 处，并沿肢尖和肢背与节点板满焊。 附图4：下弦节点“b” 2、上弦节点“B” 按表4所列腹杆Ba、bB 所需焊缝长度，确定节点板形状和尺寸，如附图5所示。量得上弦与节点板的焊缝长度为400mm，设h f ＝5mm，因节点板伸出上弦肢背15mm，故由弦杆与节点板的四条焊缝共同承受节点集中荷载P＝28.62+10.71＝39.33 kN 和弦杆内力差△N＝N BC -N AB ＝294.98-1.18＝293.8 kN 的共同作用。忽略P 对焊缝的偏心并视其与上弦垂直，则上弦肢背的焊缝应力为： 附图5：上弦节点“B” 2 12 7.027.0422.1 w f w f l h N K l h P ＝2 32 3)52400(57.02108.29375.0)52400(57.0422.11033.39 ＝81 N/mm 2 ) 满足要求。由于肢尖的焊缝h f 也为5mm，故应力更小，定能满足要求。 3、下弦中央拼接节点“e（附图6） 附图6：下弦中央拼接节点“e” （1）拼接角钢计算 因节点两侧下弦杆力相等，故用一侧杆力N ed ＝462.91 kN 计算。拼接角钢采用与下弦相同的截面2L140×90×10，设与下弦的焊缝的焊脚尺寸h f ＝8mm，竖直肢应切去△＝t+h f +5＝10+8+5＝23 mm，节点一侧与下弦的每条焊缝所需计算长度为： 129160 87.041091.4627.043 w f f ef w f h N l mm 拼接角钢需要的长度为： L＝2（l w +16）+10＝2×（129+16）+10＝300 mm 为保证拼接节点处的刚度取，L＝500 mm。 （2）下弦与节点板的连接焊缝计算 下弦与节点板的连接焊缝按0.15N ed 计算。取焊脚尺寸h f ＝5mm，节点一侧下弦肢背和肢尖每条焊缝所需长度l 1、l 2分别为： 461016057.021091.46215.075.0107.0215.03 11 w f f ed f h N K l mm 261016057.021091.46215.025.0107.0215.03 22 w f f ed f h N K l mm 在附图6中，节点板宽度是由连接竖杆的构造要求所决定的，从图中量得每条肢背焊 缝长度为155mm，每条肢尖焊缝长度为120mm，满足要求。 4、屋脊节点“H”（附图7） （1）拼接角钢计算 附图7：屋脊节点“H” 拼接角钢采用与上弦相同的截面2L140×90×10。设两者间的焊脚尺寸h f ＝8mm，竖直肢应切去△＝t+h f +5＝10+8+5＝23 mm。按上弦杆力N GH ＝479.04 kN 计算拼接角钢与上弦的焊缝，节点每侧每条焊缝需计算长度为： 13416087.041004.4797.043 w f f GH w f h N l mm 拼接角钢需要的长度为： L＝2（l w +16）+10＝2×（134+16）+20＝320 mm 为保证拼接节点处的刚度取，L＝700 mm。 （2）上弦与节点板间焊缝计算 上弦与节点间在节点两侧共8条焊缝，共同承受节点荷载P 与两侧上弦内力的合力。近似地取sinα＝tanα＝0.1，该合力的数值为： 2Nsinα-P＝2×479.04×0.1-39.33＝56.48 kN 设焊脚尺寸h f ＝5mm，每条焊缝所需要长度为： 231016057.081048.56107.08sin 23 w f f f h P N l mm 由图量得焊缝长度为220mm。满足要求。 5、支座节点“a”（附图8） （1）底板计算 附图8：支座节点“a” 底板承受屋架的支座反力R＝7P＝7×39.33＝275.31 kN，柱采用C20混凝土，混凝土 的轴心抗压强度设计值f c ＝10 N/mm 2 。底板需净面积A n 为： 2753110 1031.2753 c n f R A mm 2 锚栓直径d＝25mm，锚栓孔布置见附图8，栓孔面积为： △A＝50×40×2+π×252＝5963 mm 2 底板需面积为 A s ＝A n +△A＝27531+5963＝33494 mm 2 按构造要求底板面积取为A＝280×350＝98000 mm 2 ＞A s ，满足要求。 底板承受的实际均布反力 0.35963 980001031.2753 A A R q N/mm 2 ＜f c 节点板和加劲肋将底板分成四块相同的两相邻边支承板，它们对角线长度α1及内角顶点到对角线的距离b 1分别为： α1＝22417514022 mm，b＝0.5α1＝112 mm b 1/α1＝0.5，查得β＝0.058，两相邻边支撑板单位板宽的最大弯矩为： M＝βqα21＝0.058×3×2242 ＝8731 N.mm 所需底板厚度为 t＝ 6.15215 8731 66 f M mm（取t＝20mm） 实取底板尺寸为-280×350×20。 （2）加劲肋与节点板的焊缝计算 焊缝长度等于加劲肋高度，也等于节点板高度。由节点图量得焊缝长度为492mm，计算长度l w ＝492-12-15＝465（mm）（设焊脚尺寸h f ＝6mm），每块加劲肋近似的按承受R/4计算，R/4作用点到焊缝的距离为e＝（140-6-15）/2+15＝74.5 mm。则焊缝所受剪力V 及弯矩M 为： V＝275.31/4＝68.8 kN M＝V×e＝68.8×74.5＝5126 kN.mm 焊缝强度验算 2 22 7.0222.167.02 w f w f l h M l h V ＝2 23 2 346567.0222.1108731646567.02108.68 ＝29.5 N/mm 2 ＜w f f 满足要求。 （3）加劲肋和节点板与底板的焊缝计算 上述零件与底板连接焊缝的总计算长度为（设h f ＝8mm） ∑l w ＝2×280+2/（280-12-2×15）-4×8＝1004 mm 所需焊脚尺寸为 0.21004 1607.022.11031.2757.022.13 w w f f l f R h mm h f 尚应满足角焊缝的构造要求：h f ＝1.5t ＝1.5×20＝7 mm，h f ＝1.2t＝1.2×12＝14.4 mm，实取h f ＝8mm。 6、节点板计算 （1）节点板在受压腹杆的压力作用下的计算 所有无竖杆相连的节点板，受压腹杆杆端中点至弦杆的净距离c 与节点板厚度t 之比，均小于或等于10y f /235。所有与竖杆相连的节点板，c/t 均小于或等于15y f /235，因而节点板的稳定均能保证。 （2）所有节点板在拉杆的拉力作用下，也都满足要求，因而节点板的强度均能保证。此外，节点板边缘与腹杆轴线间的夹角均大于15°，斜腹杆与弦的夹角均在30°～60°之间，节点板的自由边长度与厚度之比均小于60y f /235，都满足构造要求，节点板均安全可靠。 钢结构工程量计算方法 (2015-03-30 14:07) 分享到： 0 钢结构是未来发展的方向，土建算量的不会钢结构算量的大有人在，但日后如果再不会，就要谈谈自己的工资是涨不上去了。钢结构一直以来是与土建分开的，后来的劲钢结构及钢组合结构在施工的过程中，都是先有钢结构公司安装再有总包施工砼，如此以来接合也会慢慢的相近，有时候基本上融合在一起，我只能说我会做钢结构的算量，报价谈不上，因为我的经验不足。 钢结构是由钢板、角钢、槽钢、钢管和圆钢等热轧钢材或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的结构。钢结构具有材料强度高、重量轻、安全可靠、制作简便等优点。在房屋建筑中，主要用于厂房、高层建筑和大跨度建筑。常见的钢结构构件有屋架、檩条梁、柱、支撑系统等。 1。算量最基本的就是看图纸，土建的人都烦钢构图纸的太乱，其实我也有这种看法，因为平法并没有用在其上面，图样还保留了一前土建制图的原则，所以做为老人看比较习惯（101 图集出之前的人），后来像我这样人看钢结构图纸真的看不习惯，不过没有办法，还是要习惯的，我们知道麻烦，但任何事情都有规律的，钢结构的详图结点相当的多，但这些变化真的在算的时候影响相当的小，重要是大的方向把握好，钢结构的结点图也是相当科学的，都和科学受力相对应。有许多是重复或对称等。认真的看都会看出来。对于图纸的特点，我会在下面讲2。算重量，因为钢结构的算量基本上全是按吨计（板按 M2）。钢材钢材就是钢结构。而钢材多指型钢，对于型钢的分类算量的方法，我也会一一列出。并做出讲解。 3。统计汇总，哈哈，此类应该是不难的，以清单为基本，分类汇总而以了。 识图问路 1。我对钢结构的认识，应该比大家深一些，因为我毕业的时候就进了一家钢结构公司，工作不到两个月，经常的工作就是画一个图纸的钢构件，把这个钢构件看明白了，画出来，他们叫钢结构深化设计（细化方案）做加工所用，说白了，一张钢板怎么加工这样的东东的。我讲的图识别，其它就是 03G102 上面的东东，大家有机会可以去下载看一下。闲言碎语不多讲，说说吧，钢结构图应该怎么看不头痛。把握好看图不难的原则，其实很简单，比建筑的施工简单多了，因为他每个部分都有详图，哪里不明白了，就看此图有没有什么详图符号，有就找，其实我看明白的地方不是详图的地方，拿出来与原图一对就明白了，是什么柱，是什么梁就明白了许多。一. 钢结构 1 钢结构设计制图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两阶段。 2 钢结构设计图应由具有设计资质的设计单位完成，设计图的内容和深度应满足编制钢结构施工详图的要求；钢结构施工详图（即加工制作图）一般应由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成，也可由具有该项资质的其他单位完成。 钢结构设计计算公式及计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表1采用。钢铸件的强度设计值应按表2采用。连接的强度设计值应按表3~5采用。 例题3 钢框架结构分析及优化设计 1 例题钢框架结构分析及优化设计 2例题.钢框架结构分析及优化设计 概要 本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。midas Gen 提供了强度优化和位移优化两种优化方法。强度优化是指在满足相应规范的强度要求 条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。位移优化是针对 钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功 能。本文主要讲述强度优化设计功能。 此例题的步骤如下: 1.简介 2.建立模型并运行分析 3.设置设计条件 4.钢构件截面验算及设计 5.钢结构优化设计 例题钢框架结构分析及优化设计1.简介 本例题介绍midas Gen的优化设计功能。例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。(该例题数据仅供参考) 基本数据如下： 轴网尺寸：见图2 柱:HW200x204x12/12 主梁：HM244x175x7/11 次梁：HN200x100x5.5/8 支撑：HN125x60x6/8 钢材：Q235 层高：一层 4.5m 二～六层 3.0m 设防烈度：8o（0.20g） 场地：II类 设计地震分组：1组 地面粗糙度；A 基本风压：0.35KN/m2； 荷载条件：1-5层楼面，恒荷载4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2； 6层屋面，恒荷载5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2； 1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m； 6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m； 分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用 3 例题钢框架结构分析及优化设计 4图1分析模型图2结构平面图 钢结构设计规GB50017-2003 第一章总则 第1.0.1条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规。 第1.0.2条本规适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。 第1.0.3条本规的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(CBJ68-84)）制订的。 第1.0.4条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。 第1.0.5条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规》）。 第1.0.6条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规的要求。 第二章材料 第2.0.1条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。 第2.0.2条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。 二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。 注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋的结构可按该规定值提高10℃采用。 第2.0.3条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50ｔ的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于－20℃时，对于3号钢尚应具有－20℃冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有－40℃冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。 第 2.0.4条钢铸件应采用现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500或ZG310-570号钢。 第2.0.5条钢结构的连接材料应符合下列要求: 一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。 钢结构课程设计任务书 一、题目 某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m。 1.结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋 面坡度i=L/10；L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m。 2.屋架形式及荷载：屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用 下杆件的内力）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架 跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的 =0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷 基本雪压标准值为S 载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.45kN/m2 水泥砂浆找平层 0.7kN/m2 保温层 0.4 kN/m2(按附表取) 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 附图 (a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 (c) 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 二、设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直 支撑和系杆，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三种编号 （a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2剖面图 2.荷载计算 三毡四油防水层0.45 kN/m2 水泥砂浆找平层0.7kN/m2 保温层0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷载总和 3.318kN/m2 活荷载0.7kN/m2 积灰荷载0.7kN/m2 可变荷载总和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重 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，1.5m×6.0m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，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。 ＝L-300＝20700mm， 屋架计算跨度为L ＝1990mm， 端部高度取H 中部高度取H＝H +1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm， 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。 《钢结构设计原理》课程设计 计算书 专业：土木工程 姓名 学号： 指导老师： 目录 设计资料和结构布置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 1.铺板设计 1.1初选铺板截面 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 1.2板的加劲肋设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 1.3荷载计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 3.次梁设计 3.1计算简图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 3.2初选次梁截面 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 3.3内力计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 3.4截面设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 4.主梁设计 4.1计算简图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 4.2初选主梁截面尺寸 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 5.主梁内力计算 5.1荷载计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 5.2截面设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 6.主梁稳定计算 6.1内力设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - 11 6.2挠度验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 6.3翼缘与腹板的连接- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 7主梁加劲肋计算 7.1支撑加劲肋的稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14 7.2连接螺栓计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14 7.3加劲肋与主梁角焊缝 - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - 15 7.4连接板的厚度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 7.5次梁腹板的净截面验算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 8.钢柱设计 8.1截面尺寸初选 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 8.2整体稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 8.3局部稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 8.4刚度计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 8.5主梁与柱的链接节点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18 9.柱脚设计 9.1底板面积 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 9.2底板厚度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 9.3螺栓直径 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 10.楼梯设计 10.1楼梯布置 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22 钢结构的计算方法 钢结构是未来发展的方向，土建算量的不会钢结构算量的大有人在，但日后如果再不会，就要谈谈自己的工资是涨不上去了。钢结构一直以来是与土建分开的，后来的劲钢结构及钢组合结构在施工的过程中，都是先有钢结构公司安装再有总包施工砼，如此以来接合也会慢慢的相近，有时候基本上融合在一起，我只能说我会做钢结构的算量，报价谈不上，因为我的经验不足。 钢结构是由钢板、角钢、槽钢、钢管和圆钢等热轧钢材或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的结构。钢结构具有材料强度高、重量轻、安全可靠、制作简便等优点。在房屋建筑中，主要用于厂房、高层建筑和大跨度建筑。常见的钢结构构件有屋架、檩条梁、柱、支撑系统等。 1。算量最基本的就是看图纸，土建的人都烦钢构图纸的太乱，其实我也有这种看法，因为平法并没有用在其上面，图样还保留了一前土建制图的原则，所以做为老人看比较习惯（101 图集出之前的人），后来像我这样人看钢结构图纸真的看不习惯，不过没有办法，还是要习惯的，我们知道麻烦，但任何事情都有规律的，钢结构的详图结点相当的多，但这些变化真的在算的时候影响相当的小，重要是大的方向把握好，钢结构的结点图也是相当科学的，都和科学受力相对应。有许多是重复或对称等。认真的看都会看出来。对于图纸的特点，我会在下面讲 2。算重量，因为钢结构的算量基本上全是按吨计（板按 M2）。钢材钢材就是钢结构。而钢材多指型钢，对于型钢的分类算量的方法，我也会一一列出。并做出讲解。 3。统计汇总，哈哈，此类应该是不难的，以清单为基本，分类汇总而以了。 识图问路 1。我对钢结构的认识，应该比大家深一些，因为我毕业的时候就进了一家钢结构公司，工作不到两个月，经常的工作就是画一个图纸的钢构件，把这个钢构件看明白了，画出来，他们叫钢结构深化设计（细化方案）做加工所用，说白了，一张钢板怎么加工这样的东东的。我讲的图识别，其它就是 03G102 上面的东东，大家有机会可以去下载看一下。闲言碎语不多讲，说说吧，钢结构图应该怎么看不头痛。把握好看图不难的原则，其实很简单，比建筑的施工简单多了，因为他每个部分都有详图，哪里不明白了，就看此图有没有什么详图符号，有就找，其实我看明白的地方不是详图的地方，拿出来与原图一对就明白了，是什么柱，是什么梁就明白了许多。一. 钢结构 1 钢结构设计制图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两阶段。 2 钢结构设计图应由具有设计资质的设计单位完成，设计图的内容和深度应满足编制钢结构施工详图的要求；钢结构施工详图（即加工制作图）一般应由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成，也可由具有该项资质的其他单位完成。注：若设计合同未指明要求设计钢结构施工详图，则钢结构设计内容仅为钢结构设计图。 3 钢结构设计图 1）设计说明：设计依据、荷载资料、项目类别、工程概况、所用钢材牌号和质量等级（必要时提出物理、力学性能和化学成份要求）及连接件的型号、规格、焊缝质量等级、防腐及防火措施； 2）基础平面及详图应表达钢柱与下部混凝土构件的连结构造详图； 《钢结构设计禁忌及实例》 《钢结构设计禁忌及实例》 2010年11月02日 内容简介本书依据相干规范及工程实践经验，对钢结构设计中的一些误区和禁区进行了深进分析。书中第一先容了一些工程案例作为警示，进而按规范系统逐条列出r相干设计禁忌、算例以及对规范的修改提议等内容，提出哪些题目不能那样做，而应当如何做。本书内容翔实，实用性、对照性强，可供盛大结构设计职员利用，也供相干专业施工、科研、教学职员参考。 索引第1章钢结构工程违禁犯讳案例 【案例1.1】吊车分袂肢柱头的疲惫拉裂 【案例1.2】将门式刚架钢柱改为混凝土柱 【案例1.3】在多层建筑上扩建门式刚架轻钢结构 【案例1.4】过量积灰积雪 【案例1.5】在吊车梁上随意施焊 【案例1.6】重型平台柱头的剪切破坏 【案例1.7】电机与平台共振 【案例1.8】防锈油漆与防火涂料起化学反映 【案例1.9】柱脚抗剪键设置不到位 【案例1.10】门式刚架设计、施工、治理题目 【案例1.11】钢材选择或利用不当 【案例1.12】未分清钢结构设计图与施工图的关系 【案例1.13】在预应力高强度锚栓上出现焊点 【案例1.14】不留意柱脚锚栓d=72mm与M72的差别 【案例1.15】吊车梁轨道联接的经常损坏 【案例1.16】吊车梁端上部变形引起突缘支座纵向联接题目 【案例1.17】箱形吊车梁真个梁、柱节点过于刚劲 【案例1.18】插进式柱脚埋深未进行计算 【案例1.19】忽视施工运输安设阶段担保结构安稳和平安的临时举措【案例1.20】温度区段的不正常办理 【案例1.21】梁柱节点采用栓焊并用联接的差异算法 第2章选料 【禁忌2.1】对建筑结构钢材根本知识缺乏了解 【禁忌2.2】设计文件中对所引用的国家轨范没有所有、正确地表示【禁忌2.3】不熟悉经常用钢材的性能及特殊要求 【禁忌2.4】用建筑结构用钢板按号取代Q235等钢号的钢板 【禁忌2.5】对铸钢有哪些国家轨范不清楚 【禁忌2.6】对钢材及联接选料要求不足明白具体 【禁忌2.7】对钢结构联接要领一知半解 【禁忌2.8】不了解各种焊接选料的型号、表示办法和具体用途 【禁忌2.9】采用的焊接选料与母材不匹配 【禁忌2.10】对钢结构紧固件联接缺乏了解 【禁忌2.11】不深切理解钢材及其联接的各项强度设计值 钢结构工程量计算方法及规则 金属结构工程 (一)钢屋架、钢网架 (1)按设计图示尺寸以钢材重量计算,不扣除孔眼、切边、切肢得重量,焊条、铆钉、螺栓等重量不另增加。 (2)不规则或多边形钢板,以其外接规则矩形面积计算。 (3)钢网架应区分球形结点、钢板结点等连接形式。 (4)计量单位为t。 (二)钢托架,钢桁架 (1)按设计图示尺寸以钢材重量计算。不扣除孔眼、切边、切肢得重量,焊条、铆钉、螺栓等重量不另增加。 (2)不规则或多边形钢板,以其外接矩形面积计算。 (3)计量单位为t。 (三)钢柱、钢梁 (1)按设计图示尺寸以钢材重量计算。不扣除孔眼、切边、切肢得重量,焊条、铆钉、螺栓等重量不另增加。 不规则或多边形钢板,以其外接矩形面积计算。 具体包括实腹柱、空腹柱、钢管柱、钢梁及钢吊车梁等。计量单位为t。 (2)依附在钢柱上得牛腿等并入钢柱工程量内。 (3)钢管柱上得节点板、加强环、内衬管、牛腿等并入钢管柱工程量内。 (4)设计规定设置钢制动梁、钢制动桁架、车挡时,其工程量应并入钢吊车梁内。 (四)压型钢板楼板,墙板 压型钢板楼板:按设计图示尺寸以铺设水平投影面积计算,柱、垛以及0.3m2以内孔洞面积不扣除。计量单位为m2。 压型钢板墙板:按设计图示尺寸以铺挂面积计算。0.3m2以内孔洞面积不扣除,包角、包边、窗台泛水等面积不另计算。计量单位为m2。压型钢板楼板浇筑钢筋混凝土,混凝土与钢筋按混凝土及钢筋混凝土中得有关规定计算。 (五)钢构件 钢构件一般计算规则如下: (1)按设计图示尺寸以钢材重量计算。如钢支撑、钢檩条、钢天窗架、钢墙架(包括柱、梁与连接杆件)、钢平台、钢走道、钢栏杆、钢漏斗、钢支架、零星钢构件等。不扣除孔眼、切边、切肢得重量,焊条、铆钉、螺栓等重量不另增加。 (2)不规则或多边形钢板,以其外接矩形面积计算。计量单位为t。 (六)金属网 按设计图示尺寸以面积计算,包括制作、运输、安装、油漆等。 屋面及防水工程 (一)瓦、型材屋面 按设计图示尺寸以斜面面积计算。不扣除房上烟囱、风帽底座、风道、小气窗、斜沟等所占面积,屋面小气窗得出檐部分亦不增加。计量单位为m2。小青瓦、油毡瓦、水泥平瓦、琉璃瓦、西班牙瓦等,可按瓦屋面项目列项。彩钢波纹瓦、彩钢保温板、阳光板、玻璃钢瓦等,可按型材屋面列项。 (二)屋面防水 1.卷材防水屋面、涂膜防水屋面 参考实例： 钢结构课程设计例题 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图2所示。 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 1 P=1.75×1.5×6=15.75 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 第一节 钢结构的连接方法 钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构件，如梁、柱、桁架等；再通过一定的安装连结装配成空间整体结构，如屋盖、厂房、钢闸门、钢桥等。可见，连接的构造和计算是钢结构设计的重要组成部分。好的连接应当符合安全可靠、节约钢材、构造简单和施工方便等原则。 钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种(详见附图十三)。 一、焊缝连接 焊接是现代钢结构最主要的连接方法。其优点是不削弱构件截面（不必钻孔），构造简单，节约钢材，加工方便，在一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高。此外，焊缝连接的刚度较大密封性能好。 焊缝连接的缺点是焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，热影响区由高温降到常温冷却速度快，会使钢材脆性加大，同时由于热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力及残余变形，甚至可能造成裂纹，导致脆性破坏。焊接结构低温冷脆问题也比较突出。 二、铆钉连接 铆接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查和保证，可用于承受动载的重型结构。但是，由于铆接工艺复杂、用钢量多，因此，费钢又费工。现已很少采用。 三、螺栓连接 螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。普通螺栓通常用Q235钢制成，而高强度螺栓则用高强度钢材制成并经热处理。高强度螺栓因其连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠，成本也不太高，目前在一些重要的永久性结构的安装连接中，已成为代替铆接的优良连接方法。 螺栓连接的优点是安装方便，特别适用于工地安装连接，也便于拆卸，适用于需要装拆结构和临时性连接。其缺点是需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量；螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接多费钢材。 第二节 焊接方法、焊缝类型和质量级别 一、钢结构中常用的焊接方法 焊接方法很多，钢结构中主要采用电弧焊，薄钢板（mm t 3 ）的连接有时也可以采用电阻焊或气焊。 1．电弧焊 钢结构设计原理 要求： 1. 独立完成，作答时要按照模版信息．．．．填写完整，写明题型、题号； 2. 作答方式：手写作答或电脑录入，使用学院统一模版（模版详见附件）； 3. 提交方式：以下两种方式任选其一， 1) 手写作答的同学可以将作业以图片形式打包压缩上传； 2) 提交电子文档的同学可以将作业以word 文档格式上传； 4. 上传文件命名为“中心-学号-姓名-科目.rar ” 或“中心-学号-姓名-科目.doc ”； 5. 文件容量大小：不得超过10MB 。 请在以下几组题目中，任选一组题目作答，满分100分。 第一组： 一、 简答题（每小题25分，共50分） 1、结构设计式R S S S QiK Qi n i ci K Q Q GK G ≤++∑=)(2110γψγγγ试简述式中各项符号的意 义。 2、说明下列钢号的代表意义：Q235Bb 、Q235D 、Q235AF 、Q235Ab 二、计算题（每小题25分，共50分） 1、如图所示，角钢和节点板采用两面侧焊缝连接，KN N 667=（静载设计值），角钢为101002?L ，节点板厚度为10mm ，钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊，角焊缝强度设计值2/160mm N f w f =，肢尖肢背焊缝厚度相同。试确定所需焊缝的厚度和施焊长度。 2、如图所示的拉弯构件，间接承受动力荷载，横向均布荷载设计值m KN q /8= 截面为a I 22，无削弱，试确定构件能承受的最大的轴拉力设计值。钢材 F A Q ?-235 第二组： 一、 简答题（每小题25分，共50分） 1、选择钢材时应考虑哪些因素 2、结构的极限状态是什么？钢结构的极限状态分为几类，其含义各是什么？什么是结构的可靠度？ 二、计算题（每小题25分，共50分） 1、一实腹式轴心受压柱，承受轴压力kN 3500(设计值)，计算长度m l x 100=， m l y 50=，截面为焊接组合工字形，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为 235Q ，容许长细比[]150=λ。 求：(1)、验算整体稳定性 钢结构设计规范·连接计算·焊缝连接 7.1.1焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，按下述原则分别选用不同的质量等级: 1在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，其质缝等级为: 1)作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受限时应为二级; 2)作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。 2不需要汁算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应护焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。 3重级工作制和起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝均要求焊透，焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。 4不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为: 1)对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大 于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级; 2)对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。 7.1.2对接焊缝或对接与角接组合焊缝的强度计算: 1在对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其强度应按下式计算: `σ=N/(l_wt)≤f_t^w或f_c^w`(7.1.2-1) 式中N——轴心拉力或轴心压力; l w——焊缝长度;在对接接头中为连接件的较小厚度;在T形接头中为腹板的厚度; f w t、f w c——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 2在对接接头和T形接头中，承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其正应力和剪应力应分别进行计算。但在同时受有较大正应力和剪应力处(例如梁腹板横向对接焊缝的端部)，应按下式计算折算应力: `sqrt(σ^2+3τ^2)≤1.1f_t^w`(7.1.2-2)注:l 当承受轴心力的板件用斜焊缝对接，焊缝与作用力间的夹角θ符合tanθ≤1.5时，其强度可不计算。 2 当讨接焊缝和T形对接与角接红合焊缝无法采用引弧板和引出板施焊时，每条焊缝的长度计算时应各减去2t。 7.1.3直角角焊缝的强度计算。 1在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下: 正面角焊缝(作用力垂直于焊缝长度方向): `σ_f=N/(h_el_w)≤β_f f_f^w`(7.1.3-1) 建 筑 科 学 ６５ 科技创业家 TECHNOLOGICAL PIONEERS 最近十几年高层钢结构房屋在我国得到了快速的发展,在激烈的市场竞争中,业主通常要求既要保证钢结构厂房的结构安全和使用功能,又对项目的质量、工期及造价提出了更高的要求。作为一位钢结构厂房的设计人员,需要熟练掌握钢结构的设计过程及要点。本文以某工程钢结构工业厂房设计为例,对设计要点进行了总结,希望能够给予该领域的设计人员提供借鉴。 1 工程概况 项目内容为高层钢结构工业厂房,总高度30m,共5层,每层6m,厂房占地面积49*14米,每层均为10跨,厂房内部结构空旷没有维护墙体,局部楼层无铺板为全房间洞口;二层楼面上设置了2套压力容器,荷载为2500～4600kN,设备体型高大,贯穿三层楼面;其它楼层内设置许多中小型设备,以管道相互连接;因整个厂房内管道和设备数量众多,楼面需预留孔洞很多,给楼层平面布置带来一定困难;该厂房柱子全部运用焊接H 型钢制作,且柱子竖向荷载最大可达3100kN,载荷较大;框架梁和次梁大部分选用轧制H 型钢,仅二层支撑压力容器的几根框架梁选用焊接H 型钢制作;楼面选用8mm 厚花纹钢板铺成,其活动荷载约为5kPa;在设计中还需考虑堆载及检修设备的需要。 2 设计时需要注意的问题 2.1厂房结构的选择 本设计本设计采用支撑和钢架的混合体系,横向为钢连接框架式体系,纵向为支撑和钢架混合型式,靠两者的相互作用共同抵消水平力,这种混合体系可以有效地降低柱的纵向弯矩,但却要求楼面的刚度较大,否则就会使柱子相互间的变形量不协调,不能完全发挥出柱子支撑的功能。同时以8mm 厚的花纹钢板替代了钢筋混凝土楼面,在厂房各层内均按需设置了横向及纵向的水平支撑,以增加楼层的刚度。2.2大型压力容器的布置 厂房内的大型压力容器的布置决定着柱网的布置,也限制了支承梁翼缘的宽度。因大型设备重心高、荷载大,而支撑点位于二层楼面且接近设备底部,地震时产生的倾覆力矩很大,非常不利于支承梁的受力,因此在设备外围设置四根柱子,并使柱子和支承梁直接连接成框架梁,使其中心线和设备的中心线重合,这样设计可以直接地传力,利于竖向荷载的传递;把设备的固定螺栓设置在梁腹板的外侧,利于支承梁 抵抗扭矩;为了保证预留洞的尺寸,支承梁翼缘也要保证合理宽度;在计算机输入设备荷载时,还要考虑地震产生的倾覆力矩;还要全面考虑其它中小型设备对结构布置的影响。所以,在设计开始阶段要密切配合各专业工艺设备,必要时适当调整工艺专业设备的位置,确定好柱网以满足结构布置的要求[1]。 2.3次梁设计的要点 为了避免板挠度过大让人出现不安全感而影响正常使用,在进行楼层平面梁格布置设计时,需要同时考虑设备情况及铺板的最大支承长度。在进行铺板与梁的相互作用分析时,钢板和梁的连接良好,就认为相互形成有效支撑,无需对梁整体稳定性进行计算。如钢板和梁只是在四周进行焊接,中间没有进行焊接,只能按跨中无侧向支撑的情况来计算梁平面外稳定性。次梁虽然载荷较小,也宜采用轧制H 型钢,而不应采用平面外稳定性较差的普通槽钢。2.4钢结构内力分析的要点 在工程设计领域,计算机越来越被广泛应用,施工图绘制的工作量得到大幅降低,计算机的这些优点,促使设计人员的大部分精力能够放到受力分析和制定方案中去,使设计出的构件更加经济合理,对方案设计应力分析的准确性上得到了提高。在对钢结构厂房进行设计时,可使用STS 等专业软件,结合PMPK 等系列软件中SATWE 和TAT,建立结构数模,再给数模进行载荷加载,进行空间的受力分析及杆件的截面验算。构件受力分析时要注意几点:由于工业厂房构件的梁格布置较复杂,如使用分析软件时,建立的模型完全依据实际的情况,就会生成许多的近节点,造成分析的结果存有偏差,因此,在实际建模时,要对数模进行相应的简化,但不可与实际情况出现较大偏差,否则计算就无意义了;采用柱间支撑来简化立面网格,把它当做受力杆件输入到结构模型里,因支撑的刚度影响着厂房纵向抗侧移刚度,而柱间支撑也会对两侧柱脚产生不利作用,在复杂的荷载作用下,柱脚锚栓会产生上拔力,这些柱脚剪力也会增加很多;确定柱间支撑杆件模型,厂房柱间的支撑形式大多都是剪刀撑,根据需要可设计为压杆或拉杆。若将柱间的支撑形式设计成压杆式,则可利用计算机程序直接验算结果,若按拉杆式进行设计时,计算机程序会提示强度验算不足,这主要是由于支撑无法被程序处理为单拉杆所致,但结构空间的受力分析结果是不会受到影响的,作为设计者,应用笔算的方 法,通过杆件的拉力来验算杆件的强度;确定弹性楼板模型,TAT 与SATWE 程序的算法比较先进,可不考虑楼层约束作用,采用弹性节点的处理方法,由于本工程的设计中,因楼层内设置水平支撑,可假设楼层水平刚度无限大,由程序计算结果可知二者差别不大,可以验证楼层内水平支撑可协调柱子的变形[2]。2.5节点的设计要点 要本着安全可靠,经济可行的原则进行节点的设计。框架和柱的连接节点是厂房中最重要的节点,节点的安全性可从强度和延性两个方面来衡量。本设计中采用刚性连接与柔性连接。刚性连接节点选用全焊接连接和栓焊混合连接,全焊接连接节点的梁翼缘和腹板全部焊接在柱子上,通常翼缘采用开剖口的熔透焊缝连接,腹板采用熔透焊缝或角焊缝连接,该种节点具有强度高、成本低及节省材料的特点,缺点焊接量大,高空作业多;栓焊混合连接节点的翼缘运用熔透焊缝连接,腹板使用高强螺栓连接,该种节点和全焊接节点的特点相似,缺点是前期工作量大,造价较高。柔性连接可传递剪力、轴力及较小的弯矩,可看成是铰接,具有很好地延性,在地震作用下的变形能力强,不会出现脆性破坏。2.6采用轧制H 型钢的注意事项 采用轧制H 型钢能加快施工进度,极大低减少构件制作的工作量,但在使用时必须注意其不利影响。目前国内工业厂房的柱子通常不采用H 型钢板件,由于其轧制的厚度较薄。工业厂房柱子的轴力较大,通常需要腹板和翼缘较厚的钢板,但截面尺寸又不能过大。由于轧制H 型钢采用全截面拼接,带有不安全因素,如果都采用定尺型钢,势必会降低材料利用率,影响工期,同时还要控制拼接位置。 3 结语 本工程的造价虽略高于钢筋混凝土结构方案,但施工周期短、施工便利,同时钢结构建筑绿色环保,属于可回收利用产品,隐性经济效益可观。所以在未来的工业厂房设计中,钢结构工业厂房具有广阔发展前景。 参考文献 [1]GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].[2]李懿,浅析轻钢厂房结构设计要点[J]. 山西建筑,2006,32(17):54-55. 某钢结构工业厂房的设计实例 康乐 (沈阳建伟钢结构工程有限公司 辽宁沈阳 110014) 摘 要:本文以某工程钢结构工业厂房设计为例,对设计要点进行了总结,希望能够给予该领域的设计人员提供借鉴。关键词:钢框架 钢结构工业厂房 作者简介:康乐,1979.6,男,汉,辽宁省沈阳市,大学本科,机械工程师,钢结构设计。钢结构工程量计算方法
钢结构设计计算公式及计算用表
3-钢结构优化分析及设计
钢结构最新设计规范方案
钢结构18m梯形屋架设计实例
钢结构设计实例 含计算过程
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《钢结构设计禁忌及实例》资料
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某钢结构工业厂房的设计实例